高中物理 电磁感应现象中的能量问题
电磁感应现象中的能量问题
能的转化与守恒，是贯穿物理学的基本规律之一。从能量的观点来分析、解决问题，既是学习物理的基本功，也是一种能力。
电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用,因此,要维持感应电流的存在,必须有“外力”克服安培力做功。此过程中,其他形式的能量转化为电能。当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能量。“外力”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。同理,安培力做功的过程,是电能转化为其它形式能的过程。安培力做了多少功,就有多少电能转化为其它形式的能。
认真分析电磁感应过程中的能量转化、熟练地应用能量转化和守恒定律是求解较复杂的电磁感应问题的常用方法,下面就几道题目来加以说明。
一、安培力做功的微观本质
1、安培力做功的微观本质
设有一段长度为L、矩形截面积为S的通电导体，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的平均速率为v，如图所示。
所加外磁场B的方向垂直纸面向里，电流方向沿导体水平向右，这个电流是由于自由电子水平向左定向运动形成的，外加磁场对形成电流的运动电荷（自由电子）的洛伦兹力使自由电子横向偏转，在导体两侧分别聚集正、负电荷，产生霍尔效应，出现了霍尔电势差，即在导体内部出现方向竖直向上的横向电场。因而对在该电场中运动的电子有电场力f e的作用，反之自由电子对横向电场也有反作用力-f e作用。场强和电势差随着导体两侧聚集正、负电荷的增多而增大，横向电场对自由电子的电场力f e也随之增大。当对自由电子的横向电场力f e增大到与洛伦兹力f L相平衡时，自由电子没有横向位移，只沿纵向运动。导体内还有静止不动的正电荷，不受洛伦兹力的作用，但它要受到横向电场的电场力f H的作用，因而对横向电场也有一个反作用力-f H。由于正电荷与自由电子的电量相等，故正电荷对横向电场的反作用-f H和自由电子对横向电场的反作用力-f e相互抵消，此时洛伦兹力f L与横向电场力f H相等。正电荷是导体晶格骨架正离子，它是导体的主要部分，整个导体所受的安培力正是横向电场作用在导体内所有正电荷的力的宏观表现，即F=(nLS)f H=(nLS)f L。
由此可见，安培力的微观本质应是正电荷所受的横向电场力，而正电荷所受的横向电场力正是通过外磁场对自由电子有洛伦兹力出现霍尔效应而实现的。
当导体在安培力的作用下以速度v d 从位置1变到位置2微小一段位移时，导体切割磁感线而产生纵向电场，正电荷没有纵向运动，只有横向运动，因而受到瞬间的洛伦兹力f 洛和纵向电场力f 2不做功。正电荷所受横向电场力f H 做正功。但自由电子既有横向位移又有纵向位移，受到横向洛伦兹力f d 和纵向洛伦兹力f m ，这两个力的合洛伦兹力为f L ，与v 和v d 的合速度v 合方向垂直，还受到纵向电场力f 1。
L f 沿纵向对自由电子做功功率：合
纵v v v f v f v f P d L L m ⋅⋅-=⋅-=⋅-=θsin L f 沿横向对自由电子做功功率：合
横v v v f v f v f P d L d L d d ⋅⋅
=⋅=⋅=θcos L f 对自由电子做功的总功率：0=+横纵P P 所以洛伦兹力对自由电子不做功。f e 对电子做负功，f 1对电子正功，由于f e =f d 和f 1=f m ，所以这两个力对电子做的总功也为零。
综上所述，安培力对通电导体做功的微观本质是由于横向电
场对正电荷的电场力做正功的宏观表现，但这一宏观表现，必须
通过洛伦兹力来实现。
2、安培力做功与能的关系
如图所示，在竖直平面内，固定着框架abMN ，ab 之间是直
流电源，导体棒cd 可在光滑导轨aM 、bN 上滑动，并不脱离导轨。
导体棒cd 的质量为m ，acdb 构成一个闭合回路，产生如图所示的
电流。cd 棒受重力作用要竖直向下运动，切割磁感线产生如图所
示感应电流，受到如图所示的安培力，安培力做负功，cd 棒的机
械能减少，减少的机械能通过安培力做功转化为电路中的电能，再转化为线路中的内能。
因而cd 棒机械能的增减要通过安培力做功来实现，安培力做功起传递能量的作用。 综上所述，从微观上，安培力是导体内正电荷所受的横向电场力，安培力做功的本质是该横向电场力做功的宏观表现；从宏观上，安培力做功与路径有关，起传递能量转化的作用。
二、 恒定的安培力做功问题
例1、（94年上海高考题)如图1所示,两根光滑的金属导轨,平行放
置在倾角为θ斜角上,导轨的左端接有电阻R,导轨自身的电阻可忽路
不计。斜面处在一匀强磁场中,磁场方向垂直于斜面向上。质量为m,
电阻可不计的金属棒ab,在沿着斜面与棒垂直的恒力作用下沿导轨匀
速上滑,并上升h 高度,如图所示。
在这过程中
（A ）作用于金属捧上的各个力的合力所作的功等于零
（B ）作用于金属捧上的各个力的合力所作的功等于mgh 与电阻R 上发
出的焦耳热之和
（C ）恒力F 与安培力的合力所作的功等于零
（D ）恒力F 与重力的合力所作的功等于电阻R 上发出的焦耳热
解析：在金属棒匀速上滑的过程中,棒的受力情况如图2所示。
弹力N 对棒不做功，拉力F 对棒做正功,重力G 与安培力F 安对棒做负
功。棒的动能不变,重力势能增加,电阻R 上产生焦耳热,其内能增加。
依动能定理,对金属棒有 W F +W G +W 安=△E k =0
即作用在捧上各个力作功的代数和为零。
以上结论从另一个角度来分析,因棒做匀速运动,故所受合力为
零,合力的功当然也为零。故选项A 正确,选项B,C 错误。因弹力不做功,
故恒力F 与重力的合力所做的功等于克服安培力所做的功。而克
服安培力做多少功,就有多少其他形式的能转化为电能,电能最终
转化为R 上发出的焦耳热,故选项D 正确。
例2、如图3所示，拉动电阻为R 的长金属框，当线框的右边缘
与磁场边缘平齐时速率为认并以这一速率离开磁场区域。已知磁
场是均匀的，磁感应强度为B ．线框宽为a ，长为b 。试求线框右
边缘刚出磁场至左边缘刚出磁场这一过程中，外力的功，安培力
的功、电流的功、电路中产生的焦耳热?
