2020_2021学年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学案教科版选修3_220210224214.doc

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1、电磁感应中的能量转化与守恒[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)一、电磁感应中的能量转化如图所示，处在匀强磁场中的水平导轨上有一根与导轨接触良好的可自由滑动的直导线ab，在外力F作用下向右做匀速直线运动．该过程中外力F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，因为这个电路是纯电阻电路，所以转化过来的电能通过电流做功又全部转化为电阻的内能，即：二、电磁感应中的能量守恒能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一

2、个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中能量的总量保持不变，这是自然界普遍遵循的一条规律，在电磁感应现象中也不例外．所以，在电磁感应现象中产生了多少焦耳热(纯电阻电路)就意味着消耗了多少其他形式的能量，即Q＝ΔE减．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(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．(√)-12-(3)安培力做负功，一定有电能产生．(√)2．如图所示，足够长的平行金属导轨倾斜放置，倾角为37°，宽度为0.5m，电阻忽略不计，其上端接一小灯泡，

3、电阻为1Ω.一导体棒MN垂直导轨放置，质量为0.2kg，接入电路的电阻为1Ω，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0.8T．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10m/s2，sin37°＝0.6)(　　)A．2.5m/s　1W　　B．5m/s　1WC．7.5m/s9WD．15m/s9WB　[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＋μmgcos37°＝mgsin37°，所以F安＝mg(sin37°－μcos37°

4、)＝0.4N，由F安＝BIL得I＝＝1A，所以E＝I(R灯＋RMN)＝2V，导体棒的运动速度v＝＝5m/s，小灯泡消耗的电功率为P灯＝I2R灯＝1W，B项正确．]3.如图所示，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(　　)-12-A．Q1>Q2，q1＝q2B．Q1>Q2，q1>

5、q2C．Q1＝Q2，q1＝q2D．Q1＝Q2，q1>q2A　[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＝W1＝F1lbc＝lbc＝lab，同理Q2＝lbc，又lab>lbc，故Q1>Q2；因q＝t＝t＝＝，故q1＝q2.因此A项正确．]电磁感应中的电路问题电磁感应问题常与电路知识综合考查，解决此类问题的基本方法是：(1)明确哪部分电路或导体产生感应电动势，该部分电路或导体就相当于电源，其他部分是外电路．(2)画等效电路图，分清内、外电路．(3)用法拉第电磁感应定律E＝n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，

6、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．【例1】　如图，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(　　)-12-A．PQ中电流先增大后减小B．PQ两端电压先减小后增大C．PQ上拉力的功率先减小后增大D．线框消耗的电功率先减小后增大思路点拨：C　[设PQ左侧金属线框的电阻为r，则右侧电阻为3R

7、－r；PQ相当于电源，其电阻为R，则电路的外电阻为R外＝＝，当r＝时，R外max＝R，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＝，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