20xx人教版高中物理選修3-2第四章第5節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況(編輯修改稿)
2024-12-25 17:16 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ， 金屬棒 ab 擱在框架上 ， 可無摩擦滑動(dòng) 。 此時(shí) ad eb 構(gòu)成一個(gè)邊長為 l 的正方形 。 金屬棒的電阻為 r ， 其余部分電阻不計(jì) 。 開始時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B0。 ( 1 ) 若從 t ＝ 0 時(shí)刻起 ， 磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增加 ， 每秒增加 k ， 同時(shí)保持棒靜止 ， 求金屬棒中的感應(yīng)電流大小和方向 ； ( 2 ) 在上述 ( 1 ) 情況中 ， 始終保持金屬棒靜止 ， 當(dāng) t ＝ t1末時(shí)需加的垂直于棒的水平拉力為多大 ？ 解析： (1 ) 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得 E ＝Δ ΦΔ t＝Δ BΔ tS ＝ kl2 再根據(jù)歐姆定律得 I ＝Er＝kl2r 根據(jù)楞次定律判斷， “ 增反減同 ” ，回路中的電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，或棒上電流從 b 到 a 。 (2 ) 要保持棒靜止，使作用到棒上的力平衡，即水平拉力等于棒受到的安培力 F ＝ F 安 ＝ BIl ＝ ( B0＋ kt1)kl2rl ＝kl3r( B0＋ kt1) 答案： (1) kl 2r ，棒中電流方向由 b 到 a (2)kl 3r ( B 0 ＋ kt 1 ) 1 ． 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化 ( 1 ) 與感生電動(dòng)勢有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中 ， 磁場能轉(zhuǎn)化為電能 ， 若電路是純電阻電路 ， 轉(zhuǎn)化過來的電能將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能 。 ( 2 ) 與動(dòng)生電動(dòng)勢有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中 ， 通過克服安培力做功 ， 把機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 。 克服安培力做多少功 ， 就產(chǎn)生多少電能 。若電路是純電阻電路 ， 轉(zhuǎn)化過來的電能也將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能 。 考點(diǎn)三 電磁感應(yīng)中的能量問題 2 ． 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量變化的特點(diǎn) 做功情況 能量變化特點(diǎn) 滑動(dòng)摩擦力做 功 有內(nèi)能產(chǎn)生 重力做功 重力勢能必然發(fā)生變化 克服安培 力做功 必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，并且克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能 安培力做正功 電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 3. 求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量守恒問題的一般思路 ( 1 ) 確定感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向 。 ( 2 ) 畫出等效電路 ， 求出回路中消耗的電功率表達(dá)式 。 ( 3 ) 分析導(dǎo)體機(jī)械能的變化 ， 用能量守恒關(guān)系得到機(jī)械功率的改變與回路中的電功率的改變所滿足的方程 。 [ 典例 3 ] 如圖所示 ， 固定的水平光滑金屬導(dǎo)軌 ，間距為 L ， 左端接有阻值為 R 的電阻 ， 處在方向豎直向下 、 磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場中 ， 質(zhì)量為 m的導(dǎo)體棒與固定彈簧相連 ， 放在導(dǎo)軌上 ， 導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻可忽略 。 初始時(shí)刻 ， 彈簧恰處于自然長度 ， 導(dǎo)體棒具有水平向右的初速度 v0。 在沿導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過程中 ， 導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸 。 ( 1 ) 求初始時(shí)刻導(dǎo)體棒受到的安培力 ； ( 2 ) 若導(dǎo)體棒從初始時(shí)刻到速度第一次為零時(shí) ， 彈簧的彈性勢能為 E p ，則這一過程中安培力所做的功 W 1 和電阻 R 上產(chǎn)生的焦耳熱 Q 1 分別為多少 ？ ( 3 ) 導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動(dòng) ， 最終將靜止于何處 ？ 從導(dǎo)體棒開始運(yùn)動(dòng)直到最終靜止的過程中 ， 電阻 R 上產(chǎn)生的焦耳熱 Q 為多少 ？ [ 思路探究 ] ( 1 ) 導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流。 ( 2 ) 安培力做功與電阻 R 上產(chǎn)生的焦耳熱的關(guān)系。 [ 解析 ] (1) 初始時(shí)刻導(dǎo)體棒中感應(yīng)電動(dòng)勢 E ＝ BL v 0 ① 導(dǎo)體棒中感應(yīng)電流 I ＝ER② 作用于導(dǎo)體棒上的安培力 F ＝ BLI ③ 聯(lián)立 ①②③ 得 F ＝B2L2v 0R，方向水平向左。 (2) 由于安培力方向與位移方向相反，安培力做負(fù)功，由功能關(guān)系得 W 1 ＝ E p －12m v20 電阻 R 上產(chǎn)生的焦耳熱 Q 1 ＝12m v20 － E p (3) 由能量轉(zhuǎn)化及平衡條件等，可判斷棒最終靜止于初始位置， Q ＝12 m v20 [ 答案 ] (1)B2L2v 0R，方向水平向左 (2) E p －12m v
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