分析与解： 题设过程中包含着四种能量形式的转化，涉及到
三个做功过程。用简图表示如下：
据能的转化与守恒定律，在题设全过程中，其它形式的能、机械能、电能、内能四种能量在数值上应是相等。我们只需求出这四个量中的任意一个，就可推知另外三个。 在题设过程中，线框回路的感应电动势ε=Bav 。
感应电流I=ε/R =Bav/R 。
电路中电流作功W 电 =I εt= Bav/R •Bav •b/v=B 2a 2bv/R ·
据能的转化与守恒定律，W 外=Q=W 电=B 2a 2bv/R
W 安=-W 外=-B 2a 2bv/R
三、变化的安培力做功问题
例3：位于竖直平面内的矩形平面导线框abcd,ab 长为l 1,是水平的,bd
长为l 2,线框的质量为m,电阻为R,其下方有一匀强磁场区域,该区域的
上、下边界PP'和QQ'均与ab 平行,两边界间的距离为H, H>l 2
，磁场
图
1 图
3
的磁感应强度为B ，方向与线框平面垂直,如图4所示。
令线框的dc 边从离磁场区域上边界PP'的距离为h 处自由下落,已知在线框的dc 边进入磁场以后,ab 边到达边界PP'之前的某一时刻线框的速度已达到这一阶段的最大值,问从线框开始下落到dc 边刚刚到这磁场区域下边界QQ'的过程中,磁场作用于线框的安培力所作的总功为多少?
解析：线框的dc 边到达磁场区域的上边界PP'之前为自由落体运动。dc 边进入磁炀后,而ab 边还没有进入磁场前,线框受到安培力(阻力)作用,依然加速下落。这是一个变加速度运动,加速度越来越小,速度越来越大。设dc 边下落到离PP,以下的距离为Ah 肘,速度达到最大值,以vm 表示这最大速度,则这时线框中的感应电动势为ε=Btw',
线框中的电流为I=ε/R=B l ν/R
作用于线框的安培力为F=B l I=B 2l 12v m /R
速度达到最大的条件是F=mg
由此得v m =mgR/(B 2l 12) ……①
线框的速度达到v m 后,而线框的ab 边还没有进入磁场区前,线框作匀速运动。当整个线框进入磁场后,线框中的感应电流为零,磁场作用于线框的安培力为零,直至dc 边到达磁场区的下边界QQ',线框作初速度为v m ,加速度为g 的匀加速运动。可见磁场对线圈的安培力只存在于线框dc 边进入磁场之后到ab 边进入磁场之前这段时间内。对线框从开始下落到ab 边刚好进入磁场这一过程,设安培力作的总功为W,由动能定理有
mg(h+l 2)W=mv m 2/2
……②
联立①②两式得
W=-mg(l 2+h)+m 3g 2R 2/（2B 4l 14）
例4、如图5所示，倾角θ=30°，宽度L =1m 的足够长的U 形平行光滑金属导轨固定在磁感强度B =1T ，范围充分大的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面斜向上。用平行于导轨功率恒为6W 的牵引力，牵引一根质量m =0.2kg ，电阻R =1Ω放在导轨上的金属棒ab ，由静止沿导轨向上移动，棒ab 始终与导轨接触良好且垂直，当金属棒移动2.8m 时，获得
稳定速度，在此过程中金属棒产生的热量为5.8J （不计导轨电阻及一切摩擦，取g =10m/s 2）。
问：（1）金属棒达到的稳定速度是多大？（2）金属棒从静止达到稳定
速度所需时间是多少？
解析：（1）金属棒沿斜面作变加速运动，当匀速上升时，有稳定
速度。设所受的安培力为F 安，则：F = mgsin θ+ F 安 ； F 安= BIL =
B 2L 2v R ； F = P v
。联立解得金属棒达到的稳定速度是：v =2m/s （2）由能量转化和守恒定律，得：Pt = mgSsin θ+ 12 mv 2+ Q 代入数据解得：t =1.5s
对于电磁感应中的能量转化问题，应弄清在过程中有哪些能量参与了转化，能量的转化和守恒是通过做功来实现的，安培力做功是联系电能与其它形式的能相互转化的桥梁。利用能量观点来分析解题，可以避开复杂过程细节的分析，避开变力功的计算，抓住事物变化的本质规律。
图5
例5： n 匝线圈包围的面积为S,总电阻为R 置于匀强磁场B 中，从中性面开始，以角速度ω匀速转动，求外力做功的平均功率．
分析与解: 此题属于正弦交流电问题，无论是外力、安培力，还是电流都呈周期性变化。此类问题包含的能量转化过程如下：
电流热功率可由电流的有效值求得, P 热=I 2R=（Im/2）·R=(εm/2R)2R
且εm=nB ωS 外力的功率等于热功率 P 外= P 热= （nB ωS ）2/2R
四、简单连接体
例6 两金属杆ab 和cd 长均为l ，电阻均为R ，质量分别
为M 和m ，M>m ，用两根质量和电阻均可忽略的不可伸
长的柔软导线将它们连成闭合回路，并悬挂在水平、光滑、
不导电的圆棒两侧。两金属杆都处在水平位置如图6，整
个装置处在一与回路平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度
为B ，若金属杆ab 正好匀速向下运动，求运动的速度。
分析与解：两棒运动时，因电磁感应，回路中出现感应电流使两棒发热，而ab 向下、cd 向上匀速运动时动能不变
而总重力势能减少。所以此过程中机械能转化为内能(有能量转化)，且参与转化的能量数值可用未知量。及已知量表示(见下面解答过程)，所以可用能量守恒求解。在运动过程中取一段时间
由能量守恒：
(M-m)gvt ＝I 22Rt (1)
又由电磁感应规律：
I ＝2Blv ／(2R) (2)
解(1)、(2)得
v ＝(M-m)gR ／2B 2L 2
例7 、 如图7所示，金属棒a 从h 高处自静止沿光滑弧形
轨道下滑，进入轨道的水平部分以后，在自上而下的匀强磁场
中运动，水平轨道也是光滑的，磁场的磁感应强度是B 。在轨道
的水平部分原来静止地放着一根金属棒b ，已知两棒质量相等且
等于m ，如果a 棒始终没有跟b 棒相碰，求整个过程中导轨及
两棒组成的回路消耗的内能。
解析 a 棒切割磁感线在回路中产生感应电流，a 棒减速，b 棒加速，当两棒速度相等时，它们与导轨构成的回路不再有感应电流，a 、b 棒以同样的速度运动。视a 、b 两金属棒为一系统，由于系统在a 棒从斜面底端（设速度为v 0）开始运动至a 、b 棒有共同速度（设为v ）的过程中，水平方向上不受外力，动量守恒。设a 、b 棒的质量均为m ，则有mv mv 02=
又由于a 棒在下滑的过程中机械能守恒，则有mgh mv =022/
根据能量转化与守恒定律，系统在在a 棒开始运动至a 、b 棒有共同速度的过程机械能（通图 6
图7
过安培力作功）部分转化为内能，故回路消耗的内能为
Q m v m m v mgh a a b =-+=022222/()//
从以上的习题解答可以看出，伴随有安培力做功过程，一定有其他形式的能量与电能（内能）间转化。所以在求解这些问题时，只需把握住能量的转化途径，复杂的问题也就变得简单了。
