專題電磁感應(yīng)中的能量問題

1、專題 電磁感應(yīng)中的能量問題,金臺(tái)區(qū)教研室 劉小剛,一、課程標(biāo)準(zhǔn)與考綱解讀,課程標(biāo)準(zhǔn)：（1）收集資料，了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程，體會(huì)人類探索自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。 （2）通過實(shí)驗(yàn)，理解感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件。舉例說明電磁感應(yīng)在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用。 （3）通過探究，理解楞次定律。理解法拉第電磁感應(yīng)定律。 考綱要求：   電磁感應(yīng)現(xiàn)象  

2、       Ⅰ級(jí)要求 磁通量                     Ⅰ級(jí)要求法拉第電磁感應(yīng)定律 Ⅱ級(jí)要求  解讀：會(huì)分

3、析電磁感應(yīng)問題中的能量轉(zhuǎn)化，并會(huì)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算,近幾年高考試題中的分布情況,二、考點(diǎn)精析： 電磁感應(yīng)中能量問題的求解思路,例1、（基本模型Ⅰ）如圖，水平金屬導(dǎo)軌寬為L（電阻不計(jì)），左端連一定值電阻R，空間存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m的金屬棒，以初速度v0沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)。試問：①若導(dǎo)軌光滑，則金屬棒運(yùn)動(dòng)過程中整個(gè)回路中產(chǎn)生的總的焦耳熱是多少？ ②上一問中，若金屬棒的電阻為r，則金屬棒運(yùn)動(dòng)

4、過程中定值電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱是多少？ ③若導(dǎo)軌與金屬棒之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，金屬棒滑行S距離后速度減為零，則此過程中整個(gè)回路中產(chǎn)生的總的焦耳熱是多少？,例2、（基本模型Ⅱ）如圖，水平光滑金屬導(dǎo)軌寬為L（電阻不計(jì)），左端連一定值電阻R，空間存在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒放在導(dǎo)軌上，與之接觸良好。試問： ①若棒在外力F作用下以速度v0勻速向右運(yùn)動(dòng)，求滑行距離S過程中回路中產(chǎn)生

5、的總的焦耳熱是多少？ ②若棒在恒力F作用下由靜止開始向右運(yùn)動(dòng)距離S后開始勻速運(yùn)動(dòng)，試求此過程中定值電阻R產(chǎn)生的焦耳熱。 （拓展：如果棒與導(dǎo)軌之間有摩擦又如何?),二、考點(diǎn)精析： 電磁感應(yīng)中能量問題的求解思路,學(xué)法指導(dǎo),1、過程分析：①電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程，實(shí)際上就是其他形式的能向電能轉(zhuǎn)化的過程。②這一過程中的能量轉(zhuǎn)化是通過安培力做功來實(shí)現(xiàn)的：克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電

6、能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為內(nèi)能即焦耳熱（外電路是純電阻電路）,學(xué)法指導(dǎo),2、求解思路：求解焦耳熱的三種方法：①焦耳定律: (感應(yīng)電流恒定）②功能關(guān)系：③能量守恒定律：,1. (2013·安徽·16)如圖所示，足夠長的平行金屬導(dǎo)軌傾斜放置，傾角為37°，寬度為0.5 m，電阻忽略不計(jì)，其上端接一小燈泡，電阻為1 Ω.一導(dǎo)體棒MN垂直導(dǎo)軌放置，質(zhì)量為0.2 kg，接入

7、電路的電阻為1 Ω，兩端與導(dǎo)軌接觸良好，與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5.在導(dǎo)軌間存在著垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8 T．將導(dǎo)體棒MN由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，小燈泡穩(wěn)定發(fā)光，此后導(dǎo)體棒MN的運(yùn)動(dòng)速度以及小燈泡消耗的電功率分別為(重力加速度g取10 m/s2，sin 37°＝0.6)(　　) A．2.5 m/s　1 W B．5 m/s　1 W C．7.5 m/s　9 W D．15 m/

8、s　9 W,[審題]小燈泡穩(wěn)定發(fā)光→導(dǎo)棒勻速，從受力分析角度求解；,三、真題演練,[解析]（1）導(dǎo)體棒MN勻速下滑時(shí)受力如圖所示，由平衡條件可得F安＋μmgcos 37°＝mgsin 37°,所以F安＝mg(sin 37°－μcos 37°)＝0.4 N,由F安＝BIL得I＝1 A,所以E＝I(R燈＋RMN)＝2 V,,A．2.5 m/s　1 W B．5 m/s　 1 W C．7.5

9、m/s　9 W D．15 m/s　9 W,小燈泡消耗的電功率為P燈＝I2R燈＝1 W．正確選項(xiàng)為B,三、真題演練,巧學(xué)勤練,如圖所示，兩根足夠長的固定平行金屬導(dǎo)軌位于傾角θ=30°的斜面上，導(dǎo)軌上、下端各接有阻值R=20Ω的電阻。導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)，導(dǎo)軌寬度L=2m，在整個(gè)導(dǎo)軌平面內(nèi)都有垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng) 強(qiáng)度B=1T，質(zhì)量m=0.1kg、連入電路的電阻r=10Ω的金屬棒ab在較高處由靜止釋放，當(dāng)金屬棒a

10、b下滑高度h=3m時(shí)，速度恰好達(dá)到最大值v=2m/s。金屬棒ab在下滑過程中始終與導(dǎo)軌垂直且與導(dǎo)軌良好接觸，g取10m/s2。求： （1）金屬棒ab由靜止至下滑高度為3m的運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能的減小量。（2）金屬棒ab由靜止至下滑高度為3m的運(yùn)動(dòng)過程中導(dǎo)軌上端電阻R中產(chǎn)生的熱量。,,,,,2、 (2014·江蘇·13)如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為L，長為3d，導(dǎo)軌平面與水平面的夾

