(教科版选修3-2)名校课件高中物理第一章电磁感应5电磁感应中的能量转化与守恒

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(2)画等效电路图，分清内、外电路． ΔΦ (3)用法拉第电磁感应定律 E＝n Δt 或 E＝BLv 确定感应电动势的大小， 用楞次定律或右手定则确定感应电流的方向．在等效电源内部，电流方向从 负极指向正极． (4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式联立 求解．
图 151
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A．2.5 m/s 1 W C．7.5 m/s 9 W
B．5 m/s 1 W D．15 m/s 9 W
B [导体棒 MN 匀速下滑时受力如答图所示， 由平衡条件可得 F 安＋μmgcos 37° ＝mgsin 37° ，所以 F 安＝mg(sin 37° －μcos 37° )＝0.4 N，由 F 安＝BIL 得 F安 I＝BL＝1 A，所以 E＝I(R 灯＋RMN)＝2 V，导体棒的 E 运动速度 v＝BL＝5 m/s，小灯泡消耗的电功率为 P
A．导体框中产生的感应电流方向相同 B．导体框中产生的焦耳热相同 C．导体框 ad 边两端电势差相同 D．通过导体框截面的电荷量相同
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AD [由右手定则可得两种情况导体框中产生的感应电流方向相同， A
23 Blv2 B lv l 2 项正确；热量 Q＝I Rt＝ R×v＝ R ，导体框产生的焦耳热与运动速度 R
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(多选)如图 156 所示，两根电阻不计的光滑平行金属导轨的 倾角为 θ，导轨下端接有电阻 R，匀强磁场垂直于导轨平面向上．质量为 m、 电阻不计的金属棒 ab 在沿导轨平面且与棒垂直的恒力 F 作用下沿导轨匀速 上滑，上升高度为 h.在此过程中 ( )
图 156
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图 152 A．Q1>Q2，q1＝q2 C．Q1＝Q2，q1＝q2 B．Q1>Q2，q1>q2 D．Q1＝Q2，q1>q2
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A [根据功能关系知，线框上产生的热量等于克服安培力做的功，即 Q1
2 2 B2l2 v B S v B Sv ab ＝W1＝F1lbc＝ R lbc＝ R lab，同理 Q2＝ R lbc，又 lab>lbc，故 Q1>Q2；因 q
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2．(多选)如图 155 所示，垂直纸面的正方形匀强磁场区域内，有一位 于纸面且电阻均匀的正方形导体框 abcd，现将导体框分别朝两个方向以速度 v、3v 匀速拉出磁场，则导体框分别从两个方向移出磁场的过程中 ( )
【导学号：24622026】
图 155
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灯
＝I2R 灯＝1 W，B 项正确．]
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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3．如图 152 所示，纸面内有一矩形导体闭合线框 abcd，ab 边长大于 bc 边长，置于垂直纸面向里、边界为 MN 的匀强磁场外，线框两次匀速地完 全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于 MN.第一次 ab 边平行 MN 进 入磁场，线框上产生的热量为 Q1，通过线框导体横截面的电荷量为 q1；第二 次 bc 边平行于 MN 进入磁场，线框上产生的热量为 Q2，通过线框导体横截 面的电荷量为 q2，则 ( ) 【导学号：24622025】
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1“电源”的确定方法： “切割”磁感线的导体或磁通量发生变化的线 圈相当于“电源”，该部分导体或线圈的电阻相当于“内电阻”. 2电流的流向：在“电源”内部电流从负极流向正极，在“电源”外部 电流从正极流向负极.
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[针对训练] 1．在图 154 中，EF、GH 为平行的金属导轨，其电阻不计，R 为电阻， C 为电容器，AB 为可在 EF 和 GH 上滑动的导体棒．有匀强磁场垂直于导轨 平面．若用 I1 和 I2 分别表示图中该处导线中的电流，则当 AB 棒( )
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增大后减小，选项 B 错误．拉力的功率大小等于安培力的功率大小，P＝F 安 v＝BIlv，可知因干路电流先减小后增大，PQ 上拉力的功率也先减小后增大， 选项 C 正确．线框消耗的电功率即为外电阻消耗的功率，因外电阻最大值为 3 4R，小于内阻 R；根据电源的输出功率与外电阻大小的变化关系，外电阻越 接近内阻时，输出功率越大，可知线框消耗的电功率先增大后减小，选项 D 错误．]
Blv l Bl2 有关，B 项错误；电荷量 q＝It＝ R ×v＝ R ，电荷量与速度无关，电荷量相 1 1 同，D 项正确；以速度 v 拉出时，Uad＝4Blv，以速度 3v 拉出时，Uad＝4Bl· 3v， C 项错误．]
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电磁感应中的能量问题
1．电磁感应中的能量守恒 (1)由磁场变化引起的电磁感应中，磁场能转化为电能，若电路是纯电阻 电路，转化过来的电能将全部转化为电阻的内能． (2)由相对运动引起的电磁感应中，通过克服安培力做功，把机械能或其 他形式的能转化为电能．克服安培力做多少功，就产生多少电能．若电路是 纯电阻电路，转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能．