例8、如图8所示，abcd 为静置于水平面上的宽度为L 而长度足够长的U 型金属滑轨，bc 边接有电阻R,其它部分电阻不计．ef 为一可在滑轨平面上滑动、质量为m 的均匀金属棒． 一均匀磁场B 垂直滑轨面。金属棒以一水平细绳跨过定滑轮，连接一质量为M 的重物． 今重物M 自静止开始下落，假定滑轮无质量，且金属棒在运动中均保持与bc 边平行．忽略所有摩擦力，
(1)求金属棒作匀速运动时的速率v （忽略bc 边对金属棒的作用力）。
(2)若重物从静止开始至匀速运动之后的某一时刻下落的总
高度为h ，求这一过程中电阻R 上产生的热量Q ．
分析与解 视重物M 与金属棒m 为一系统，使系统运
动状态改变的力只有重物受到重力与金属棒受到的安培
力．系统在开始一段时间里处于加速运动状态，后一段时间
里处于匀速运动状态，其安培力做功的过程相应地也从变力
做功变为恒力做功．但不管运动情况如何复杂，做功的过程
如何繁琐，题设情况涉及到的能量转化过程可用简图表示如
下；
由能的转化和守恒定律，有：
Mgh=(m+M)v 2/2 +Q
只需求得系统匀速运动速度即可．据平衡条件；
Mg ＝F 安，得v ＝MgR ／B 2L 2。将v 代入上式得
Q=Mg[h-(m+M)MgR 2／2B 4L 4]
图8
高中物理电磁感应知识点
高中物理电磁感应知识点 高中物理电磁感应知识点 物理学起始于伽利略和牛顿的年代，它已经成为一门有众多分支的基础科学。下面是店铺精心整理的高中物理电磁感应知识点，仅供参考，欢迎大家阅读。 高中物理电磁感应知识点1 一、磁通量： 设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，磁场的磁感应强度B和平面面积S的乘积叫磁通量； 1、计算式：=BS（BS） 2、推论：B不垂直S时，=BSsin 3、磁通量的国际单位：韦伯，wb； 4、磁通量与穿过闭合回路的磁感线条数成正比； 5磁通量是标量，但有正负之分； 二、电磁感应： 穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有感应电流产生，这种现象叫电磁感应现象，产生的电流叫感应电流； 注：判断有无感应电流的方法： 1、闭合回路； 2、磁通量发生变化； 三、感应电动势： 在电磁感应现象中产生的电动势； 四、磁通量的变化率： 等于磁通量的变化量和所用时间的比值；△/t 1、磁通量的变化率是表示磁通量的变化快慢的物理量； 2、磁通量的变化率由磁通量的变化量和时间共同决定； 3、磁通量变化率大，感应电动势就大； 五、法拉第电磁感应定律： 电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比；
1、定义式：E=n△/△t（只能求平均感应电动势）； 2、推论；E=BLVsina（适用导体切割磁感线，求瞬时感应电动势，平均感应电动势） （1）VL，LB，为V与B间的夹角； （2）VB，LB，为V与L间的夹角 （3）VB，LV，为B与L间的夹角 3、穿过线圈的磁通量大，感应电动势不一定大； 4、磁通量的变化量大，感应电动势不一定大； 5、有感应电流就一定有感应电动势；有感应电动势，不一定有感应电流； 六、右手定则（判断感应电流的方向）： 伸开右手，让大拇指和其余四指共面、且相互垂直，把右手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导体运动方向，四指指向感应电流的方向； 高中物理电磁感应知识点2 1、电磁感应现象： 利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。 （1）产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化，即Δ≠0。（2）产生感应电动势的条件：无论回路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，线路中就有感应电动势。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。 （2）电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合，则有感应电流，回路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流。 2、磁通量 （1）定义：磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面的磁通量，定义式：=BS。如果面积S与B不垂直，应以B 乘以在垂直于磁场方向上的投影面积S′，即=BS′，国际单位：Wb 求磁通量时应该是穿过某一面积的磁感线的净条数。任何一个面都有正、反两个面；磁感线从面的正方向穿入时，穿过该面的磁通量
高中物理选修3-2：电磁感应知识点归纳
高中物理选修3-2：电磁感应知识点归纳 展开全文 高中知识搜索小程序 一、电磁感应的发现 1.“电生磁”的发现 奥斯特实验的启迪：丹麦物理学家奥斯特发现电流能使小磁针偏转，即电流的磁效应 2.“磁生电”的发现 (1)电磁感应现象的发现 法拉第根据他的实验，将产生感应电流的原因分成五类： ①变化的电流； ②变化的磁场； ③运动中的恒定电流； ④运动中的磁铁； ⑤运动中的导线。 (2)电磁感应的发现使人们找到了“磁生电”的条件，开辟了人类的电气化时代。 二、感应电流产生的条件 1. 探究实验 实验一：导体在磁场中做切割磁感线的运动 实验二：通过闭合回路的磁场发生变化 2. 感应电流产生的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化时，这个闭合电路中就有感应电流产生 三、感应电动势 1. 定义：由电磁感应产生的电动势，叫感应电动势。产生电动势
的那部分导体相当于电源。 2. 产生条件：只要穿过电路的磁通量发生变化，无论电路是否闭合，电路中都会有感应电动势。 3. 方向判断：在内电路中，感应电动势的方向是由电源的负极指向电源的正极，跟内电路中的电流的方向一致。产生感应电动势的那部分导体相当于电源。 【关键一点】感应电流的产生需要电路闭合，而感应电动势的产生电路不一定需要闭合 四、法拉第电磁感应定律 1. 定律内容：感应电动势的大小，跟穿过这个电路的磁通量的变化率成正比。 2. 表达式： 说明：①式中N为线圈匝数，是磁通量的变化率，注意它与磁通量以及磁通量的变化量的区别。 ②E与无关，成正比 ③在图像中为斜率，所以斜率的意义为感应电动势 五、导体切割磁感线时产生的电动势 公式中的l为有效切割长度，即导体与v垂直的方向上的投影长度．
高中物理-电磁感应现象之电动势(附答案)
