2020屆高三物理一輪復(fù)習 電磁感應(yīng)中的能量問題導(dǎo)學案

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1、2020屆高三物理一輪復(fù)習導(dǎo)學案 十、電磁感應(yīng)(5) 電磁感應(yīng)中的能量問題 【目標】 1、理解電磁感應(yīng)的過程實質(zhì)就是能量轉(zhuǎn)化的過程; 2、學會從動量和能量的角度分析電磁感應(yīng)問題。 【導(dǎo)入】 導(dǎo)體切割磁感線或磁通量發(fā)生變化在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,機械能或其他形式能量便轉(zhuǎn)化為電能,具有感應(yīng)電流的導(dǎo)體在磁場中受安培力作用或通過電阻發(fā)熱,又可使電能轉(zhuǎn)化為機械能或電阻的內(nèi)能。因此,電磁感應(yīng)過程總是伴隨著能量轉(zhuǎn)化。 中學階段用能量轉(zhuǎn)化觀點研究電磁感應(yīng)問題常是導(dǎo)體的穩(wěn)定運動(勻速直線運動或勻變速運動).對應(yīng)的受力特點是合外力為零或者恒定不變,能量轉(zhuǎn)化過程常常是機械能轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能.當外力克

2、服安培力做功時,就有其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能(如發(fā)電機);當安培力做正功時,就有電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能(如電動機)。 【導(dǎo)研】 [例1] 如圖所示,矩形線圈長L,寬h,電阻為R,質(zhì)量為m,在空氣中豎直下落一段距離后(空氣阻力不計),進入一寬度也為h,磁感強度為B的勻強磁場中,線圈進入磁場時的動能為Ek1,線圈剛穿出磁場時的動能為Ek2,這一過程中產(chǎn)生的焦耳熱為Q,線圈克服磁場力做的功為W1,重力做的功為W2,線圈重力勢能的減少量為△Ep,則以下關(guān)系中正確的是( ) A.、Q= Ek1-Ek2 B、Q=W2-W1 C、Q=W1 D、W

3、 2=W1+Ek2-Ek1 [例2](鎮(zhèn)江市08學年第一學期高三年級適應(yīng)性考試)如圖所示,PQ、MN是固定的水平放置的足夠長的U形金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌的寬度為L,整個導(dǎo)軌處于豎直向上、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,導(dǎo)軌左端連接一阻值為R的電阻器,在導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m的金屬棒ab,導(dǎo)軌與金屬棒電阻均不計,給ab一水平初速度v0,使其向右運動,最后ab靜止在導(dǎo)軌上。 (1)求:當金屬棒ab的速度為0.5 v0時,通過電阻R的電流強度. (2)針對導(dǎo)軌是光滑還是粗糙的兩種情況,小明同學對安培力做功和整個回路中產(chǎn)生的熱量進行了如下猜想,即: 猜想1:安培力對金屬棒所做的功相等. 猜想2:整個回路

4、產(chǎn)生的熱量相等. 你認為以上兩種猜想成立嗎?請通用計算或相關(guān)物理原理解釋你的判斷. [例3](蘇州市08屆高三高三教學調(diào)研測試) 如圖所示,有一個傾角為θ的足夠長的斜面,沿著斜面有一上下寬度為2b的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B,方向垂直斜面向外,磁場的邊界與底邊平行?,F(xiàn)有一質(zhì)量為m的“日”字形導(dǎo)線框在斜面上靜止開始釋放,其中三條平行邊和斜面底邊及磁場的邊界平行(電阻均為R),其余兩條平行長邊不計電阻,整個框和斜面的動摩檫因素為μ(μ

5、過計算說明導(dǎo)線框能否勻速通過整個磁場; (3)導(dǎo)線框從靜止開始到全部離開磁場所產(chǎn)生焦耳熱Q [例4](通州市2020屆高三第四次調(diào)研測試)如圖所示,一邊長為L,質(zhì)量為m,電阻為R的金屬絲方框豎直放置在磁場中,磁場方向垂直方框平面,磁感應(yīng)強度的大小隨y的變化規(guī)律為B=B0+ky,k為恒定常數(shù),同一水平面上磁感應(yīng)強度相同.現(xiàn)將方框以初速度v0從O點水平拋出,重力加速度為g,不計阻力. (1)通過計算確定方框最終運動的狀態(tài); (2)若方框下落過程中產(chǎn)生的電動勢E與下落高度y的關(guān)系如圖(2)所示,求方框下落H高度時產(chǎn)生的內(nèi)能.