11、角為θ，在導(dǎo)軌的中部刷有一段長為d的薄絕緣涂層．勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與導(dǎo)軌平面垂直．質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌的頂端由靜止釋放，在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運(yùn)動(dòng)，并一直勻速滑到導(dǎo)軌底端．導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直，且僅與涂層間有摩擦，接在兩導(dǎo)軌間的電阻為R，其他部分的電阻均不計(jì)，重力加速度為g.求：(1)導(dǎo)體棒與涂層間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ；(2)導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小v；(3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q.,三、真題演練,(1)

12、導(dǎo)體棒與涂層間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ；,[解析](1)在絕緣涂層上，導(dǎo)體棒受力平衡； mgsin θ＝μmgcos θ,解得導(dǎo)體棒與涂層間的動(dòng)摩擦因數(shù)：μ＝tan θ,[審題]動(dòng)摩擦因數(shù)：利用受力分析求解,,三、真題演練,(2)導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小v；,[解析](2)在光滑導(dǎo)軌上：,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：E＝BLv,[審題]速度：在光滑導(dǎo)軌上受力分析,,,安培力：F安＝BIL,勻速的條件是：F安＝mgsin θ,三

13、、真題演練,(3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q.,[解析](3)根據(jù)能量守恒定律知：,摩擦產(chǎn)生的熱量：,[審題]焦耳熱：從能量角度求解,,電阻上產(chǎn)生的熱量：,三、真題演練,3．(2014·天津·11)如圖所示，兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角θ＝30°的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，間距L＝0.4 m，導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域Ⅰ和Ⅱ，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN.Ⅰ中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向下，Ⅱ中的勻強(qiáng)磁

14、場(chǎng)方向垂直斜面向上，兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B＝0.5 T．在區(qū)域Ⅰ中，將質(zhì)量m1＝0.1 kg、電阻R1＝0.1 Ω的金屬條ab放在導(dǎo)軌上，ab剛好不下滑．然后，在區(qū)域Ⅱ中將質(zhì)量m2＝0.4 kg，電阻R2＝0.1 Ω的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上，由靜止開始下滑．cd在滑動(dòng)過程中始終處于區(qū)域Ⅱ的磁場(chǎng)中，ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸，取g＝10 m/s2，,三、真題演練,[解析](1)由右手定則可判斷出cd中的電流方

15、向?yàn)?由d到c，則ab中電流方向?yàn)橛蒩流向b.,(1)cd下滑的過程中，ab中的電流方向；,[審題] 電流方向：右手定則,三、真題演練,[解析](2)開始放置時(shí)ab剛好不下滑，ab所受摩擦力為最大靜摩擦力，設(shè)其為Fmax，有Fmax＝m1gsin θ,(2)ab剛要向上滑動(dòng)時(shí)，cd的速度v多大；,[審題] 速度：從兩根導(dǎo)棒的受力進(jìn)行突破,ab剛要上滑時(shí)，ab受到的最大靜摩擦力方向沿斜面向下，由平衡條件有F安

16、＝m1gsin θ＋Fmax,三、真題演練,[解析](3)設(shè)cd棒運(yùn)動(dòng)過程中在電路中產(chǎn)生的總熱量為Q總，由能量守恒定律有,(3)從cd開始下滑到ab剛要向上滑動(dòng)的過程中，cd滑動(dòng)的距離x＝ 3.8 m，此過程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少．,[審題] 熱量：從能量守恒角度列式求解,,三、真題演練,4、（2014·新課標(biāo)Ⅱ·25)半徑分別為r和2r的同心圓形導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，一長為r、質(zhì)量為m且質(zhì)量分布均勻

17、的直導(dǎo)體棒AB置于圓導(dǎo)軌上面，BA的延長線通過圓導(dǎo)軌中心O，裝置的俯視圖如圖所示．整個(gè)裝置位于一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，方向豎直向下．在內(nèi)圓導(dǎo)軌的C點(diǎn)和外圓導(dǎo)軌的D點(diǎn)之間接有一阻值為R的電阻(圖中未畫出)．直導(dǎo)體棒在水平外力作用下以角速度ω繞O逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌保持良好接觸．設(shè)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻均可忽略．重力加速度大小為g.求：(1)通過電阻R的感應(yīng)電流的方向和大??；(

18、2)外力的功率．,三、真題演練,AB棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割:,歐姆定律:,[解析](1) 根據(jù)右手定則，得導(dǎo)體棒AB上的電流方向?yàn)锽→A，故電阻R上的電流方向?yàn)镃→D.,(1)通過電阻R的感應(yīng)電流的方向和大?。?[審題] 電流方向和大?。河沂侄▌t和歐姆定律；注意轉(zhuǎn)動(dòng)切割！,,三、真題演練,[解析] (2)根據(jù)能量守恒定律，外力的功率P等于安培力與摩擦力的功率之和，即P＝BIrv＋fv，而f＝μmg,(2)外力的功率．,[審題] 從能量角度去分析外力

19、的功率,,三、真題演練,四、專題小結(jié),（1）求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中回路中產(chǎn)生的總的焦耳熱的三種主要思路：①利用克服安培力做功求解：電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力做的功。②利用能量守恒定律求解：其他形式能量的減少量等于產(chǎn)生的電能。③利用焦耳定律求解：結(jié)合等效電路分析，利用電路知識(shí)求解。（2）分析步驟：先電后力再能量 “源”→“路”→“力”→“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及能量轉(zhuǎn)化”,,預(yù)祝同學(xué)們：