电磁感应现象之电动势 “电磁感应”是电磁学的核心内容之一，又是与电学、力学知识紧密联系的知识点，是高考试题考查综合运用知识能力的很好落脚点，本专题涉及三个方面的知识： 一、电磁感应，电磁感应研究是其它形式有能量转化为电能的特点和规律，其核心内容是法拉第电磁感应定律和楞次定律； 二、与电路知识的综合，主要讨论电能在电路中传输、分配，并通过用电器转化为其它形式的能量的特点及规律； 三、与力学知识的综合，主要讨论产生电磁感应的导体受力、运动特点规律以及电磁感应过程中的能量关系。 所有这些知识的运用，首先最为关键的是要弄清楚回路中的电动势是怎么产生的。下面把高中物理中电磁感应现象涉及的所有电动势归纳如下： 感应电动势按产生的机理可分为感生电动势与动生电动势 （1）感生电动势E=nΔΦ/Δt 产生原因又有以下三种情况： 若磁感应强度变化产生电动势，则有E=nS ΔB/Δt ． 若回路中面积变化产生电动势，则有E=nB ΔS/Δt ． 若磁感应强度B 、回路的面积S 都发生变化，则E = n （BΔS/Δt+SΔB/Δt ）。 （2）动生电动势由导体切割磁感线引起，有平动和转动之分： 直导体平动情况，则根据E=BLv 计算．B 、L 、V 三个物理量要取两两垂直的量带入公式计算。 直导体绕某点以角速度ω转动的情况，则要根据E=BL 2ω/2计算。 线圈的平动的情况，也根据E=BLv 计算，线圈回路在磁场中有多少条边切割，就算多少个电动势，方向相同就相加算总电动势，电动势方向相反就相减算总电动势。比较典型的线圈有方形、矩形、梯形、三角形等。 线圈的转动的情况，以交流电产生原理： 从中性面开始计时t nBS e ωωsin =；t l Bl e ωωsin 21=； 从峰值面开始计时t l Bl e ωωcos 21=。 如果以上电动势中涉及到磁场与导体的相对运动，则V 带导体对磁场的相对速度 对应练习题： 1.下列几种说法中止确的是( ). A 、线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大 B 、线圈中磁通量越入,线圈中产生的感应电动势一定越大 C 、线圈放在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势一定越大 D 、线圈中磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势越大 2、图所示，长为L 的直导线ab 放在相互平行的金属导轨上，导轨宽为d ，导线ab 运动的速度为v ，方向垂直于磁感应强度为B 的匀强磁场，磁场的方向垂直纸面向里，ab 与导轨的夹角为θ，则回路中的电动势为（ ） A BLv B BLvsin θ C Bdvsin θ D Bdv
电磁感应中的能量问题分析
( 含答案 ) 电磁感应中的能量问题分析
电磁感应中的能量问题分析 一、基础知识 1、过程分析 (1)电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质上是能量的转化过程． (2)电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必 定受到安培力的作用，因此，要维持感应电流的存在，必须有“外力”克服安培力做功，将其他形式的能转化为电能．“外力”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． (3)当感应电流通过用电器时，电能又转化为其 他形式的能．安培力做功的过程，或通过电阻 发热的过程，是电能转化为其他形式能的过 2
程．安培力做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能． 2、求解思路 (1)若回路中电流恒定，可以利用电路结构及W＝UIt 或 Q＝I 2Rt 直接进行计算． (2)若电流变化，则：①利用安培力做的功求解： 电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做 的功；②利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则机械能的减少量等于产生的电能． 3、电磁感应中能量转化问题的分析 技巧 a、电磁感应过程往往涉及多种能量的转化
(1)如图中金属棒 ab 沿导轨由静止下滑时，重力势能减少， 一部分用来克服安培力做功，转化为感应电流 的电能，最终在 R 上转化为焦耳热，另一部分转化为金属棒的动能． (2)若导轨足够长，棒最终达到稳定状态做匀速运动，之后重力势能的减小则完全用来克服 安培力做功，转化为感应电流的电能． b、安培力做功和电能变化的特定对应关系 (1)“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能． (2)安培力做功的过程，是电能转化为其他 形式的能的过程，安培力做多少功就有多少
高中物理 电磁感应现象中的能量问题
电磁感应现象中的能量问题 能的转化与守恒，是贯穿物理学的基本规律之一。从能量的观点来分析、解决问题，既是学习物理的基本功，也是一种能力。 电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用,因此,要维持感应电流的存在,必须有“外力”克服安培力做功。此过程中,其他形式的能量转化为电能。当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能量。“外力”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。同理,安培力做功的过程,是电能转化为其它形式能的过程。安培力做了多少功,就有多少电能转化为其它形式的能。 认真分析电磁感应过程中的能量转化、熟练地应用能量转化和守恒定律是求解较复杂的电磁感应问题的常用方法,下面就几道题目来加以说明。 一、安培力做功的微观本质 1、安培力做功的微观本质 设有一段长度为L、矩形截面积为S的通电导体，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的平均速率为v，如图所示。 所加外磁场B的方向垂直纸面向里，电流方向沿导体水平向右，这个电流是由于自由电子水平向左定向运动形成的，外加磁场对形成电流的运动电荷（自由电子）的洛伦兹力使自由电子横向偏转，在导体两侧分别聚集正、负电荷，产生霍尔效应，出现了霍尔电势差，即在导体内部出现方向竖直向上的横向电场。因而对在该电场中运动的电子有电场力f e的作用，反之自由电子对横向电场也有反作用力-f e作用。场强和电势差随着导体两侧聚集正、负电荷的增多而增大，横向电场对自由电子的电场力f e也随之增大。当对自由电子的横向电场力f e增大到与洛伦兹力f L相平衡时，自由电子没有横向位移，只沿纵向运动。导体内还有静止不动的正电荷，不受洛伦兹力的作用，但它要受到横向电场的电场力f H的作用，因而对横向电场也有一个反作用力-f H。由于正电荷与自由电子的电量相等，故正电荷对横向电场的反作用-f H和自由电子对横向电场的反作用力-f e相互抵消，此时洛伦兹力f L与横向电场力f H相等。正电荷是导体晶格骨架正离子，它是导体的主要部分，整个导体所受的安培力正是横向电场作用在导体内所有正电荷的力的宏观表现，即F=(nLS)f H=(nLS)f L。 由此可见，安培力的微观本质应是正电荷所受的横向电场力，而正电荷所受的横向电场力正是通过外磁场对自由电子有洛伦兹力出现霍尔效应而实现的。
