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1、专题 电磁感应中的能量问题,金台区教研室 刘小刚,一、课程标准与考纲解读,课程标准： （1）收集资料，了解电磁感应现象的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神。 （2）通过实验，理解感应电流的产生条件。举例说明电磁感应在生活和生产中的应用。 （3）通过探究，理解楞次定律。理解法拉第电磁感应定律。 考纲要求： 电磁感应现象 级要求 磁通量 级要求 法拉第电磁感应定律 级要求 解读：会分析电磁感应问题中的能量转化，并会进行有关计算,近几年高考试题中的分布情况,二、考点精析： 电磁感应中能量问题的求解思路,例1、（基本模型） 如图，水平金属导轨宽为L（电阻不计），左端连一定值电阻R，空间
2、存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。一质量为m的金属棒，以初速度v0沿导轨向右运动。试问： 若导轨光滑，则金属棒运动过程中整个回路中产生的总的焦耳热是多少？ 上一问中，若金属棒的电阻为r，则金属棒运动过程中定值电阻R上产生的焦耳热是多少？ 若导轨与金属棒之间的动摩擦因数为，金属棒滑行S距离后速度减为零，则此过程中整个回路中产生的总的焦耳热是多少？,例2、（基本模型） 如图，水平光滑金属导轨宽为L（电阻不计），左端连一定值电阻R，空间存 在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。一质量为m、电阻为r 的金属棒放在导轨上，与之接触良好。试问： 若棒在外力F作用下以速度v0匀速向右运动
3、，求滑行距离S过程中回路中产生的总的焦耳热是多少？ 若棒在恒力F作用下由静止开始向右运动距离S后开始匀速运动，试求此过程中定值电阻R产生的焦耳热。 （拓展：如果棒与导轨之间有摩擦又如何?),二、考点精析： 电磁感应中能量问题的求解思路,学法指导,1、过程分析： 电磁感应现象中产生感应电流的过程，实际上就是其他形式的能向电能转化的过程。 这一过程中的能量转化是通过安培力做功来实现的：克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能，进而转化为内能即焦耳热（外电路是纯电阻电路）,学法指导,2、求解思路： 求解焦耳热的三种方法： 焦耳定律: (感应电流恒定） 功能关系： 能量守恒定律：,1. (
4、2013安徽16)如图所示，足够长的平行金属导轨倾斜放置，倾角为37，宽度为0.5 m，电阻忽略不计，其上端接一小灯泡，电阻为1 .一导体棒MN垂直导轨放置，质量为0.2 kg，接入电路的电阻为1 ，两端与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数为0.5.在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为0.8 T将导体棒MN由静止释放，运动一段时间后，小灯泡稳定发光，此后导体棒MN的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为(重力加速度g取10 m/s2，sin 370.6)( ) A2.5 m/s 1 W B5 m/s 1 W C7.5 m/s 9 W D15 m/s 9 W,审题小灯泡稳定发光导棒
5、匀速，从受力分析角度求解；,三、真题演练,解析（1）导体棒MN匀速下滑时受力如图所示，由平衡条件可得F安mgcos 37mgsin 37,所以F安mg(sin 37cos 37)0.4 N,由F安BIL得I1 A,所以EI(R灯RMN)2 V,A2.5 m/s 1 W B5 m/s 1 W C7.5 m/s 9 W D15 m/s 9 W,小灯泡消耗的电功率为P灯I2R灯1 W正确选项为B,三、真题演练,巧学勤练,如图所示，两根足够长的固定平行金属导轨位于倾角=30的斜面上，导轨上、下端各接有阻值R=20的电阻。导轨电阻忽略不计，导轨宽度L=2m，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面向上的匀强磁
6、场，磁感应 强度B=1T，质量m=0.1kg、连入电路的电阻r=10的金属棒ab在较高处由静止释放，当金属棒ab下滑高度h=3m时，速度恰好达到最大值v=2m/s。金属棒ab在下滑过程中始终与导轨垂直且与导轨良好接触，g取10m/s2。求： （1）金属棒ab由静止至下滑高度为3m的运动过程中机械能的减小量。 （2）金属棒ab由静止至下滑高度为3m的运动过程中导轨上端电阻R中产生的热量。,2、 (2014江苏13)如图所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为L，长为3d，导轨平面与水平面的夹角为，在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面垂直质
