电磁感应现象中的做功和能量转化

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1、电磁感应现象中的做功和能量转化天津复兴中学　　张茂谊1．电磁感应现象发生过程的本身就是其它形式的能量转化成电能的过程。这期间，围绕着电能，发生着机械能、内能、磁场能等各种形式的能向电能的转化，也发生着电能向其它形式能量的转化。2．能量转化与守恒定律是自然界最普遍的规律之一。所以，做功与能量转化的问题必然贯穿于我们学习和应用物理规律解决物理问题的整个过程。3．树立能量守恒的观点，用功能关系和能量守恒定律思考和解决问题是物理课程的基本要求，也是高中学生必备的基本科学素养。4．电磁感应现象中的做功和能量转化问题，牵涉到磁与电、磁与

2、力、电与力、电与热以及运动等多种问题的综合，是多种知识的结合点。常见题目类型：1．与力学结合，根据功能关系、动能定理和能量守恒定律等求解变力功或运动速度等力学物理量。2．以电能为核心，根据功能关系和能量守恒定律解决电能与机械能、内能等其它形式能量的转化问题。例题研究1．如图：y轴右方有磁感应强度为B的匀强磁场，一个半径为r的直角扇形金属框架，总电阻为R，不计重力及阻力，以角速度ω做匀速转动，求从图示位置转动1/4圆周过程中，外力做的功为多少？2．位于竖直平面内的矩形平面导线框abcd，ab边长L1=1m，bd长L2=0.5m

3、，线框的质量m=0.2kg，电阻R=2Ω。其下方有一匀强磁场区域，它的上、下边界PP,，和QQ,均与ab平行。两边界间距离为H，且H＞L2,磁场的磁感应强度B=1T，方向与线框平面垂直。如图，令线框的dc边从离磁场区域上边界PP,的距离h=0.7m处自由下落。已知线框的dc边进入磁场以后，在ab边到达边界PP,前，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边刚刚到达磁场区域下边界QQ，的过程中，磁场作用于线框的安培力做的总功为多少？（g取10m/s2）3．电阻为R的矩形线圈abcd，边长ab=L，ad=h，质量

4、为m，自某一高度自由下落，通过一匀强磁场，磁场的方向垂直纸面向里，磁场区域的宽度为h，如图，如果线圈恰好以恒定速度通过磁场，问线圈中产生的焦耳热是多少？4．电阻可以忽略不计的光滑导线轨道MN和PQ水平放置，间距为L，如图，匀强磁场竖直向下，导电杆ab、cd的质量均为m，电阻均为R，开始时ab静止，cd有初速度v0，求：（1）ab运动的最终速度；（2）从开始运动到最终达到稳定状态的过程中，电路里产生的热量。解决电磁感应现象中的做功和能量转化问题，还应把握：1．把握好做功的过程就是能量转化的过程，而且做功的多少是能量转化的量度。

5、2．利用好能量守恒定律，把握住无论能量发生了怎样的转化，总量一定是不变的。1．如图：两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L，导轨平面于水平面的夹角为α=30°，导轨电阻不计，磁感应强度为B的匀强磁场垂直导轨平面向上，长为L、质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨电接触良好，两金属导轨的上端连接右端电路，灯泡的电阻RL=4R，定值电阻R1=2R,，R2=12R，重力加速度为g，现将金属棒由静止释放，试求：（1）金属棒下滑的最大速度是多少？（2）当金属棒下滑距离为s0时速度恰好达到最大，求

6、金属棒由静止开始下滑2s0的过程中，整个电路产生的电热。练习强化2．如图：把矩形线框abcd从匀强磁场中匀速拉出，是快拉还是慢拉做功多？练习强化3．如图：电动机牵引一根原来静止的、长L为1m，质量m为0.1kg的导体棒MN，其电阻R为1Ω，导体棒架在处于磁感应强度B为1T,竖直放置的框架上。当导体棒上升h为3.8m时获得稳定的速度，导体棒产生的热量为2J，电动机牵引棒时，电压表、电流表的读数分别为7V和1A，电动机内阻r为1Ω，不计框架电阻及一切摩擦。求：（1）棒能达到的稳定速度；（2）棒从静止到达到稳定速度所需要的时间（g

7、=10m/s2）练习强化