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1、第九章电磁感应做专题：电磁感应中的能量问题能量的转化教学目标 :3: 粗糙水平导轨，杆受到向左恒力F理解电磁感应现象中各种形式的能量之间的转化受会利用功能关系：能量守恒：利用电流做功：解决做实际问题能量的转化问题与思考 :下列情况中杆受到那些力的作用?, 这些力分别做什么功?都发生了那些能量的转化?1: 光滑倾斜导轨，静止释放受1: 光滑水平导轨，给杆一个向左的初速度V做受能量的转化做功能量的转化2:光滑倾斜导轨，杆受向上恒力受2: 光滑水平导轨，杆受到向左恒力F做受能量的转化3: 粗糙倾斜导轨，杆受向上恒力受做能量的转化1: 光滑竖直导轨，静止释放受做能量的转化2: 光滑竖直导轨，受向上恒力
2、 F受做能量的转化3: 粗糙竖直导轨，受向上恒力 F受做能量的转化问题与思考 :下列情况中杆受到那些力的作用 ?, 这些力分别做什么功 ?都发生了那些能量的转化 ?1: 光滑水平导轨，给杆一个向左的初速度 V受 向右的安培力 F 做 负功 （竖直方向重力与支持1: 光滑导轨，静止释放力平衡，不讨论）受 重力 G，支持力 N，沿斜面向上安培力 F 安动能全部转化为电能 , 电能又转化为热量重力做正功，安培力做负功，支持力不做功2: 光滑导轨，杆受到向左恒力 F，最初 G >F 安 ,WG=电能 +杆动能 ;后匀速时 G =F 安 WG=电受 向左恒力 F,向右的安培力 F 安能左恒力做正功
3、 ,安培力 F 做负功 , 最初 F>F安 ,WF=电2: 光滑导轨，杆受沿斜面向上恒力, 向上运动能+杆动能 ; 后匀速时 F=F安 WF=电能受 拉力 F, 重力 G，支持力 N，沿斜面向下安培力 F3: 粗糙导轨，杆受到向左恒力 F拉力做正功 , 重力做负功 , 支持力不做功 , 安培力做负功受向左恒力 F,向右的安培力 F 安，向右的摩擦力 f,WF= 重力势能 +电能 +杆动能 ;最初 F>G+F 安 ,最初 F>F安+摩擦力 f ,WF= 电能 +摩擦生热 +杆动能 ;后匀速时 F=G ,+F 安 , WF= 重力势能 +电能后匀速时 F=F安+摩擦力 f WF=
4、 电3: 粗糙导轨，杆受向上恒力 F, 向上运动能+摩擦生热受 拉力 F, 重力 G，支持力 N，沿斜面向下安培力 F 安,沿斜面向下摩擦力 f拉力做正功 , 重力做负功 , 支持力不做功, 安培力做负功摩擦力做负功，最初 F>G+F 安+f ,WF=重力势能 +电能 +摩擦生热 +杆动能 ;，后匀速时 F=G +F 安+f WF= 重力势能 +电能 +摩擦生热1: 光滑竖直导轨，静止释放受竖直向下重力 G，竖直向上安培力 F 安重力 G做正功，竖直向上安培力 F 安 做负功最初 G>F安 , 重力势能 =电能 +杆动能 ;后匀速时 G，=F 安重力势能 =电能2: 光滑竖直导轨，
5、受向上拉力 F受竖直向上恒力F, 竖直向下重力 G，竖直向下安培力F 安恒力 F 做正功 , 重力 G做负功，安培力做负功，后匀速时最初 F>G +F 安 ,WF=重力势能 +电能 + 杆动能 ;，F=G +F 安, WF=重力势能 +电能3: 粗糙竖直导轨，受向上拉力 F受竖直向上恒力F, 竖直向下重力G，竖直向下安培力F 安,没有力把杆压在轨道上 , 所以没有摩擦力,其余同上 .注意 :1. 产生和维持感应电流的存在的过程就是其它形式的能量转化为感应电流电能的过程，就是安培力做负功的过程。2: 导体 不可能 在每道题目中都 正在做 匀速运动 .(分析受力很重要 )（运动状态很重要）导