高中物理电磁感应现象习题知识点及练习题附答案
高中物理电磁感应现象习题知识点及练习题附答案 一、高中物理解题方法：电磁感应现象的两类情况 1．如图所示，光滑的水平平行金属导轨间距为 L ，导轨电阻忽略不计．空间存在垂直于导 轨平面竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为 B ,轻质导体棒 ab 垂直导轨放置，导体棒 ab 的电阻为 r ，与导轨之间接触良好．两导轨之间接有定值电阻，其阻值为 R ，轻质导体棒中间系一轻细线，细 线通过定滑轮悬挂质量为 m 的物体，现从静止释放该物体，当物体速度达到最大时，下落的高度为 h ， 在本问题情景中，物体下落过程中不着地，导轨足够长，忽略空气阻力和一切摩擦阻力，重力加速度 为 g ．求： (1)物体下落过程的最大速度 v m ； (2)物体从静止开始下落至速度达到最大的过程中，电阻 R 上产生的电热 Q ； (3)物体从静止开始下落至速度达到最大时，所需的时间 t ． 【答案】（1）22()mg R r B L + (2) 3244 () 2mghR m g R R r R r B L +-+ (3) 2222()()m R r B L h B L mg R r +++ 【解析】 【分析】在物体加速下落过程中，加速度逐渐减小，当加速度为0时，下落速度达到最大，由平衡条件、闭合电路欧姆定律和电磁感应定律求出物体下落过程的最大速度；在物体下落过程中，物体重力势能减少，动能增加，系统电热增加，根据能量守恒定律求出电阻R 上产生的电热；在系统加速过程中，分别对导体棒和物体分析，根据动量定理可得所需的时间； 解：（1）在物体加速下落过程中，加速度逐渐减小，当加速度为0时，下落速度达到最大 对物体，由平衡条件可得mg=Fr 对导体棒Fr=BIL 对导体棒与导轨、电阻R 组成的回路，根据闭合电路欧姆定律E I R r =+ 根据电磁感应定律E=BLv m 联立以上各式解得m 22 () v mg R r B L += （2）在物体下落过程中，物体重力势能减少，动能增加，系统电热增加，根据能量守恒定律可得 mgh= 1 2 mv m 2+Q 总 在此过程中任一时刻通过R 和r 两部分电阻的电流相等，则电功率之比正比于电阻之比，故整个过程中回路中的R 与r 两部分电阻产生的电热正比于电阻，所以
电磁感应现象中的单杆切割磁感线问题
电磁感应现象中的单杆切割磁感线问题 一、教学内容：电磁感应知识与应用复习之单杆切割磁感线问题 二、教学课时：二课时 三、教学课型：高三第一轮复习课 四、教学设计适合对象：高三理科学生 五、教学理念： 电磁感应现象知识的应用历来是高考的重点、热点，问题可将力学、电磁学等知识溶于一体，能很好地考查学生的理 解、推理、分析综合及应用数学处理物理问题的能力。通过近年高考题的研究，电磁感应问题每年都有“单杆切割磁感线 问题”模型的高考题出现。 而解决电磁感应单杆切割磁感线问题的关键就是借鉴或利用相似原型来启发、理解和变换物理模型，即把最基础的物 理模型进行细致的分析和深入的理解后，有目的的针对某些关键位置进行变式，从而把陌生的物理模型与熟悉的物理模型 相联系，分析异同并从中挖掘其内在联系，从而建立起熟悉模型与未知现象之间相互关系的一种特殊解题方法•巧妙地 运用“类同”变换，“类似”变换, “类异”变换，可使复杂、陌生、抽象的问题变成简单、熟悉、具体的题型，从而使问题大为简化，从而提高了课堂教学的有效 性。 六、电磁感应教学内容与学情分析研究： 6. 1 •教学内容分析： 电磁感应中的单杆模型包括：导轨、金属棒和磁场，所以对问题的变化点主要有： 1.针对金属棒 1）金属棒的受力情况：平行轨道方向上，除受安培力以外是否存在拉力、阻力； 2）金属棒的初始状态：静止或有一个初速度V。; 3）金属棒的运动状态：与导轨是否垂直，与磁场是否垂直，是不是绕中心点转动； 4）金属棒割磁感线状况：整体切割磁感线或部分切割磁感线。 2•针对导轨 1）导轨的形状：常见导轨的形状为U形，还可以为圆形、三角形、三角函数图形等； 2）导轨的闭合性：导轨本身可以开口，也可闭合； 3）导轨电阻：不计、均匀分布或部分有电阻、串上外电阻； 4）导轨的放置：水平、竖直、倾斜放置。 3.针对磁场 1 ）磁场的状态：磁场可以是稳定不变的，也可以均匀变化或非均匀变化； 2）磁场的分布：有界或无界。 6 . 2 .学生学情分析:
电磁感应中的能量转化与守恒
电磁感应中的能量转化与守恒 能的转化与守恒定律，是自然界的普遍规律，也是物理学的重要规律。电磁感应中的能量转化与守恒问题，是高中物理的综合问题，也是高考的热点、重点和难点。在电磁感应现象中，外力克服安培力做功，消耗机械能，产生电能，产生的电能是从机械能转化而来的；当电路闭合时，感应电流做功，消耗了电能，转化为其它形式的能，如在纯电阻电路中电能全部转化为电阻的内能，即放出焦耳热，在整个过程中，总能量守恒。 在与电磁感应有关的能量转化与守恒的题目中，要明确什么力做功与什么能的转化的关系，它们是：合力做功=动能的改变； 重力做功=重力势能的改变；重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加； 弹力做功=弹性势能的改变；弹力做正功，弹性势能减少；弹力做负功，弹性势能增加； 电场力做功=电势能的改变；电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加； 安培力做功=电能的改变，安培力做正功，电能转化为其它形式的能；安培力做负功(即克服安培力做功)，其它形式的能转化为电能。 以2005年高考题为例，说明与电磁感应有关的能量转化与守恒问题的解法。 例1如图1所示，两根足够长的固定平行金属光滑导轨位于同一水平面，导轨上横放着两根相同的导体棒ab、cd与导轨构成矩形回路。导体棒的两端连接着处于压缩状态的两根轻质弹簧，两棒的中间用细线绑住，它们的电阻均为R，回路上其余部分的电阻不计。在导轨平面内两导轨间有一竖直向下的匀强磁场。开始时，导体棒处于静止状态。剪断细线后，导体棒在运动过程中( )
