电磁感应第四课-学生

1、第四课 电磁感应中的能量转化与守恒学习目标.掌握电磁感应中动力学问题的分析方法;.理解电磁感应过程中能量的转化情况，能用能量的观点分析和解决电磁感应问题。学习重难点.掌握电磁感应现象中的能量转化与守恒问题，并能用来处理力、电综合问题；（重点）.会判断电磁感应现象中哪一部分电路充当电源，并能结合闭合电路欧姆定律处理电磁感应现象中的 电路问题；（重点）.掌握电磁感应与力学综合应用问题的处理方法。（重点+难点） 知识梳理.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

2、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：注意：上面情境中外力 F做功的功率P外与回路中的电功率 P电相等，因为只有 P外=P电，合外力对导 线ab做的功才等于零，导线才能做匀速直线运动。.电磁感应中的能量守恒能量既不会凭空产生，也不会凭空 ,它只能从一种形式 为其他形式，或者从一个物体 到 另一个物体，在转化和转移的过程中能量的 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 了多少其他形式的能量，即 Q =。考点应用考点一：对楞次定律的理解及应

3、用.电磁感应中的能量转化：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，外力克服磁场力做功，正是这个转化的量度，如图所示，当条形磁铁 靠近线圈时，线圈中产生图示方向的电流，而这个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，它才能移近线圈;当条形磁铁离开线圈时， 感应电流方向与图中所示方向相反，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.这里外力做功的过程就是其他形式的能转 化为电能的过程。.电磁感应中的能量守恒:“阻碍”的结果，是实现了其他形式的能向电能转化，如果没有“阻碍”，将违背能量守恒定律，可 以得

4、出总能量增加的错误结论.所以楞次定律体现了在电磁感应现象中能的转化与守恒，能量守恒定律也 要求感应电流的方向服从楞次定律。例一、如图所示，MN和PQ是电阻不计的平行金属导轨，其间距为L,导轨弯曲部分光滑，平直部分粗糙，二者平滑连接.右端接一个阻值为 R的定值电阻.平直部分导轨左边区域有宽度为d、方向竖直向上、磁感应强度大小为 B的匀强磁场.质量为m、接入电路的电阻也为 R的金属棒从高度为 h处静止释放，到达 磁场右边界处恰好停止.已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为内金属棒与导轨间接触良好则金属 TOC o 1-5 h z 棒穿过磁场区域的过程中（）A.流过金属棒的最大电流为 Bd步皿b.

5、通过金属棒的电荷量为brlC.克服安培力所做的功为 mgh./ 遥b 4 *1QD.金属棒广生的焦耳热为 5mg（h（i）总结:1电流恒定时，根据焦耳定律求解，即Q= I2Rt.2感应电流变化，可用以下方法分析：利用动能定理，求出克服安培力做的功W安，产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即Q=W安.利用能量守恒，即感应电流产生的焦耳热等于其他形式能量的减少量跟进训练如图所示，足够长的平行光滑U形导轨倾斜放置，所在平面的倾角0= 37。，导轨间的距离L=1.0m,下端连接 R= 1.6 的电阻，导轨电阻不计，所在空间存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强 度B=1.0 T.质量m= 0.5 k

6、g、电阻r=0.4 Ot勺金属棒ab垂直置于导轨上， 现用沿导轨平面且垂直于金属棒、 大小为F= 5.0 N的恒力使金属棒ab从静止开始沿导轨向上滑行，当金属棒滑行s= 2.8 m后速度保持不变.求: （sin 37 = 0.6, cos 37 = 0.8, g=10 m/s2）(1)金属棒匀速运动日的速度大小V；R上产生白热量QR上产生白热量Qr.考点二：电磁感应中的动力学问题.电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理此类问题的基本方法是：(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向。(2)用闭合电路欧姆定律求回路中感应电流的大小和方向。(3)分析研究导体受力情况(包括安培

7、力)。(4)列动力学方程或平衡方程求解。.两种状态处理(1)导体处于平衡状态静止或匀速直线运动状态。处理方法：根据平衡条件一一合力等于零列式分析。(2)导体处于非平衡状态加速度不为零。处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析例二、如图所示，空间存在 B = 0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场，MN、PQ是水平放置的平行长直导轨，其间距l = 0.2 m,电阻R= 0.3 接在导轨一端，ab是跨接在导轨上质量 m=0.1 kg、接入电路的电阻r = 0.1 的导体棒，已知导体棒和导轨间的动摩擦因数为0.2.从零时刻开始，对ab棒施加一个大小为F= 0.45 N、方向水平向左的恒定