6、体在 达到稳定状态之前 （做变加速或变减速运动时） ,外力移动导体所做的功， 一部分用于克服安培力做功(即安培力对物体做负功 )，转化为电能 . 电流通过用电器时 ,电能可以进一步转化为其他形式 (比如 :焦耳热 ;机械能等 )，另一部分用于增加导体的动能，即WF =WF 安+W 其它 +Ek当导体达到稳定状态 （做匀速运动时），外力所做的功的全部或部分，用于克服安培力做功(安培力对物体做负功 )，转化为电能 , 电流通过用电器时 , 电能又转化为其他形式 (比如 :焦耳热 ;机械能等 )WF =WF 安+W 其它“外力 ”克服安培力做了多少功 (安培力对物体做了多少负功 ),就有多少其他形式
7、的能转化为电能 .3 : 安培力做正功和克服安培力做功的区别：电磁感应的过程， 总伴随着能量的转化和守恒， 当外力克服安培力做功时， 就有其它形式的能转化为电能； 当安培力做正功时，就有电能转化为其它形式的能。4: 电能求解的三种方法：1：功能关系：电磁感应过程中产生的电能( 焦耳热 ) 等于该过程克服安培力所做的功Q-WA。2：能量守恒：电磁感应过程中产生的电能 ( 焦耳热 ) 等于该过程中其他形式能的减小量 Q E 其它 。3 利用电流做功：电磁感应过程中产生的电能 ( 焦耳热 ) 等于电流通过电阻产生的电热 QI 2Rt，或电流通过用电器做的功 W=P输入 t=P 输出 t/ =电路发热
8、 +机械能5：电能求解的两大法宝：a：动力学运动学公式，规律b：动能定理或能量守恒定律。6：解题步骤：受力分析弄清哪些力做功，正功还是负功明确物体运动是否已经稳定明确有哪些形式的能量参与转化，哪些能量增加哪些能量减少由动能定理或能量守恒定律列方程求解能量转化特点：其它能（如：机械能） 安培力做负功 电能电流做功 内能（焦耳热）在分析过程中务必分析清楚安培力做功的实质及其引起的能量转化过程。分析清楚过程中能量转化关系，是解决电磁感应问题的关健，也是处理此类题目的捷径之一。检验反馈 ：例 1：如图 1 所示 ,两根光滑的金属导轨 ,平行放置在倾角为斜角上 ,导轨的左端接有电阻 R,导轨自身的电阻可
9、忽路不计。斜面处在一匀强磁场中 ,磁场方向垂直于斜面向上。质量为 m,电阻可不计的金属棒 ab,在沿着斜面与棒垂直的恒力图 1作用下沿导轨匀速上滑 ,并上升 h 高度 ,如图所示。在这过程中（A）作用于金属捧上的各个力的合力所作的功等于零（B）作用于金属捧上的各个力的合力所作的功等于 mgh 与电阻 R 上发出的焦耳热之和（C）恒力 F 与安培力的合力所作的功等于零（D）恒力 F 与重力的合力所作的功等于电阻 R 上发出的焦耳热例 2：（2011 天津第 11 题）（18 分）如图所示，两根足够长的光滑金属导轨 MN、PQ 间距为l=0.5m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成 30
10、°角。完全相同的两金属棒 ab、cd 分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒的质量均为 0.02kg，电阻均为 R=0.1，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为 B=0.2T，棒 ab 在平行于导轨向上的力F 作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒 cd 恰好能保持静止。取 g=10m/s2，问：（1）通过 cd 棒的电流 I 是多少，方向如何？（2）棒 ab 受到的力 F 多大？（3）棒 cd 每产生 Q=0.1J 的热量，力 F 做的功 W 是多少？1： (2011 江苏卷第2 题)如图所示，固定的水平长直导线中通有电流 I，矩形线框与导线在同一