A．回路中有感应电动势 B．两根导体棒所受安培力的方向相同 C．两根导体棒和弹簧构成的系统动量守恒，机械能守恒 D．两根导体棒和弹簧构成的系统动量守恒，机械能不守恒 解析：因回路中的磁通量发生变化(因面积增大，磁通量增大)所以有感应电动势；据楞次定律判断，感生电流的方向是a，用左手定则判断ab受安培力向左，dc受安培力向右；因平行金属导轨光滑，所以两根导体棒和弹簧构成的系统受合外力为零(重力与支持力平衡)，所以动量守恒，但一部分机械能转化为电能，所以机械能不守恒，因此本题选A、D。 例2如图2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、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接触。 图2 (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E p ，则这一过 程中安培力所做的功W 1和电阻R上产生的焦耳热Q 1 分别为多少？ (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？ 解析：(1)用右手定则判断导体棒的感生电流方向从B向A，用右手定则判断导体棒受的安培力方向向左。
高考物理电磁感应中的动力学问题和能量问题
电磁感应中的动力学问题和能量问题辅导讲义 授课主题 法拉第电磁感应中的动力学问题和能量问题 教学目的 1.了解感生电动势和动生电动势 2.能解决电磁感应问题中涉及安培力的动态分析和平衡问题. 3.会分析电磁感应问题中的能量转化，并会进行有关计算． 4.掌握导轨—杆模型 教学重难点 能解决电磁感应问题中涉及安培力的动态分析和平衡问题，会分析电磁感应问题中的能量 转化，并会进行有关计算． 教学内容 1．如图（a ）所示，理想变压器原副线圈匝数比12:5:4n n ，原线圈接有交流电流表1A ，副线圈电路接有交流电压表V 、交流电流表2A ，滑动变阻器R 等，所有电表都可看成理想电表，二极管D 正向电阻为零，反向电阻无穷大，灯泡L 的阻值可视为不变，原线圈接入电压按图（b ）所示规律变化的交流电，则下列说法正确的是 A A ．交流电压表V 的读数为32V B ．灯泡L 两端电压的有效值为32V C ．当滑动变阻器触头P 向下滑动时，电压表V 的示数增大， 电流表1A 示数增大 D ．由图（b ）可知交流发电机转子的角速度为100/rad s 2、如图甲为一列沿x 轴传播的简谐横波在t=0.1s 时刻的波 一、知识回顾
形，介质中质点Q 此时位移为-0.1m ，图乙表示该波传播的介质中质点P 从t=0时起的振动图像，则下列说法正确的是______________（选对1个给2分，选对2个给4分，选对3个给5分，没选错一个扣3分，最低得分为0） A ．该波沿x 轴负方向传播 B ．该波的传播速度为20m/s C ．再经过160 s 质点Q 到达平衡位置 D ．质点P 在任意一个0.05s 时间内通过的路程一定为0.2m E ．0~0.1s 时间内质点Q 通过的路程一定为0.4m 3、如图所示，一个横截面为直角三角形的三棱镜，∠A=30°，∠B=60°，AB 边长为L 。一束与BC 面成θ=30°角的光从BC 面中点射入三棱镜，进入三棱镜后折射光线从AB 边平行。求： （i ）通过计算说明在AC 面下方能否观察到折射光？ （ii ）求从AB 边出射点到A 点距离 。 （1）（5分）ABE （2）（10分） 解析：（ⅰ）光路图如图。据题意可求出γ=30° 由折射定律在BC 面上有：330sin 60sin 0==o n 由临界角的公式sin C ＝n 1 解得：sin C ＝33，所以全反射的临界角C ＜60°，光线在AC 面上的入射角为60°＞C ， 故光线在AC 界面发生全反射，在AC 面下方不能观察到折射光线 （ⅰ）由几何关系可知在AB 边上的入射角为30°，则射出棱镜时的折射角为60°。[来源:https://www.360docs.net/doc/8b19191854.html,]
电磁感应中的动力学问题和能量问题
电磁感应中的动力学问题和能量问题 一、感应电流在磁场中所受的安培力 1.安培力的大小:F=BIL= ⑴.由F= 知,v 转变时,F 转变,物体所受合外力转变,物体的加速度转变,因此可用牛顿运动定律进行动态分析. ⑵.在求某时刻速度时,可先依照受力情形确信该时刻的安培力,然后用上述公式进行求解. 2.安培力的方向判定 (1)右手定那么和左手定那么相结合,先用右手定那么确信感应电流方向 ,再用 左手定那么判定感应电流所受安培力的方向. (2)用楞次定律判定,感应电流所受安培力的方向必然和导体切割磁感线运动的方向垂直。 热点一 对导体的受力分析及运动分析 从运动和力的关系着手,运用牛顿第二定律.大体方式是:受力分析→运动分析(确信运动进程和最终的稳固状态)→由牛顿第二定律列方程求解. 运动的动态结构: 如此周而复始的循环,循环终止时加速度等于零,导体达到平稳状态.在分析进程中要抓住a=0时速度v 达到最大这一关键. 专门提示 1.对电学对象要画好必要的等效电路图. 2.对力学对象要画好必要的受力分析图和进程示用意 二、电磁感应的能量转化 1.电磁感应现象的实质是其他形式的能和电能之间的转化. 2.感应电流在磁场中受安培力,外力克服安培力做功,将其他形式的能转化为电能,电流做功再将电能转化为内能. 3.电流做功产生的热量用焦耳定律计算,公式为Q=I 2Rt 热点二 电路中的能量转化分析 从能量的观点着手,运用动能定理或能量守恒定律. 大体方式是: 受力分析→弄清哪些力做功,做正功仍是负功→明确有哪些形式的能参与转化,哪些增哪些减→由动能定理或能量守恒定律列方程求解. 专门提示 在利用能的转化和守恒定律解决电磁感应的问题时,要注意分析安培力做功的情形,因为安培力做的功是电能和其他形式的能之间彼此转化的“桥梁”. 简单表示如下: 安培力做正功 电能 其他形式能. R L B R E BL v 22=⋅R L B 2 2
电磁感应中动力学及能量问题
第4课时(小专题)电磁感应中的动力学和能量问题 突破一电磁感应中的动力学问题 1．所用知识及规律 (1)安培力的大小 由感应电动势E＝BLv，感应电流I＝E R和安培力公式 F＝BIL得F＝ B2L2v R。 (2)安培力的向判断 (3)牛顿第二定律及功能关系 2．导体的两种运动状态 (1)导体的平衡状态——静止状态或匀速直线运动状态。 (2)导体的非平衡状态——加速度不为零。 3．常见的解题流程如下 【典例1】如图1所示，光滑斜面的倾角α＝30°，在斜面上放置一矩形线框abcd，ab边的边长l1＝1 m，bc边的边长l2＝0.6 m，线框的质量m＝1 kg，电阻R＝0.1 Ω，线框通过细线与重物相连，重物质量M＝2 kg，斜面上ef(ef∥gh)的右有垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度B＝0.5 T，如果线框从静止开始运动，进入磁场的最初一段时间做匀速运动，ef和gh的距离s＝11.4 m，(取g＝10 m/s2)，求：
