高考物理二轮复习-专项突破-电磁感应中的能量转化.ppt

电磁感磁感应中的中的能量能量转化化1-复复习精要精要例例1P165/例例1例例289年高考年高考26练习1例例393年高考年高考29P167/练习2练习2例例4例例52005年广年广东卷卷62005年江年江苏高考高考162005年天津卷年天津卷23电磁感磁感应中的能量中的能量转化化2-复复习精要精要1.电磁感磁感应现象的象的实质是不同形式能量是不同形式能量转化的化的过程。程。产生和生和维持感持感应电流的存在的流的存在的过程就是程就是其它形式的能量其它形式的能量转化化为感感应电流流电能的能的过程。程。2.安培力做正功的安培力做正功的过程是程是电能能转化化为其它形式其它形式能量的能量的过程程,安培力做多少正功安培力做多少正功,就有多少就有多少电能能转化化为其它形式能量其它形式能量3.安培力做安培力做负功的功的过程是其它形式能量程是其它形式能量转化化为电能的能的过程程,克服安培力做多少功克服安培力做多少功,就有多少其就有多少其它形式能量它形式能量转化化为电能能.3-4.导体在达到体在达到稳定状定状态之前，外力移之前，外力移动导体所体所做的功，一部分用于克服安培力做功，做的功，一部分用于克服安培力做功，转化化为产生感生感应电流的流的电能或最后能或最后转化化为焦耳焦耳热.，另，另一部分用于增加一部分用于增加导体的体的动能。能。5.导体在达到体在达到稳定状定状态之后，外力移之后，外力移动导体所体所做的功，全部用于克服安培力做功，做的功，全部用于克服安培力做功，转化化为产生感生感应电流的流的电能并最后能并最后转化化为焦耳焦耳热.6.用能量用能量转化和守恒的化和守恒的观点解决点解决电磁感磁感应问题,只需要从全只需要从全过程考程考虑,不涉及不涉及电流流产生生过程的具程的具体的体的细节,可以使可以使计算方便算方便,解解题简便便.4-例例1.如如图所示，在一个光滑金属框架上垂所示，在一个光滑金属框架上垂直放置一根直放置一根长l=0.4m的金属棒的金属棒ab，其，其电阻阻r=0.1框架左端的框架左端的电阻阻R=0.4垂直框面垂直框面的匀的匀强磁磁场的磁感的磁感强度度B=0.1T当用外力使棒当用外力使棒ab以速度以速度v=5ms右移右移时，ab棒中棒中产生的感生的感应电动势E=_，通通过ab棒的棒的电流流I=_ab棒两端的棒两端的电势差差Uab=_，在在电阻阻R上消耗的功率上消耗的功率PR=_，在在ab棒上消耗的棒上消耗的发热功率功率Pr=_，切割运切割运动中中产生的生的电功率功率P=_0.2V0.4A0.16V0.064W0.016W0.08WBvRba5-P165/例例1如如图所示，矩形所示，矩形线框先后以不同的速度框先后以不同的速度v1和和v2匀速地完全拉出有界匀匀速地完全拉出有界匀强磁磁场设线框框电阻阻为R，且两次的始末位置相同，且两次的始末位置相同,求求(1)通通过导线截面的截面的电量之比量之比(2)两次拉出两次拉出过程外力做功之比程外力做功之比(3)两次拉出两次拉出过程中程中电流的功率之比流的功率之比解解:q=It=EtR=/Rq1/q2=1W=FL=BIlL=B2l2 vLRvW1W2=v1v2P=E2R=B2l2 v2Rv2P1P2=v12v22vB6-例例2、如如图所所示示，电阻阻为R的的矩矩形形线框框，长为l，宽为a，在在外外力力作作用用下下，以以速速度度v向向右右运运动，通通过宽度度为d，磁磁感感应强度度为B的的匀匀强磁磁场中中，在在下下列列两两种种情情况况下下求求外外力做的功：力做的功：(a)l d时。