11、竖直平面内，且一边与导线平行。线框由静止释放，在下落过程中A 穿过线框的磁通量保持不变B线框中感应电流方向保持不变C线框所受安掊力的合力为零D线框的机械能不断增大2：如图 ,一矩形线框从匀强磁场的上方 自由落下 ,进入匀强磁场中,然后再从磁场 中穿出 (图中 h > L),则（）A. 线框进入磁场 (线框的下边进入磁场而上边未进入磁场 )时,一定做减速运动B.整个线框全部在磁场中运动时 ,线圈做匀速运动 C. 线框进入磁场的过程中 ,机械能转化成电能D. 线框穿出磁场 (线框的下边离开磁场而上边未离开磁场 )的过程中 , 电能转化成机械能3： (福建第 17 题). 如图，足够长的 U
12、型光滑金属导轨平面与水平面成 角（ 0 90°),其中 MN 平行且间距为 L ，导轨平面与磁感应强度为 B 的匀强磁场垂直，导轨电阻不计。金属棒 ab 由静止开始沿导轨下滑， 并与两导轨始终保持垂直且良好接触， ab 棒接入电路的电阻为 R，当流过 ab 棒某一横截面的电量为 q 时，它的速度大小为 v ，则金属棒 ab 在这一过程中1A.F 运动的平均速度大小为2qRB.平滑位移大小为 BLC.产生的焦尔热为 qBLD.受到的最大安培力大B2L2sin小为R4如图所示， AB、CD 为两个平行的水平光滑金属导轨， 处在方向竖直向下， 磁感应强度为B的匀强磁场中 AB、CD 的间距
13、为 L，左右两端均接有阻值为 R 的电阻质量为 m 长为 L 且不计电阻的导体棒 MN 放在导轨上，与导轨接触良好，并与轻质弹簧组成弹簧振动系统开始时，弹簧处于自然长度，导体棒 MN 具有水平向左的初速度 v0，经过一段时间， 导体棒 MN 第一次运动到最右端，这一过程中AC 间的电阻 R 上产生的焦耳热为Q，则()B2L2v0A初始时刻导体棒所受的安培力大小为RB从初始时刻至导体棒第一次到达最左端的过程中，整个回路产生的焦耳热为2Q/31C 导体棒第一次到达最右端时，弹簧具有的弹性势能为2mv202QD 当导体棒再次回到初始位置时，AC 间电阻 R 的热功率为B2L2v20R4、如图， ef
14、,gh 为水平放置的足够长的平行光滑导轨，导轨间距为 L=1m，导轨左端连接一个 R=2的电阻，将一根质量为 0.2kg 的金属棒 cd 垂直地放置导轨上，且与导轨接触良好，导轨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， 磁场方向垂直于导轨平面向下。现对金属棒施加一水平向右拉力 F，使棒从静止开始向右运动。（1）若施加的水平外力恒为 F=8N，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=18W，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=18W，则金属棒从开始运动到速度 v3=2m/s 的过程中电阻 R 产生的热量为8.6J，则该过程所需的时间是多少？5.如图所示，两条水平虚线之间有垂直于纸面向里，宽度为 d，磁感应强度为 B 的匀强磁场质量为 m，电阻为 R 的正方形线圈边长为 L（L< d），线圈下边缘到磁场上边界的距离为 h将线圈由静止释放，其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时刻的速度都是 v0，则在整个线圈穿过磁场的全过程中（从下边缘进入磁场到上边缘穿出磁场），下列说法中正确的是（）A线圈可能一直做匀速运动hB线圈可能先加速后减速C线圈的最小速度一定是mgRB2L2D线圈的最小速度一定是2g hdLBd