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《2021_2022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_220210319262.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、高考电磁感应中的能量转化与守恒必备知识·自主学习如图示“摇晃”手电筒发光时,能量是如何转化的?提示:机械能转化为电能。(1)能量守恒是自然界的一条普遍规律,在电磁感应现象中同样遵守能量转化和守恒。(2)在电磁感应中,产生的电能是通过外力克服安培力做功转化而来的,外力克服安培力做多少功,就有多少电能产生,而这些电能又通过感应电流做功,转化为其他形式的能量。关键能力·合作学习知识点一电磁感应与能量守恒1.电磁感应中的能量转化:(1)电磁感应现象中,感应电流的能量(电能)不能无中生有,只能从其他形式的能量转化过来,外力克服安培力做功,正是
2、这部分能量转化的量度。(2)当条形磁铁靠近线圈时,线圈中感应电流产生的磁场对条形磁铁产生斥力,阻碍条形磁铁的靠近,必须有外力克服这个斥力做功,它才能靠近线圈。-20-/20高考(3)当条形磁铁离开线圈时,感应电流产生的磁场对磁铁产生引力,阻碍条形磁铁的离开,必须有外力克服引力做功,它才能远离线圈。(4)外力克服安培力做功的过程就是其他形式的能转化为电能的过程。2.用功和能的观点分析电磁感应的基本思路:受力分析→弄清哪些力做功(正功还是负功)→明确有哪些形式的能量参与转化(哪些增哪些减)→由动能定理或能量守恒定律列方程求解;其能量转化
3、特点:安培力做功与克服安培力做功,对应的能量转化相同吗?分别是怎样的转化?提示:不同。安培力做功对应电能转化为其他形式的能,克服安培力做功对应其他形式的能转化为电能。【典例】足够长的平行金属导轨MN和,与水平面之间的夹角为α,间距为L。垂直于导轨平面向上的匀强磁场的磁感应强度为B,M、P间接有阻值为R的电阻,质量为m的金属杆ab垂直导轨放置,其他电阻不计。如图所,使金属杆由静,经过时间t金属杆的速度为v1,时间t内金属杆的位移为x,(重力加速度为g)求:(1)金属杆速度为v1时加速度的大小。(2)整个系统在时间t内产生的热量。-20
4、-/20高考【审题关键】序号信息提取①金属杆和导轨间有摩擦力②F大小和方向都不变③金属杆所受合力为零【解析】(1)设金属杆和导轨间的动摩擦因数为μ,当杆运动的速度为vm时,有:F+mgsinα--μmgcosα=0当杆的速度为v1时,有:F+mgsinα--μmgcosα=ma,解得a=(2)经过时间t金属杆的速度为v1,时间t内金属杆的位移为x,由能量守恒得,整个系统产生的焦耳热为Q1=Fx+mgxsinα-μmgxcosα-m=-m。答案:(1) (2)-m求解焦耳热Q的几种方法-20-/20高考1.(多选)两根光滑的金属导轨,
5、平行放置在倾角为θ的斜面上,导轨的下端接有电阻R,导轨自身的电阻可忽略不计。斜面处在一匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向上。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F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.作用于金属棒上的各力的合力所做的功等于零B.作用于金属棒上的各力的合力所做的功等于mgh与电阻R上产生的焦耳热之和C.恒力F与安培力的合力所做的功等于零D.恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热【解析】选A、D。金属棒匀速上升过程中,根据动能定理得:WF-WG-W安=0,注意克
6、服安培力所做功即为回路电阻中产生的热量,故有:金属棒上的各个力的合力所做的功等于零,A正确,B错误;恒力F与安培力合力做的功等于克服重力所做的功,故C错误;恒力F与重力的合力所做的功等于克服安培力所做的功,即等于电阻R上产生的焦耳热,故D正确。2.(2020·某某高二检测)如图所示,两光滑金属导轨,接有电阻R,间距为d,导轨放在桌面上的部分是水平的,仅在桌面的区域内有磁感应强度为B,方向竖直向下的匀强磁场,桌面高为H,金属杆ab质量为m,电阻为r,从导轨上距桌面高度为h的地方由静止开始释放,落地点距桌面左边缘的水平距离为s,重力加速
7、度为g,导轨电阻不计,求:(1)整个过程中R上的最大瞬时电流;-20-/20高考(2)整个过程中电阻r产生的焦耳热。【解析】(1)金属棒刚进入磁场时电流最大,设金属杆刚进入磁场时速度为v0,由机械能守恒定律有:mgh=m,又由法拉第电磁感应定律有:E=Bdv0,由闭合电路欧姆定律有:I=,联立得:I=。(2)设金属杆刚离开磁场时速度为v,接着金属杆开始做平抛运动,在竖直方向上有:H=gt2,在水平方向上有:s=vt,根据能量守恒有:Q=m-mv2,电磁感应过程中电阻r上产生焦耳热为:Qr=Q,联立得:Qr=。答案:(1) (2)【加
8、固训练】图示为固定在水平桌面上的两根足够长相距为L、电阻不计的金属平行轨道P、Q,在轨道左端固定一根导体棒a,轨道上放置另一根质量为m的导体棒b,两导体棒的电阻均为R,该轨道平面处于磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。t=0