8、拉力，使其从静止开始沿导轨滑动，整个过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好，求：(g= 10 m/s2)(1)导体棒所能达到的最大速度的大小；(2)试定性画出导体棒运动的速度一时间图像总结:电磁感应动力学问题中，要把握好受力情况、运动情况的动态分析。一 ,，一八.一，E= BLv Rr F= BIL基本思路是：导体受外力运动 产生感应电动势 产生感应电流 导体受安培F 合=ma力合外力变化加速度变化 -速度变化 -感应电动势变化 一 a=0, v达到取大值.跟进训练一个质量 m= 0.016 kg,长L=0.5 m,宽d=0.1 m,电阻 R=0.1 的矩形线圈，从 hi=5 m高处由静止开始自

9、由落下，如图所示，然后进入一个匀强磁场.线圈下边刚进入磁场时，由于磁场力作用，线圈正好做匀速运动，求：(1)磁场的磁感应强度 B(g取10 m/s2).(2)如果线圈下边通过磁场所经历的时间为困= 0.15 s,求磁场区域的高度h2.课后练习.半圆形导轨竖直放置，不均匀磁场水平方向并垂直于轨道平面，一个金属环在轨道内来回滚动，如 图所示，若空气阻力不计，则 ()A.金属环做等幅振动B.金属环做减幅振动C.金属环做增幅振动D.无法确定.如图甲所示，左侧接有定值电阻R= 2 的水平粗糙导轨处于垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度B=1 T,导轨间距L=1 m. 一质量m = 2 kg,阻值r= 2

10、 的金属棒在水平拉力 F作用下由静止开始从 CD处沿导轨向右加速运动，金属棒的v x图像如图乙所示，若金属棒与导轨间动摩擦因数科=0.25,则从起点发生x= 1 m位移的过程中(g= 10 m/s2)(A.金属棒克服安培力做的功W1=0.5 JB.金属棒克服摩擦力做的功W2=4 JC.整个系统产生的总热量Q=4.25 JD.拉力做的功 W= 9.25 J.如图所示，匀强磁场存在于虚线框内，矩形线圈竖直下落.如果线圈中受到的安培力总小于其重力，则它在1、2、3、4位置时的加速度关系为(aia2 a3a4B.ai= a2 = a3 = aB.ai= a2 = a3 = a4C.ai= a3a2a4

11、D.ai = a3a2= a44.如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管4.如图所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置，小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块 ()A.在P和Q中都做自由落体运动Q小磁块B.在两个下落过程中的机械能都守恒物科管C.在P中的下落时间比在 Q中的长D.由静止释放，并落至底部，则小磁块 ()A.在P和Q中都做自由落体运动Q小磁块B.在两个下落过程中的机械能都守恒物科管C.在P中的下落时间比在 Q中的长D.落至底部时在 P中的速度比在 Q中的大.如图所示，ef、gh为水平放置的足够长的平行光滑导轨，导轨间距为L= 1 m,导轨左端连接一个

12、R=2 的电阻，将一根质量为 0.2 kg的金属棒cd垂直地放置在导轨上，且与导轨接触良好，导轨与金属棒的电阻均不计，整个装置放在磁感应强度为B=2T的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向下，现对金属棒施加一水平向右的拉力 F,使棒从静止开始向右运动，解答以下问题.(1)若施加的水平外力恒为F=8 N,则金属棒达到的稳定速度V1是多少?(2)若施加的水平外力的功率恒为P=18 W,则金属棒达到的稳定速度V2是多少?(3)若施加的水平外力的功率恒为P= 18 W,则从金属棒开始运动到速度V3=2 m/s的过程中电阻R产生的热量为8.6 J,则该过程中所需的时间是多少?4rCxXXT父 X XcXXX吓XXX.如图所示，两根光滑的平行金属导轨处于同一水平面内，相距l = 0.3 m,导轨的左端 M、N用R=0.2 Q的电阻连接，导轨电阻不计，导轨上跨