dBla解：解：（a）线框框进入和穿出入和穿出时产生感生感应电动势E=Bav进入入时做功做功W1=E2t/R=（Bav）2l/vR=B2a2lv/R穿出穿出时做功做功W2=W1W=2B2a2lv/RdBla（b）线框框进入和穿出入和穿出时产生感生感应电动势E=Bav进入入时做功做功W1=E2t/R=（Bav）2d/vR=B2a2dv/R穿出穿出时做功做功W2=W1W=2B2a2dv/R7-电阻阻为R的矩形的矩形导线框框abcd,边长ab=l,ad=h,质量量为m,自某一高度自由落体自某一高度自由落体,通通过一匀一匀强磁磁场,磁磁场方向垂直方向垂直纸面向里面向里,磁磁场区域的区域的宽度度为h,如如图,若若线框恰好以恒定速度通框恰好以恒定速度通过磁磁场,线框内框内产生的焦耳生的焦耳热等于等于.(不考不考虑空气阻力空气阻力)lhhabcd解解:由能量守恒定律由能量守恒定律,线框通框通过磁磁场时减少的重力减少的重力势能能转化化为线框的内能框的内能,所以所以Q=2mgh2mgh89年高考年高考26、8-abdfec练习1、用同种材料粗用同种材料粗细均匀的均匀的电阻阻丝做成做成ab、cd、ef三根三根导线，ef较长，分，分别放在放在电阻可忽略的光滑平行阻可忽略的光滑平行导轨上，如上，如图，磁，磁场是均匀的，用外力使是均匀的，用外力使导线水平向右水平向右做匀速运做匀速运动，（每次只有一根，（每次只有一根导线在在导轨上），而且每上），而且每次外力做功的功率相同，次外力做功的功率相同，则下列下列说法法正确的是正确的是()Aab运运动得最快得最快B.ef运运动得最快得最快C.导线产生的感生的感应电动势相等相等D.每秒每秒钟产生的生的热量相等量相等提示提示：L指切割磁感指切割磁感应线的有效的有效长度度,所以三次的所以三次的感感应电动势相等相等.P=E2/R=（BLv）2/R三根三根电阻阻丝的的电阻阻RabRcdRefBD9-例例3如如图示，示，MN和和PQ为平行的水平放置的光滑金属平行的水平放置的光滑金属导轨，导轨电阻不阻不计，ab、cd为两根两根质量均量均为m的的导体棒体棒垂直于垂直于导轨，导体棒有一定体棒有一定电阻，整个装置阻，整个装置处于于竖直向直向下的匀下的匀强磁磁场中，原来两中，原来两导体棒都静止当体棒都静止当ab棒受到瞬棒受到瞬时冲量而向右以速度冲量而向右以速度v0运运动后，（后，（设导轨足足够长，磁，磁场范范围足足够大，两棒不相碰）大，两棒不相碰）Acd棒先向右做加速运棒先向右做加速运动，然后做减速运，然后做减速运动Bcd棒向右做匀加速运棒向右做匀加速运动Cab棒和棒和cd棒最棒最终将以将以v0/2的速度匀速向右运的速度匀速向右运动D从开始到从开始到ab、cd都做匀速都做匀速运运动为止，在两棒的止，在两棒的电阻阻上消耗的上消耗的电能是能是1/4mv02MNPQabdcCD10-两两金金属属杆杆ab和和cd长均均为l,电阻阻均均为R,质量量分分别为M和和m,Mm.用用两两根根质量量和和电阻阻均均可可忽忽略略的的不不可可伸伸长的的柔柔软导线将将它它们连成成闭合合回回路路,并并悬挂挂在在水水平平、光光滑滑、不不导电的的圆棒棒两两侧.两两金金属属杆杆都都处在在水水平平位位置置,如如图所所示示.整整个个装装置置处在在一一与与回回路路平平面面相相垂垂直直的的匀匀强磁磁场中中,磁磁感感应强度度为B.若若金金属属杆杆ab正正好好匀匀速速向向下下运运动,求求运运动的速度的速度.93年高考年高考29.Mdcbam11-Mdcbam解：解：设磁磁场方向垂直方向垂直纸面向里面向里,ab中的感中的感应电动势 E1 1=Bvl,方向由方向由ab.cd中的感中的感应电动势 E2 2=Bvl,方向由方向由dc.回路中回路中电流方向由流方向由abdc,大小大小为I=(E1+E2)/2R=Bvl/Rabab受到的安培力向上受到的安培力向上,大小大小为F FabMgF安安TT当当ab匀速下滑匀速下滑时,对ab有有2T+F=Mg对cd受到的安培力向下受到的安培力向下,有有2T=F+mgcdmgF F安安TT式中式中2T为杆所受到的杆所受到的导线的拉力的拉力 解得解得2F=(M-m)g 即即 2BIl=(M-m)g 2B2l 2v/R=(M-m)gv=(M-m)gR/2B2l 2磁磁场方向垂直方向垂直纸面向外，面向外，结果相同。果相同。