高中物理 第一章 电磁感应 第5节 电磁感应中的能量转化与守恒学案 教科版选修3-2-教科版高二选修3-2物理学案VIP免费

第5节电磁感应中的能量转化与守恒1.掌握电磁感应现象中的能量转化与守恒问题，并能用来处理力、电综合问题．(重点)2.会判断电磁感应现象中哪一部分电路充当电源，并能结合闭合电路欧姆定律处理电磁感应现象中的电路问题．(重点)3.掌握电磁感应与力学综合应用问题的处理方法．(重点＋难点)4.知道什么是反电动势及其作用．一、电磁感应中的能量转化如图所示，处在匀强磁场中的水平导轨上有一根与导轨接触良好的可自由滑动的直导线ab在外力F作用下向右做匀速直线运动．该过程中外力F克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能，因为这个电路是纯电阻电路，所以转化过来的电能通过电流做功又全部转化为电阻的内能，即：上面情境中外力F做功的功率P外与回路中的电功率P电有什么关系？为什么？提示：相等．因为只有P外＝P电，合外力对导线ab做的功才等于零，导线才能做匀速直线运动．二、电磁感应中的能量守恒能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中能量的总量保持不变，这是自然界普遍遵循的一条规律，在电磁感应现象中也不例外．所以，在电磁感应现象中产生了多少焦耳热(纯电阻电路)就意味着消耗了多少其他形式的能量，即Q＝ΔE减．楞次定律与能量守恒1．电磁感应中的能量转化：电磁感应现象中，感应电流的能量(电能)不能无中生有，只能从其他形式的能量转化过来，外力克服磁场力做功，正是这个转化的量度，如图所示，当条形磁铁靠近线圈时，线圈中产生图示方向的电流，而这个感应电流产生的磁场对条形磁铁产生斥力，阻碍条形磁铁的靠近，必须有外力克服这个斥力做功，它才能移近线圈；当条形磁铁离开线圈时，感应电流方向与图中所示方向相反，感应电流产生的磁场对磁铁产生引力，阻碍条形磁铁的离开这里外力做功的过程就是其他形式的能转化为电能的过程．2．电磁感应中的能量守恒：“阻碍”的结果，是实现了其他形式的能向电能转化，如果没有“阻碍”，将违背能量守恒定律，可以得出总能量增加的错误结论．所以楞次定律体现了在电磁感应现象中能的转化与守恒，能量守恒定律也要求感应电流的方向服从楞次定律．如图所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为L，左端接有阻值为R的电阻，处在方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻均可忽略，初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有水平向右的初速度v0.在沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好的接触．(1)求初始时刻导体棒受到的安培力．(2)若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为Ep，则这一过程中安培力所做的功W1和电阻R上产生的焦耳热Q1分别是多少？(3)导体棒往复运动，最终将静止于何处？从导体棒开始运动直到最终静止的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q为多少？[思路点拨]在整个过程中，弹力和安培力都是变力，不能直接用公式W＝Fs求解，用能的转化和守恒关系求解比较方便．[解析](1)初始时刻棒中的感应电动势E＝BLv0①棒中的感应电流I＝②作用于棒上的安培力F＝BIL③联立①②③得F＝方向水平向左．(2)由功能关系得安培力做功W1＝Ep－mv电阻R上产生的焦耳热Q1＝mv－Ep.(3)由能量转化及平衡条件等可判断知：棒最终静止于初始位置，Q＝mv.[答案](1)，方向水平向左(2)Ep－mvmv－Ep(3)棒最终静止于初始位置mv1.如图所示，两根足够长光滑平行金属导轨PQ、MN倾斜固定，倾角为θ＝30°，相距为L，导轨处于磁感应强度为B、方向垂直导轨平面向下的匀强磁场中．有两根质量均为m的金属棒a、b，先将a棒垂直导轨放置，用跨过光滑定滑轮的细线与小球c连接，连接a棒的细线平行于导轨，由静止释放c，此后某时刻，将b棒也垂直导轨放置在导轨上，b刚好能静止．a棒在运动过程中始终与导轨垂直，两棒与导轨接触良好，导轨电阻不计，重力加速度为g.则()A．小球c的质量为2mB．b棒放上导轨前a棒的加速度为0.5gC．b棒放上导轨后a棒中电流大小是D．b棒放上导轨后，小球c减少的重力势能等于回路消耗的电能解析：选C.A.b棒静止，说明b棒受力平衡，即安培力...