2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 微專題系列之熱點(diǎn)專題突破 專題62 電磁感應(yīng)中的能量問題學(xué)案.doc
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專題62 電磁感應(yīng)中的能量問題 能量守恒定律是自然界中的一條基本規(guī)律,電磁感應(yīng)現(xiàn)象當(dāng)然也不例外。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,從磁通量變化的角度來看,感應(yīng)電流總要阻礙原磁通量的變化;從導(dǎo)體和磁體相對運(yùn)動的角度來看,感應(yīng)電流總要阻礙它們的相對運(yùn)動。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的“阻礙”正是能量守恒的具體體現(xiàn),在這種“阻礙”的過程中,其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。 1.電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化 2. 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化方式 (1) 與感生電動勢有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,磁場能轉(zhuǎn)化為電能,若電路是純電阻電路,轉(zhuǎn)化過來的電能將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能。 (2) 與動生電動勢有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,通過克服安培力做功,把機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能??朔才嗔ψ龆嗌俟?,就產(chǎn)生多少電能。若電路是純電阻電路,轉(zhuǎn)化過來的電能也將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能。 3.求解焦耳熱Q的三種方法 【典例1】如圖所示,豎直平行金屬導(dǎo)軌M、N,上端接有電阻R,金屬桿ab質(zhì)量為m,跨在平行導(dǎo)軌上,垂直導(dǎo)軌平面的水平勻強(qiáng)磁場為B,不計ab及導(dǎo)軌的電阻,不計摩擦,且ab與導(dǎo)軌接觸良好,若ab桿在豎直向上的外力F作用下勻速上升,則以下說法正確的是( ) A. 拉力F所做的功等于電阻R上產(chǎn)生的熱 B. 拉力F與重力做功的代數(shù)和等于電阻R上產(chǎn)生的熱 C. 拉力F所做的功等于電阻R上產(chǎn)生的熱及桿ab勢能的增加量之和 D. 桿ab克服安培力做的功等于電阻R上產(chǎn)生的熱 【答案】BD 【解析】 由能量守恒得拉力F所做的功將轉(zhuǎn)化成電阻R上產(chǎn)生的熱和導(dǎo)體棒增加的重力勢能,故選項A錯誤,選項C正確;由動能定理可得拉力F與重力做功的代數(shù)和等于克服安培力所做的功,等于電阻R上產(chǎn)生的熱,選項B、D正確。 【典例2】 兩根足夠長的光滑導(dǎo)軌豎直放置,間距為L,底端接阻值為R的電阻。將質(zhì)量為m的金屬棒懸掛在一個固定的輕彈簧下端,金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直,如圖所示。除電阻R外其余電阻不計?,F(xiàn)將金屬棒從彈簧原長位置由靜止釋放,則( ) A. 釋放瞬間金屬棒的加速度等于重力加速度g B. 金屬棒向下運(yùn)動時,流過電阻R的電流方向為a→b C. 金屬棒的速度為v時,所受的安培力大小為F= D. 電阻R上產(chǎn)生的總熱量等于金屬棒重力勢能的減少 【答案】AC 【典例3】 如圖所示,寬度為L=0.2 m的足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在絕緣水平面上,導(dǎo)軌的一端連接阻值R=1 Ω的電阻。導(dǎo)軌所在空間存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=5 T。一根質(zhì)量m=100 g的導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上,并與導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計?,F(xiàn)用一平行于導(dǎo)軌的拉力拉動導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向右勻速運(yùn)動,運(yùn)動速度v=10 m/s,在運(yùn)動過程中保持導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌垂直。求: (1) 在閉合回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小; (2) 作用在導(dǎo)體棒上的拉力的大小; (3) 當(dāng)導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動30 cm時撤去拉力,求運(yùn)動30 cm和撤去拉力至棒停下來的整個過程中電阻R上產(chǎn)生的總熱量。 