高三物理電磁感應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化與守恒問(wèn)題解析課件人教版

1、——電磁感應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化與守恒問(wèn)題解析,,高三復(fù)習(xí)專題講座,解題的基本思路,分析物體的受力情況及運(yùn)動(dòng)狀態(tài),依據(jù)牛頓第二定律,列方程.根據(jù)能量轉(zhuǎn)化及守恒,列方程.,合力做功=重力做功=彈力做功=電場(chǎng)力做功=安培力做功=,理解功與能的關(guān)系,動(dòng)能的改變,重力勢(shì)能的改變。重力做正功，重力勢(shì)能減少；重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加。,,電勢(shì)能的改變。電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少；電勢(shì)能做負(fù)功，電勢(shì)能增加。,電能的改變。安培力做正功，

2、電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能；安培力做負(fù)功（即克服安培力做功），其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。,彈性勢(shì)能的改變。彈力做正功，彈性勢(shì)能減少；彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加。,例1：如圖1所示，兩根足夠長(zhǎng)的固定平行金屬光滑導(dǎo)軌位于同一水平面，導(dǎo)軌上橫放著兩根相同的導(dǎo)體棒ab、cd與導(dǎo)軌構(gòu)成矩形回路，導(dǎo)體棒的兩端連接處于壓縮狀態(tài)的兩根輕質(zhì)彈簧，兩棒的中間用細(xì)線綁住，它們的電阻均為R，回路上其余部分電阻不計(jì)，在導(dǎo)軌平面內(nèi)兩導(dǎo)軌間有一豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，開始時(shí)，導(dǎo)

3、體棒處于靜止?fàn)顟B(tài)，剪斷細(xì)線后，導(dǎo)體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中（ ）,A：回路中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B：兩根導(dǎo)體棒所受安培力的方向相同C：兩根導(dǎo)體棒和彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，機(jī)械能守恒。D：兩根導(dǎo)體棒和彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，機(jī)械能不守恒。,例2：如圖所示，位于同一水平面內(nèi)的、兩根平行的光滑金屬導(dǎo)軌，處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌所在平面，導(dǎo)軌的一端與一電阻相連，具有一定質(zhì)量的金屬桿ab放在導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直?，F(xiàn)用一平行于導(dǎo)軌的恒力F拉桿ab，使

4、它由靜止開始向右運(yùn)動(dòng)。桿和導(dǎo)軌的電阻、感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)均可不計(jì)。用E表示回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，i表示回路中的感應(yīng)電流在i隨時(shí)間增大的過(guò)程中，電阻消耗的功率等于（ ）,A：F的功率 B：安培力功率的絕對(duì)值C：F與安培力的合力的功率 D：iE。,解析：根據(jù)功和能的關(guān)系及能量守恒，正確的選項(xiàng)是B、D,例3：如圖所示，固定的水平光滑金屬導(dǎo)軌，間距為L(zhǎng)，左端有阻值為R的電阻，處在方向豎直、磁感應(yīng)強(qiáng)

5、度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒與固定彈簧相連，放在導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌的電阻均可忽略，初始時(shí)刻，彈簧恰處于自然長(zhǎng)度，導(dǎo)體棒具有水平向右的初速度V0,在沿導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸。,1）求初始時(shí)刻導(dǎo)體棒受到的安培力；2）若導(dǎo)體棒從初始時(shí)刻到速度第一次為零時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能為Ep，則這一過(guò)程中安培力所做的功W1和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q1分別為多少？3）導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終將靜止于何處？從導(dǎo)體棒開始運(yùn)

6、動(dòng)直到最終靜止的過(guò)程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q各多少？,（1）用右手定則判斷導(dǎo)體棒的感應(yīng)電流方向從B向A，用左手定則判斷導(dǎo)體棒受的安培力方向向左，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=BLV0，感應(yīng)電流為I=E/R，安培力為F=BIL，所以F=B2L2V0）/R（2）這一過(guò)程中導(dǎo)體棒的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能和電路的電能（通過(guò)安培力做功），電路的電能通過(guò)電阻R轉(zhuǎn)化為焦耳熱，所以 W1=Q1=