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[针对训练] 3.如图 157 所示，两条水平虚线之间有垂直于纸面向里、宽度为 d、磁 感应强度为 B 的匀强磁场． 质量为 m、 电阻为 R 的正方形线圈边长为 L(L<d)， 线圈下边缘到磁场上边界的距离为 h.将线圈由静止释放，其下边缘刚进入磁 场和刚穿出磁场时刻的速度都是 v0， 则在整个线圈穿过磁场的全过程中(从下 边缘进入磁场到上边缘穿出磁场)，下列说法正确的是( )
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如图 153，由某种粗细均匀的总电阻为 3R 的金属条制成的矩 形线框 abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场中．一接入电 路电阻为 R 的导体棒 PQ，在水平拉力作用下沿 ab、dc 以速度 v 匀速滑动， 滑动过程 PQ 始终与 ab 垂直，且与线框接触良好，不计摩擦．在 PQ 从靠近 ad 处向 bc 滑动的过程中 ( )
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AD [由于金属棒沿导轨匀速上滑，根据动能定理可知金属棒所受各力 的合力所做的功为零，选项 A 正确，B 错误；恒力 F 与重力的合力所做的功 等于金属棒克服安培力所做的功，或者说等于电阻 R 上产生的焦耳热，克服 安培力所做的功就等于电阻 R 上产生的焦耳热，不要把二者混淆，选项 C 错 误，D 正确．]
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第一章
电磁感应
5．电磁感应中的能量转化与守恒
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学习目标 1．知道电磁感应现象遵守能量守恒定 律． 2．理解电磁感应现象中产生的电能与 克服安培力做功的关系．(难点) 3．掌握感应电流做功过程中能量的转 化．(重点)
知识脉络
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[自 主 预 习· 探 新 知]
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[基础自测] 1．思考判断 (1)在电磁感应现象中，安培力做正功，把其他形式的能转化为电能．( × )
(2)电磁感应现象一定伴随着能量的转化，克服安培力做功的大小与电路 中产生的电能相对应．
(3)安培力做负功，一定有电能产生．
(√ )
(√ )
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2．如图 151 所示，足够长的平行金属导轨倾斜放置，倾角为 37° ，宽 度为 0.5 m，电阻忽略不计，其上端接一小灯泡，电阻为 1 Ω.一导体棒 MN 垂直导轨放置， 质量为 0.2 kg， 接入电路的电阻为 1 Ω， 两端与导轨接触良好， 与导轨间的动摩擦因数为 0.5.在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场， 磁感应强度为 0.8 T．将导体棒 MN 由静止释放，运动一段时间后，小灯泡稳 定发光， 此后导体棒 MN 的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为(重力加 速度 g 取 10 m/s2，sin 37° ＝0.6)( )
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A．线圈可能一直做匀速运动 B．线圈可能先加速后减速 mgR C．线圈的最小速度一定是B2L2 D．线圈的最小速度一定是 2gh－d＋L
图 157
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D [由于 L<d，总有一段时间线圈全部处于匀强磁场中，磁通量不发生 变化，不产生感应电流，不受安培力，因此不可能一直匀速运动，选项 A 错 误；已知线圈下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时刻的速度都是 v0，由于线圈 全在磁场中，线圈下边缘到达磁场下边界前一定是加速运动，所以只可能是 mgR 先减速后加速，而不可能是先加速后减速，选项 B 错误；B2L2是安培力和重 力平衡时所对应的速度，而本题线圈减速过程中不一定能达到这一速度，选 项 C 错误；从开始自由下落到线圈上边缘刚进入磁场过程中应用动能定理，
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焦耳热的计算技巧 (1)感应电路中电流恒定，则电阻产生的焦耳热等于电流通过电阻做的 功，即 Q＝I2Rt. (2)感应电路中电流变化，可用以下方法分析： ①利用动能定理， 根据产生的焦耳热等于克服安培力做的功， 即 Q＝W 安． ②利用能量守恒，即感应电流产生的焦耳热等于电磁感应中其他形式能 量的减少，即 Q＝ΔE 其他．
[知识梳理]
电磁感应中的能量问题 1 ．在导线切割磁感线运动而产生感应电流时，电路中的电能来源于
机械能 ． _________ 安培力做功转化而来 2．在电磁感应中，产生的电能是通过外力克服________ 电能． 的．外力做了多少功，就产生多少______ 电能转化为其他形式的能量． 3．电流做功将______ 守恒 的． 4．电磁感应现象中，能量在转化过程中是______
3R2 3R2 －r－ 2 ＋ 2
3R
，
3R 3 当 r＝ 2 时，R 外 max＝4R，此时 PQ 处于矩形线框的中心位置，即 PQ 从靠近 ad 处向 bc 滑动的过程中外电阻先增大后减小．PQ 中的电流为干路电流 I＝ E ，可知干路电流先减小后增大，选项 A 错误．PQ 两端的电压为路端 R外＋R内 电压 U＝E－U 内，因 E＝Blv 不变，U 内＝IR 先减小后增大，所以路端电压先