2015年高三物理电磁感应中的力学问题和能量转化问题教案教学设计学案.docVIP

电磁感应中的力学问题和能量转化问题 【知识整理】 一、电磁感应现象中的力学问题 1.通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，电磁感应问题往往和力学问题联系在一起，基本步骤是： (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)求回路中的电流强度.(3)分析研究导体受力情况(包含安培力，用左手定则确定其方向).(4)列动力学方程或平衡方程求解. 2．对电磁感应现象中的力学问题，要抓好受力情况和运动情况的动态分析，导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达到稳定运动状态，要抓住a＝0时，速度v达最大值的特点. 二、电磁感应中的能量转化问题 导体切割磁感线或闭合回路中磁通量发生变化，在回路中产生感应电流，机械能或其他形式的能量便转化为电能，具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用或通过电阻发热，又可使电能转化为机械能或电阻的内能，因此，电磁感应过程总是伴随着能量转化，用能量转化观点研究电磁感应问题常是导体的稳定运动(匀速直线运动或匀速转动)，对应的受力特点是合外力为零，能量转化过程常常是机械能转化为内能，解决这类问题的基本步骤是： 1.用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定电动势的大小和方向. 2.画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率的表达式. 3.分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程. 三、电能求解的思路主要有三种: 1.利用安培力的功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功； 2.利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则机械能的减少量等于产生的电能； 3.利用电路特征求解：根据电路结构直接计算电路中所产生的电能. . 如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关S与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的均匀变化的磁场B中.两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面绝缘，在其上表面静止放置一个质量为m、电荷量为+q的小球.S断开时传感器上有示数，S闭合时传感器上的示数变为原来的一半.则线圈中磁场B的变化情况和磁通量的变化率分别是（ ） A. 正在增加，＝ B. 正在增加，＝ C. 正在减弱，＝ D. 正在减弱，＝ 2. 如图所示，相距为d的两水平虚线L1、L2之间是方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，正方形线圈abcd的边长为L（Ld）、质量为m、电阻为R.现将线圈在磁场上方高h处由静止释放，ab边刚进入磁场时速度和刚离开磁场时速度相同.在线圈全部穿过磁场过程中，下列说法正确的是（ ） A. 线圈克服安培力所做的功为2mgd B. 线圈克服安培力所做的功为mgL C. 线圈的最小速度一定为 D. 线圈的最小速度一定为 3. （多选）（2011·常熟中学）竖直放置的平行光滑导轨，其电阻不计，磁场方向如图所示，磁感应强度B＝0.5T，导体杆ab和cd均为0.2m，电阻均为0.1Ω，重均为0.1N.现在用力向上推导体杆ab，使之匀速上升（与导轨接触始终良好），此时cd恰好静止不动.下列说法正确的是（ ） A. ab受到的推力大小为2N B. ab向上的速度为2m/s C. 在2s内，推力做功转化的电能是0.4J D. 在2s内，推力做功为0.6J 4(单选)（２００９·天津）如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计.整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，力F做的功与安培力做的功的代数和等于（ ） A. 棒的机械能增加量 B. 棒的动能增加量 C. 棒的重力势能增加量 D. 电阻R上放出的热量 5（多选）边长为L的正方形金属框在水平恒力F作用下，将穿过方向如图所示的有界匀强磁场.磁场范围宽为d（d＞L）.已知线框进入磁场时恰好匀速,则线框进入磁场的过程和从另一侧穿出磁场的过程相比较，下列说法中正确的是（ ） A. 线框中感应电流的方向相反 B. 所受安培力的方向相反 C. 出磁场过程产生的电能一定大于进磁场过程产生的电能 D. 出磁场过程中任意时刻的电功率不可能小于进磁场时的电功率 6. （2011·江苏）如图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计.匀强磁场与导轨平面垂直，阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好.t=0时，将开关S由1掷到2.q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度，下列图像正确的是（ ） 7. 如图所示，U形导线框固定在