7、mv02-Ep (3)只有導(dǎo)體棒的動(dòng)能為零并且彈簧的彈性勢(shì)能也為零，導(dǎo)體棒才能靜止，所以最終將靜止于初始位置，此時(shí)導(dǎo)體棒的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱，所以Q= mv02,解析：,例4： 圖中MN和PQ為豎直方向的兩平行長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌，間距L為0.40m，電阻不計(jì)，導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0.50T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直，質(zhì)量m為6.0X10-3Kg、電阻為1.0Ω的金屬桿ab始終垂直于導(dǎo)軌，并與其保持光滑接觸。導(dǎo)軌兩端分別接

8、有滑動(dòng)變阻器和阻值為3.0Ω的電阻R1。當(dāng)桿ab達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)以速度v勻速下滑，整個(gè)電路消耗的電功率P為0.27W，重力加速度取10m/s2，試求速率V和滑動(dòng)變阻器接入電路部分的阻值R2,R1,在桿ab達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)以前，桿加速下降，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和電能，當(dāng)桿ab達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)（即勻速運(yùn)動(dòng)）時(shí)，導(dǎo)體棒克服安培力做功，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，即電路消耗的電功，所以mgv=P，代入數(shù)據(jù)得v=4.5m/s，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLV，感應(yīng)電流為I=E/

9、(R外+r),其中r為ab的電阻，R外為R1與R2的并聯(lián)電阻，即 = + ，又P=IE，代入數(shù)據(jù)，解得R2=6.0Ω。,解析：,1,R,,例5：如圖所示，處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩根足夠長(zhǎng)、電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌相距1m，導(dǎo)軌平面與水平面成θ=37o 角下端連接阻值為R的電阻，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直，質(zhì)量為0.2kg、電阻不計(jì)的金屬棒放在兩導(dǎo)軌上，棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，它們之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2

10、5。（1）求金屬棒沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑時(shí)的加速度大??；（2）當(dāng)金屬棒下滑速度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，電阻R消耗的功率為 8W，求該速度的大?。唬?）在上問(wèn)中，若R=2Ω，金屬棒中的電流方向由a到b，求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向。（g=10m/s2,sin37o =0.6,cos37o =0.8）,（1）作受力分析，根據(jù)牛頓第二定律，得： Mgsinθ-mgcosθ=ma代入數(shù)據(jù)，解得： a=4m/s22)當(dāng)金屬棒下

11、滑速度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，金屬棒重力勢(shì)能一部分克服摩擦力做功，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，另一部分克服安培力做功，轉(zhuǎn)化為電能，它等于電路中電阻R消耗的電功，設(shè)速度為v，在?t時(shí)間內(nèi)，根據(jù)能量守恒，有： mgV?t.sinθ=μmgcosθ.vt+P?t代入數(shù)據(jù)，解得：V=10m/s（3）根據(jù)P=I2R及I=BLV/R解得B=0.4T，用右手定則判斷磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面上。,解析：,例6：如圖所示，電動(dòng)機(jī)牽引一根橫跨在豎直光滑導(dǎo)軌上的導(dǎo)

12、體棒MN，開始時(shí)導(dǎo)體棒靜止，長(zhǎng)度L=1m，質(zhì)量m=0.1kg，電阻R=1Ω，導(dǎo)體框架區(qū)域內(nèi)有垂直于導(dǎo)軌面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，B=1T，當(dāng)導(dǎo)體棒上升3.8m時(shí)獲得穩(wěn)定的速度，棒上產(chǎn)生的熱量為2J，電動(dòng)機(jī)牽引棒時(shí)，電壓表、電流表讀數(shù)分別為7V、1A，電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為r=1Ω,不計(jì)框架電阻及一切摩擦，g取10m/s2,求：1)棒能達(dá)到的穩(wěn)定速度2）棒從靜止開始達(dá)到穩(wěn)定速度所需要的時(shí)間,(1)導(dǎo)體棒在電動(dòng)機(jī)牽引下向上加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)

13、,電動(dòng)機(jī)的輸出功率為 P出=UI-I2r=7X 1W-12X 1W=6W設(shè)電動(dòng)機(jī)對(duì)導(dǎo)體棒的牽引力為FT,棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度為V,由功率定義 P出= FTV此時(shí)棒產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為E= BLV , I = 棒的合外力為零,則有: FT-mg-BIL=0 由以上式子解得: V=2m/s(2)上升達(dá)支最大速度過(guò)程中,由能量守恒