图1 (1)线框进入磁场前重物的加速度； (2)线框进入磁场时匀速运动的速度v； (3)ab边由静止开始到运动到gh处所用的时间t； (4)ab边运动到gh处的速度大小及在线框由静止开始运动到gh处的整个过程中产生的焦耳热。 【变式训练】 1．如图2所示，MN、PQ为足够长的平行金属导轨，间距L＝0.50 m，导轨平面与水平面间夹角θ＝37°，N、Q间连接一个电阻R＝5.0 Ω，匀强磁场垂直于导轨平面向上，磁感应强度B＝1.0 T。将一根质量为m＝0.050 kg的金属棒放在导轨的ab位置，金属棒及导轨的电阻不计。现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与导轨垂直，且与导轨接触良好。已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ＝0.50，当金属棒滑行至cd处时，其速度大小开始保持不变，位置cd与ab之间的距离s＝2.0 m。已知g＝10 m/s2，sin 37°＝0.60，cos 37°＝0.80。求： 图2 (1)金属棒沿导轨开始下滑时的加速度大小； (2)金属棒到达cd处的速度大小； (3)金属棒由位置ab运动到cd的过程中，电阻R产生的热量。 突破二电磁感应中的能量问题 1．电磁感应中的能量转化
13.3电磁感应现象及应用(学案)-高中物理人教版(2019)必修第三册
电磁感应现象及应用[核心素养·明目标] 核心素养学习目标物理观念知道电磁感应现象和感应电流的概念。 科学思维通过模仿法拉第的实验，归纳得出产生感应电流的条件。学会通过现象分析归纳事物本质特征的科学思维方法。 科学探究经历感应电流产生条件的探究活动，提高分析论证能力。 科学态度与 责任(1)了解电磁感应现象曲折的发现过程，学习法拉第坚持理想信念、不畏艰辛、勇于探索的科学精神。 (2)了解电磁感应现象的重大历史意义和电磁感应现象的广泛应用，体会科学、技术对人类文明的推动作用。 知识点一划时代的发现 1．奥斯特发现的电流的磁效应，证实了电现象和磁现象是有联系的。 2．1831年，法拉第发现了“磁生电”现象，他认为“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。 3．法拉第把这些“磁生电”现象定名为电磁感应，这些现象中产生的电流叫作感应电流。 1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)法拉第发现了电磁感应现象。(√) (2)法拉第完成了“由磁产生电”的设想。(√) 知识点二产生感应电流的条件 1．探索感应电流产生的条件 (1)实验装置 (2)实验过程 开关和变阻器的状态线圈B中是否有电流 开关闭合瞬间有 开关断开瞬间有 开关闭合时，滑动变阻器不动无
开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片有2．产生感应电流的条件：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。 电路闭合、磁通量变化，是产生感应电流的两个条件，缺一不可。闭合电路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件，如果穿过闭合电路的磁通量很大但不变化，那么也不会产生感应电流。 2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)闭合线圈内有磁场，就有感应电流。(×) (2)穿过闭合线圈的磁通量发生变化，一定能产生感应电流。(√) (3)闭合线圈和磁场发生相对运动，不一定能产生感应电流。(√) 知识点三电磁感应现象的应用 1．最早的发电机：法拉第的圆盘发电机。 2．电厂里的发电机、生产和生活中广泛使用的变压器、电磁炉等都是根据电磁感应制造的。 考点1 电磁感应产生的条件 甲乙丙 保持线框平面始终与磁感线垂直，图甲中线框在磁场中上下运动；图乙中线框在磁场中左右运动；如图丙所示，有一个线圈与一个灵敏电流计连成闭合电路，将一条形磁铁的一部分插入线圈中。 (1)保持线框平面始终与磁感线垂直，线框在磁场中上下运动(图甲)。线框中是否产生感应电流？ (2)保持线框平面始终与磁感线垂直，线框在磁场中左右运动(图乙)，线框中是否产生感应电流？ (3)条形磁铁向左右运动时(图丙)，电流计的指针是否发生偏转？为什么？ 提示：(1)图甲中，线框在磁场中上下运动的过程中，导体没有切割磁感线，穿过线框的磁通量没有发生变化，所以无感应电流产生。 (2)图乙中，线框在磁场中左右运动的过程中，尽管导体切割磁感线，但是整个线框都处在磁场中，穿过线框的磁通量没发生变化，所以无感应电流产生。
高二物理电磁感应中的能量问题(含答案)
电磁感应中的能量问题 复习精要 1. 产生和维持感应电流的存在的过程就是其它形式的能量转化为感应电流电能的过程。 导体在达到稳定状态之前，外力移动导体所做的功，一部分消耗于克服安培力做功，转化为产生感应电流的电能或最后再转化为焦耳热，另一部分用于增加导体的动能，即 当导体达到稳定状态（作匀速运动时），外力所做的功，完全消耗于克服安培力做功，并转化为感应电流的电能或最后再转化为焦耳热 2.在电磁感应现象中，能量是守恒的。楞次定律与能量守恒定律是相符合的，认真分析电磁感应过程中的能量转化，熟练地应用能量转化与守恒定律是求解叫复杂的电磁感应问题常用的简便方法。 3.安培力做正功和克服安培力做功的区别：电磁感应的过程，同时总伴随着能量的转化和守恒，当外力克服安培力做功时，就有其它形式的能转化为电能；当安培力做正功时，就有电能转化为其它形式的能。 4.在较复杂的电磁感应现象中，经常涉及求解焦耳热的问题。尤其是变化的安培力，不能直接由Q=I 2 Rt 解，用能量守恒的方法就可以不必追究变力、变电流做功的具体细节，只需弄清能量的转化途径，注意分清有多少种形式的能在相互转化，用能量的转化与守恒定律就可求解，而用能量的转化与守恒观点，只需从全过程考虑，不涉及电流的产生过程，计算简便。这样用守恒定律求解的方法最大特点是省去许多细节，解题简捷、方便。 1．如图所示，足够长的两光滑导轨水平放置，两条导轨相距为d ，左端MN 用阻值不计的导线相连，金属棒ab 可在导轨上滑动，导轨单位长度的电阻为r 0，金属棒ab 的电阻不计。整个装置处于竖直向下的均匀磁场中，磁场的磁感应强度随时间均匀增加，B =kt ，其中k 为常数。金属棒ab 在水平外力的作用下，以速度v 沿导轨向右做匀速运动，t =0时，金属棒ab 与MN 相距非常近．求： （1）当t =t o 时，水平外力的大小F ． （2）同学们在求t =t o 时刻闭合回路消耗的功率时，有两种不同 的求法： 方法一：t =t o 时刻闭合回路消耗的功率P =F·v ． 方法二：由Bld =F ，得 F I Bd = 22 22F R P I R B d ==（其中R 为回路总电阻） 这两种方法哪一种正确?请你做出判断，并简述理由．