【答案】(1)10 A (2)10 N (3)8 J 【典例4】 如圖甲所示,不計電阻的平行金屬導(dǎo)軌與水平面成夾角37放置,導(dǎo)軌間距為L=1 m,上端接有電阻R=3 Ω,虛線OO′下方是垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場?,F(xiàn)將質(zhì)量m=0.1 kg、電阻r=1 Ω的金屬桿ab從OO′上方某處垂直導(dǎo)軌由靜止釋放,桿下滑過程中始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸,桿下滑過程中的v-t圖象如圖乙所示。(取g=10 m/s2)求: (1) 磁感應(yīng)強(qiáng)度B; (2) 金屬桿在磁場中下滑0.1 s過程中電阻R產(chǎn)生的熱量。 【答案】 (1)2 T (2)1.87510-2 J 【解析】 (1) 由圖乙得a== m/s2=5 m/s2, 0~0.1 s,由牛頓第二定律有mgsinθ-Ff=ma. 代入數(shù)據(jù)得Ff=0.1 N, 0.1 s后勻速運(yùn)動,有mgsinθ-Ff-FA=0, 而FA=BIL=BL=,得B=2 T. 【典例5】 間距為L=2 m的足夠長的金屬直角導(dǎo)軌如圖甲所示放置,它們各有一邊在同一水平面內(nèi),另一邊垂直于水平面.質(zhì)量均為m=0.1 kg的金屬細(xì)桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直放置形成閉合回路.桿與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)均為μ=0.5,導(dǎo)軌的電阻不計,細(xì)桿ab、cd的電阻分別為R1=0.6 Ω,R2=0.4 Ω.整個裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=0.50 T、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場中(圖中未畫出).當(dāng)ab在平行于水平導(dǎo)軌的拉力F作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌勻加速運(yùn)動時,cd桿也同時從靜止開始沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動.測得拉力F與時間t的關(guān)系如圖乙所示.g=10 m/s2. (1)求ab桿的加速度a. (2)求當(dāng)cd桿達(dá)到最大速度時ab桿的速度大小. (3)若從開始到cd桿達(dá)到最大速度的過程中拉力F做了5.2 J的功,通過cd桿橫截面的電荷量為2 C,求該過程中ab桿所產(chǎn)生的焦耳熱. 【解析】 (1)由題圖乙可知,在t=0時,F(xiàn)=1.5 N 對ab桿進(jìn)行受力分析,由牛頓第二定律得F-μmg=ma 代入數(shù)據(jù)解得a=10 m/s2 (2)從d向c看,對cd桿進(jìn)行受力分析如圖所示,當(dāng)cd速度最大時,有 Ff=mg=μFN,F(xiàn)N=F安,F(xiàn)安=BIL,I= 綜合以上各式,解得v=2 m/s 課后作業(yè) 1. 如圖所示,紙面內(nèi)有一矩形導(dǎo)體閉合線框abcd,ab邊長大于bc邊長,置于垂直紙面向里、邊界為MN的勻強(qiáng)磁場外,線框兩次勻速地完全進(jìn)入磁場,兩次速度大小相同,方向均垂直于MN.第一次ab邊平行MN進(jìn)入磁場,線框上產(chǎn)生的熱量為Q1,通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q1;第二次bc邊平行MN進(jìn)入磁場,線框上產(chǎn)生的熱量為Q2,通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q2,則( ). A.Q1>Q2,q1=q2 B.Q1>Q2,q1>q2 C.Q1=Q2,q1=q2 D.Q1=Q2,q1>q2 【答案】 A 【解析】 由法拉第電磁感應(yīng)定律得:E=① =② q=Δt③ 由 ①②③得:q= 所以q1=q2 由Q=|W安|=BIlx得 Q1=lbc,Q2=lab 所以Q1>Q2選項A正確. 2. 如圖所示,水平面上固定著兩根相距L且電阻不計的足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌處于方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,銅棒a、b的長度均等于兩導(dǎo)軌的間距、電阻均為R、質(zhì)量均為m,銅棒平行地靜止在導(dǎo)軌上且與導(dǎo)軌接觸良好?,F(xiàn)給銅棒a一個平行導(dǎo)軌向右的瞬時沖量I,關(guān)于此后的過程,下列說法正確的是( ) A.回路中的最大電流為 B.銅棒b的最大加速度為 C.銅棒b獲得的最大速度為 D.回路中產(chǎn)生的總焦耳熱為 【答案】 B 3. 如圖所示,相距為d的兩條水平虛線之間有方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,正方形線圈abec邊長為L(L- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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