6、【導(dǎo)練】 1.(南通市2020學年度第一學期期末調(diào)研考試)如圖所示,相距均為d的的三條水平虛線L1與L2、L2與L3之間分別有垂直紙面向外、向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小均為B。一個邊長也是d的正方形導(dǎo)線框,從L1上方一定高處由靜止開始自由下落,當ab邊剛越過L1進入磁場時,恰好以速度v1做勻速直線運動;當ab邊在越過L2運動到L3之前的某個時刻,線框又開始以速度v2做勻速直線運動,在線框從進入磁場到速度變?yōu)関2的過程中,設(shè)線框的動能變化量大小為△Ek,重力對線框做功大小為W1,安培力對線框做功大小為W2,下列說法中正確的有:( ) A.在導(dǎo)體框下落過程中,由于重力做正功,所以有v2>

7、v1 B.從ab邊進入磁場到速度變?yōu)関2的過程中,線框動能的變化量大小為 △Ek=W2-W1 C.從ab邊進入磁場到速度變?yōu)関2的過程中,線框動能的變化量大小為 △Ek=W1-W2 a b c d L1 d d L2 L3 D.從ab邊進入磁場到速度變?yōu)関2的過程中,機械能減少了W1+△Ek 2.(上海市崇明區(qū)2020年4月模擬)一個半徑為r、質(zhì)量為m、電阻為R的金屬圓環(huán),用一根長為L的絕緣細繩懸掛于O點,離O點下方L/2處有一寬度為L/4,垂直紙面向里的勻強磁場區(qū)域,如圖所示。現(xiàn)使圓環(huán)從與懸點O等高位置A處由靜止釋放(細繩張直,忽略空氣阻力),擺動過程中

8、金屬環(huán)所在平面始終垂直磁場,則在達到穩(wěn)定擺動的整個過程中金屬環(huán)產(chǎn)生的熱量是( ) A、mgL B、mg(L/2+r) C、mg(3L/4+r) D、mg(L+2r) 3.如圖所示,豎直平面內(nèi)的虛線上方是一勻強磁場B,從虛線下方豎直上拋一正方形線圈,線圈越過虛線進入磁場,最后又落回原處,運動過程中線圈平面保持在豎直平面內(nèi),不計空氣阻力,則 (  ) A.上升過程克服磁場力做的功大于下降過程克服磁場力做的功 B.上升過程克服磁場力做的功等于下降過程克服磁場力做的功 C.上升過程克服重力做功的平均功

9、率大于下降過程中重力的平均功率 D.上升過程克服重力做功的平均功率等于下降過程中重力的平均功率 4、(江蘇省丹陽高級中學高三第一次摸底考試)16.(13分)如圖甲所示,兩根足夠長的平行導(dǎo)軌處在與水平方向成θ角的斜面上, θ=370,導(dǎo)軌電阻不計,間距L=0.3m.在斜面上加有磁感應(yīng)強度B=1T、方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場。導(dǎo)軌底端接一個阻值R=1Ω的電阻。質(zhì)量m=1kg、電阻r=2Ω的金屬棒ab橫跨在平行導(dǎo)軌間,棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,金屬棒從距底端高為h1=2.0m處以平行于導(dǎo)軌向上的初速度v0=10m/s上滑,滑至最高點時高度為h2=3.2m. sin37°=

10、0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2。 (1)求ab棒上升至最高點過程中,通過電阻R的電量q和電阻R產(chǎn)生的焦耳熱Q。 (2)若ab棒固定在導(dǎo)軌初始位置,磁場按圖乙所示規(guī)律變化(2.5×10-2~7.5×10-2s內(nèi)是正弦規(guī)律變化),電阻R在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱為Q=5J,取。 求B0. 5.(淮安市2020學年度高三年級第四次調(diào)研考試)如圖(甲)所示,一對平行光滑軌道放置在水平面上,兩軌道相距l(xiāng)=1m,兩軌道之間用R=3Ω的電阻連接,一質(zhì)量m=0.5kg、電阻r=1Ω的導(dǎo)體桿與兩軌道垂直,靜止放在軌道上,軌道的電阻可忽略不計。整個裝置處于磁感應(yīng)強度B=2T的勻強磁場中,磁場方向垂直軌道平面向上,現(xiàn)用水平拉力沿軌道方向拉導(dǎo)體桿,拉力F與導(dǎo)體桿運動的位移s間的關(guān)系如圖(乙)所示,當拉力達到最大時,導(dǎo)體桿開始做勻速運動,當位移s=2.5m時撤去拉力,導(dǎo)體桿又滑行了一段距離s' 后停下,在滑行s' 的過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為12J。求: (1)拉力F作用過程中,通過電阻R上電量q; (2)導(dǎo)體桿運動過程中的最大速度vm; (3)拉力F作用過程中,電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱。

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