高中物理_电磁感应现象的应用--能量问题教学设计学情分析教材分析课后反思
电磁感应现象的应用----能量问题教学设计 教学内容教师活动学生活动设计意图 〖学习目标一〗通过对近三年高考题的回做、总结和提炼，能抓住电磁感应现象一章的知识主干展示近三年高考题在本章的考查模型： 课前通过对近三年高考题的回做、总结和 提炼，同学们对本章主干知识的考查都有了大 致的了解，下面来展示同学们的成果 年份201620172018 知识 点分 布 I卷T24 电磁感 应中的 力电综 合 II卷T20 转动切 割和电 路综合 T24电 磁感应 中的力 电综合 I卷T18电 磁感应现 象与阻尼 II卷T20法 拉第电磁 感应定律、 E-t图像 III卷T15楞 次定律、安 培定则 I卷T18楞 次定律、安 培定则 II卷T18楞 次定律、法 拉第电磁 感应定律、 i-t图像 III卷T20楞 次定律、法 拉第电磁 感应定律、 i-t图像 分享成果，思考 问题、形成自己 的想法。 建立感性认 识
［目标评价一］ 根据掌握的知识结合近三年高考的考点， 完成本章的知识网图 不难发现本章有一个知识点在近三年高考 中没有考查，那就是能量问题，感应电流本身 就是能量转化的产物，能量是电磁感应部分不 可缺少的环节，本节课我就重点复习一下电磁 感应现象中的能量问题。 出示学习目标： ⑴通过对近三年高考题的回做、总结和提 炼，能够抓住电磁感应现象一章的知识主干 ⑵通过对金属棒受力分析，运用电路知识和 功的概念分析得出克服安培力做功与电能变 化间的关系； ⑶通过功能关系、电路特征、能量守恒三条 途径处理电阻消耗的功率，学习并掌握处理电 磁感应现象中能量问题的常用方法和一般解 题步骤 完成知识网图， 完善知识体系 完成目标一 的评价 功是能量转化的途径，也是量度，电磁感 应现象中电能转化的途径又是哪种力的功 呢？看下面的情景： 如图所示，裸金属线电阻不计组成滑框， 金属棒ab可滑动，长为L，串接电阻R，金属 通过分析推导获 取答案 培养学生对 比较简单的 物理现象进 行分析和推 理，获得结
2020年高考物理专题精准突破 电磁感应中的能量问题(解析版)
2020年高考物理专题精准突破 专题电磁感应中的能量问题 【专题诠释】 1．电磁感应中的能量转化 2．求解焦耳热Q的三种方法 3．求解电磁感应现象中能量问题的一般步骤 (1)在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源． (2)分析清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化． (3)根据能量守恒列方程求解． 【高考领航】 【2019·天津高考】如图所示，固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨，垂直于导轨放置的两根金属棒MN和PQ长度也为l、电阻均为R，两棒与导轨始终接触良好。MN两端通过开关S与电阻为R的单匝金属线圈相连，线圈内存在竖直向下均匀增加的磁场，磁通量变化率为常量k。图中虚线右侧有垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。PQ的质量为m，金属导轨足够长、电阻忽略不计。 (1)闭合S，若使PQ保持静止，需在其上加多大的水平恒力F，并指出其方向；
(2)断开S ，PQ 在上述恒力作用下，由静止开始到速度大小为v 的加速过程中流过PQ 的电荷量为q ，求该过程安培力做的功W 。 【答案】 (1)Bkl 3R 方向水平向右 (2)12mv 2－2 3 kq 【解析】 (1)设线圈中的感应电动势为E ，由法拉第电磁感应定律得，感应电动势E ＝ΔΦ Δt ，则 E ＝k ① 设PQ 与MN 并联的电阻为R 并，有 R 并＝R 2 ② 闭合S 时，设线圈中的电流为I ，根据闭合电路欧姆定律得I ＝E R 并＋R ③ 设PQ 中的电流为I PQ ，有 I PQ ＝12 I ④ 设PQ 受到的安培力为F 安，有 F 安＝BI PQ l ⑤ PQ 保持静止，由受力平衡，有 F ＝F 安⑥ 联立①②③④⑤⑥式得 F ＝Bkl 3R ⑦ 由楞次定律和右手螺旋定则得PQ 中的电流方向为由Q 到P ，再由左手定则得PQ 所受安培力的方向水平向左，则力F 的方向水平向右。 (2)设PQ 由静止开始到速度大小为v 的加速过程中，PQ 运动的位移为x ，所用时间为Δt ，回路中的磁通量变化量为ΔΦ，回路中产生的平均感应电动势为E ，有 E ＝ ΔΦ Δt ⑧ 其中ΔΦ＝Blx ⑨ 设PQ 中的平均感应电流为I ，有 I ＝E 2R ⑩ 根据电流的定义得
易错点25 电磁感应中的动力学和能量问题 (解析版)-备战2023年高考物理考试易错题
易错点25 电磁感应中的动力学和能量问题 例题1. (多选)(2021·全国甲卷·21)由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈，两线圈的质量相等，但所用导线的横截面积不同，甲线圈的匝数是乙的2倍．现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落，一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的上边界水平，如图所示．不计空气阻力，已知下落过程中线圈始终平行于纸面，上、下边保持水平．在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前，可能出现的是( ) A ．甲和乙都加速运动 B ．甲和乙都减速运动 C ．甲加速运动，乙减速运动 D ．甲减速运动，乙加速运动 【答案】 AB 【解析】 设线圈下边到磁场的高度为h ，线圈的边长为l ，则线圈下边刚进入磁场时，有v ＝2gh ， 感应电动势为E ＝nBl v ， 两线圈材料相同(设密度为ρ0)，质量相同(设为m )， 则m ＝ρ0×4nl ×S ， 设材料的电阻率为ρ，则线圈电阻 R ＝ρ4nl S ＝16n 2l 2ρρ0m 感应电流为I ＝E R ＝mB v 16nlρρ0 所受安培力大小为F ＝nBIl ＝mB 2v 16ρρ0 由牛顿第二定律有mg －F ＝ma 联立解得a ＝g －F m ＝g －B 2v 16ρρ0 加速度和线圈的匝数、横截面积无关，则甲和乙进入磁场时，具有相同的加速度． 当g >B 2v 16ρρ0 时，甲和乙都加速运动，
当g