12-又解又解:Mdcbam由能量守恒定律由能量守恒定律,匀速运匀速运动过程中程中,在在时间t内内,系系统重力重力势能能的减少等于两棒中的减少等于两棒中产生的生的电能能:Mgvtmgvt=2I2Rt=2(Blv)2t/R2B2l 2v/R=(M-m)gv=(M-m)gR/2B2l 213-P167/练习2如如图所示，在磁感所示，在磁感强度度为B的匀的匀强磁磁场中，有半径中，有半径为r的光滑半的光滑半圆形形导体框架，体框架，OC为一能一能绕O在框架上滑在框架上滑动的的导体棒，体棒，OC之之间连一个一个电阻阻R，导体框架与体框架与导体棒的体棒的电阻均不阻均不计，若要使若要使OC能以角速度能以角速度匀速匀速转动，则外力做功外力做功的功率是的功率是()A.B22r4RB.B22r42RC.B22r44RD.B22r48R解：解：E=1/2Br2P=E2R=B22r44RCacOR14-练习2竖直放置的平行光滑直放置的平行光滑导轨,其其电阻不阻不计,磁磁场方向方向如如图所示所示,磁感磁感强度度B=0.5T，导体体ab及及cd长均均为0.2m，电阻均阻均为0.1,重均重均为0.1N,现用力向上推用力向上推动导体体ab,使之使之匀速上升匀速上升(与与导轨接触良好接触良好),此此时，cd恰好静止不恰好静止不动，那么那么ab上升上升时,下列下列说法正确的是法正确的是Aab受到的推力大小受到的推力大小为0.2NBab向上的速度向上的速度为2m/sC在在2s内，推力做功内，推力做功转化的化的电能是能是0.4JD在在2s内，推力做功内，推力做功为0.6Jdcba解解：cd静止静止,受力如受力如图：mgF1F1=mg=0.1Nab匀速上升，受力如匀速上升，受力如图：mgFF1F=F1+mg=0.2NF1=BIL=B2L2v/2R=0.1Nv=2m/sS=vt=4m拉力做功拉力做功WF=FS=0.8J安培力做功安培力做功WF1=F1S=0.4JABC15-例例4、如如图所所示示，MN为金金属属杆杆，在在竖直直平平面面上上贴着着光光滑滑的的金金属属导轨下下滑滑，导轨间距距l0.1m，导轨上上端端接接有有电阻阻R0.5，导轨与与金金属属杆杆电阻阻匀匀不不计，整整个个装装置置处于于磁磁感感应强度度B0.5T的的水水平平匀匀强磁磁场中中.若若杆杆MN以以稳定定速速度度下下滑滑时，每每秒秒有有0.02J的的重重力力势能能转化化为电能，能，则MN杆下滑速度杆下滑速度vm/s.解：解：由能量守恒定律，由能量守恒定律，重力的功率等于重力的功率等于电功率功率P=E2/R=(BLv)2/R=0.022vRNM16-MNPQabBrR例例5.如如图所所示示，一一个个“”形形导轨PMNQ的的质量量为M，水水平平固固定定在在一一个个竖直直向向下下的的匀匀强磁磁场中中，导轨上上跨跨放放一一根根质量量为m的的金金属属棒棒ab，导轨的的MN边和和金金属属棒棒ab平平行行，它它们的的电阻阻分分别是是R和和r，导轨的的其其余余部部分分的的电阻阻不不计。若若沿沿着着MP方方向向作作用用在在金金属属棒棒上上一一个个水水平平冲冲量量使使ab在在很很短短时间内内由由静静止止得得到到速速度度v0，设导轨足足够长。求在金属棒。求在金属棒ab中中产生的生的热量。量。17-解解:MNPQabBrR金属棒金属棒ab在冲量作用下在冲量作用下获得速度得速度v0，v0相相应的的动能能Ek=1/2mv02ab切割磁感切割磁感线运运动，产生感生感应电流受到磁流受到磁场力力F作用做减速运作用做减速运动，直到速度减，直到速度减为零停止下来，零停止下来，F在在这个个过程中，程中，ab棒的棒的动能能转化化为电能，最能，最终转化成化成导轨与与ab棒棒产生的焦耳生的焦耳热Q1和和Q2，满足足Q1Q2Ek因因导轨电阻阻R和和ab棒棒电阻阻r是串是串联关系，关系，则Q1/Q2=R/r由以上各式可解得，金属棒由以上各式可解得，金属棒上上产生的生的热量量Q2mv02r/2(Rr)18-05年广年广东卷卷6.6.