高二物理电磁感应中的能量问题与电量问题-讲义（学生版）.pdfVIP

电磁感应中的能量问题与电量问题

一、电磁感应中的能量转化

1.知识讲解

电磁感应过程中往往涉及多种能量之间的相互转化，电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定

受到安培力的作用，安培力做功的过程中涉及电能与其它形式能的转化，我们先通过下面的例子进行简

单分析：

如图所示，金属棒沿光滑导轨由静止下滑时，重力势能减少，一部分

转化为金属棒的动能，另一部分用来克服安培力做功，转化为感应电流的电

能，最终在上转化为焦耳热。若导轨足够长，棒最终将达到稳定状态匀速

运动，在匀速运动过程中，重力势能的减少则完全用来克服安培力做功，转

化为感应电流的电能。

1．安培力做功与电能转化的关系：

⑴外力克服安培力做多少功，就有多少其他形式能转化为电能。当感应电流通过用电器时，电能又转化

为其他形式能（纯电阻电路中转化为热能）；

⑵安培力做正功的过程，是电能转化为其他形式能的过程，安培力做多少正功，就有多少电能转化为其

他形式能。

2．电磁感应中电能求解的三种主要途径：

⑴利用安培力做功；

⑵利用能量守恒定律；

⑶结合电路求解．例如纯电阻电路中，电能转化为热能，可以由焦耳定律求解。

功是能量转化的量度：一个力做功必然对应这一种能量的变化：

①重力做功与重力势能：②弹力做功与弹性势能：

③合外力做功与动能：④除重力和系统内弹力做功与机械能：

⑤摩擦力对系统做功与产热：⑥克服安培力做功与电势能：

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2.随堂巩固

类型一：能量问题之功能关系梳理

1.导体切割磁感线的运动可以从宏观和微观两个角度来认识．如图所示，固定于水平面的形导线框处

于竖直向下的匀强磁场中，金属直导线在与其垂直的水平恒力作用下，在导线框上以速度做

匀速运动，速度与恒力方向相同，导线始终与导线框形成闭合电路，已知导线电阻为

，其长度恰好等于平行轨道间距，磁场的磁感应强度为，忽略摩擦阻力和导线框的电阻．通过公

式推导验证：在时间内，对导线所做的功等于电路获得的电能电，也等于导线中

产生的焦耳热．

2.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，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作用下加速上升的一段时间内，力做的功与安培力做的功的代

数和等于（）

A.棒的重力势能增加量B.棒的动能增加量

C.棒的机械能增加量D.电阻上放出的热量

3.如图所示，光滑平行金属轨道平面与水平面成角，两轨道上端用一电阻相连，该装置处于匀强磁

场中，磁场方向垂直轨道平面向上，质量为的金属杆，以初速度从轨道底端向上滑行，滑行

到某一高度后又返回到底端．若运动过程中，金属杆始终保持与导轨垂直且接触良好，且轨道与金

属杆的电阻均忽略不计，则（）

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A.金属杆返回到底端时速度小于

B.上滑到最高点的过程中克服安培力与重力所做功之和等于

C.上滑到最高点的过程中电阻上产生的焦耳热等于

D.金属杆两次通过斜面上的同一位置时电阻的热功率相同

4.如图所示，、是两条平行金属轨道，轨道平面与水平面的夹角为，轨道之间连接电阻