7、量为m的导体棒从导轨的顶端由静止释放，在滑上涂层之前已经做匀速运动，并一直匀速滑到导轨底端导体棒始终与导轨垂直，且仅与涂层间有摩擦，接在两导轨间的电阻为R，其他部分的电阻均不计，重力加速度为g.求： (1)导体棒与涂层间的动摩擦因数； (2)导体棒匀速运动的速度大小v； (3)整个运动过程中，电阻产生的焦耳热Q.,三、真题演练,(1)导体棒与涂层间的动摩擦因数；,解析(1)在绝缘涂层上，导体棒受力平衡； mgsin mgcos ,解得导体棒与涂层间的动摩擦因数： tan ,审题动摩擦因数：利用受力分析求解,三、真题演练,(2)导体棒匀速运动的速度大小v；,解析(2)在光滑导轨上：,感应电动势：
8、EBLv,审题速度：在光滑导轨上受力分析,安培力：F安BIL,匀速的条件是：F安mgsin ,三、真题演练,(3)整个运动过程中，电阻产生的焦耳热Q.,解析(3)根据能量守恒定律知：,摩擦产生的热量：,审题焦耳热：从能量角度求解,电阻上产生的热量：,三、真题演练,3(2014天津11)如图所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角30的斜面上，导轨电阻不计，间距L0.4 m，导轨所在空间被分成区域和，两区域的边界与斜面的交线为MN.中的匀强磁场方向垂直斜面向下，中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小均为B0.5 T在区域中，将质量m10.1 kg、电阻R10.1 的金属条ab放在导
9、轨上，ab刚好不下滑然后，在区域中将质量m20.4 kg，电阻R20.1 的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑cd在滑动过程中始终处于区域的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g10 m/s2，,三、真题演练,解析(1)由右手定则可判断出cd中的电流方向为 由d到c，则ab中电流方向为由a流向b.,(1)cd下滑的过程中，ab中的电流方向；,审题 电流方向：右手定则,三、真题演练,解析(2)开始放置时ab刚好不下滑，ab所受摩擦力为最大静摩擦力，设其为Fmax，有Fmaxm1gsin ,(2)ab刚要向上滑动时，cd的速度v多大；,审题 速度：从两根导棒的受力进行
10、突破,ab刚要上滑时，ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下，由平衡条件有F安m1gsin Fmax,三、真题演练,解析(3)设cd棒运动过程中在电路中产生的总热量为Q总，由能量守恒定律有,(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x 3.8 m，此过程中ab上产生的热量Q是多少,审题 热量：从能量守恒角度列式求解,三、真题演练,4、（2014新课标25)半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内，一长为r、质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面，BA的延长线通过圆导轨中心O，装置的俯视图如图所示整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，方向竖直向下
11、在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻(图中未画出)直导体棒在水平外力作用下以角速度绕O逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为，导体棒和导轨的电阻均可忽略重力加速度大小为g.求： (1)通过电阻R的感应电流的方向和大小； (2)外力的功率,三、真题演练,AB棒转动切割:,欧姆定律:,解析(1) 根据右手定则，得导体棒AB上的电流方向为BA，故电阻R上的电流方向为CD.,(1)通过电阻R的感应电流的方向和大小；,审题 电流方向和大小：右手定则和欧姆定律；注意转动切割！,三、真题演练,解析 (2)根据能量守恒定律，外力的功率P等于安培力与摩擦力的功率之和，即PBIrvfv，而fmg,(2)外力的功率,审题 从能量角度去分析外力的功率,三、真题演练,四、专题小结,（1）求解电磁感应现象中回路中产生的总的焦耳热的三种主要思路： 利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力做的功。 利用能量守恒定律求解：其他形式能量的减少量等于产生的电能。 利用焦耳定律求解：结合等效电路分析，利用电路知识求解。 （2）分析步骤：先电后力再能量 “源”“路”“力”“运动状态及能量转化”,预祝同学们： 高考顺利！ 金榜题名！,