如如图所示所示,两根足两根足够长的固定平行金属光滑的固定平行金属光滑导轨位于同一水位于同一水平面平面,导轨上横放着两根相同的上横放着两根相同的导体棒体棒ab、cd,与与导轨构成矩形回构成矩形回路路.导体棒的两端体棒的两端连接着接着处于于压缩状状态的两根的两根轻质弹簧簧,两棒的中两棒的中间用用细线绑住住,它它们的的电阻均阻均为R,回路上其余部分的回路上其余部分的电阻不阻不计.在在导轨平面内两平面内两导轨间有一有一竖直向下的匀直向下的匀强磁磁场.开始开始时,导体棒体棒处于静止状于静止状态.剪断剪断细线后后,导体棒在运体棒在运动过程中程中()A.回路中有感回路中有感应电动势B.两根两根导体棒所受安培力的方向相同体棒所受安培力的方向相同C.两根两根导体棒和体棒和弹簧构成的系簧构成的系统动量守恒、机械能守恒量守恒、机械能守恒D.两根两根导体棒和体棒和弹簧构成的系簧构成的系统动量守恒、机械能不守恒量守恒、机械能不守恒dbacAD19-2005年江年江苏高考高考16mbRv0BL16.（16分）如分）如图所示，固定的水平光滑金属所示，固定的水平光滑金属导轨，间距距为L，左端接有阻，左端接有阻值为R的的电阻，阻，处在方向在方向竖直、磁直、磁感感应强度度为B的匀的匀强磁磁场中。中。质量量为m的的导体棒与固定体棒与固定弹簧相簧相连，放在，放在导轨上，上，导轨与与导体棒的体棒的电阻可忽略。阻可忽略。初始初始时刻，刻，弹簧恰簧恰处于自然于自然长度，度，导体棒具有水平向右体棒具有水平向右的初速度的初速度v0，在沿，在沿导轨往复运往复运动的的过程中，程中，导体棒始体棒始终与与导轨垂直并保持良好接触。垂直并保持良好接触。（1）求初始）求初始时刻刻导体棒受到的安培力体棒受到的安培力（2）若）若导体棒从初始体棒从初始时刻到速度第一次刻到速度第一次为零零时，弹簧簧的的弹性性势能能为Ep，则在在这一一过程中安培里所做的功程中安培里所做的功W1和和电阻阻R上上产生的焦耳生的焦耳热Q1分分别是多少？是多少？（3）导体棒往复运体棒往复运动，最，最终将将静止于何静止于何处？从？从导体棒开始运体棒开始运动直到最直到最终静止的静止的过程中，程中，电阻阻R上上产生的焦耳生的焦耳热Q为多少？多少？20-作用于棒上的安培力的大小：作用于棒上的安培力的大小：F=BIL=B2Lv02/R（2）由功能关系得：）由功能关系得：（3）由能量）由能量转化及平衡条件等，可判断出：化及平衡条件等，可判断出：解：解：（1）初始初始时刻棒中感刻棒中感应电动势E=BLv0棒中感棒中感应电流流I=E/R安培力的方向：安培力的方向：水平向右水平向右安培力做功安培力做功W1=EP-1/2mv02电阻阻R上上产生的焦耳生的焦耳热Q1=1/2mv02-EP棒最棒最终静止于初始位置静止于初始位置电阻阻R上上产生的焦耳生的焦耳热Q为Q=1/2mv0221-2005年天津卷年天津卷23.（16分分）图中中MN和和PQ为竖直直方向的两平行方向的两平行长直金属直金属导轨，间距距l为0.40m，电阻不阻不计。导轨所在平面与磁感所在平面与磁感应强度度B为0.50T的匀的匀强磁磁场垂直。垂直。质量量m为6.010-3kg、电阻阻为1.0的金属杆的金属杆ab始始终垂直于垂直于导轨，并与其保持光滑接触。，并与其保持光滑接触。导轨两端分两端分别接有滑接有滑动变阻器和阻阻器和阻值为3.0的的电阻阻R1。当杆。当杆ab达到达到稳定状定状态时以速率以速率v匀速下滑，整个匀速下滑，整个电路消耗的路消耗的电功率功率P为0.27W，重力加速度取，重力加速度取10m/s2，试求速率求速率v和滑和滑动变阻器接入阻器接入电路部分的阻路部分的阻值R2。解：解：由能量守恒，有由能量守恒，有mgv=P代入数据解得代入数据解得v=4.5m/s又又E=Blv=0.50.44.50.9V设电阻阻R1与与R2的并的并联电阻阻为R并并，ab棒的棒的电阻阻为r，有，有1/R1+1/R2=1/R并并P=IE=E2/(R并并+r)R并并+r=E2/P=3R2=6.0R1R2labMNPQBv22-