第四节法拉第电磁感应定律与能量问题的综合

江苏省溧阳中学高二物理备课组第1页4.5法拉第电磁感应定律的综合应用（3）——与能量问题的综合【知识梳理】1、电磁感应过程中伴随着不同形式能量的转化。因此，从功和能量的观点入手，分清楚电磁感应过程中能量转化的关系，是解决电磁感应问题的重要途径之一。2、要注意安培力做功与电能变化的对应关系：。3、电能的求解思路主要有三种：（1）利用电磁感应中电能和安培力做功的关系（2）利用能量守恒求解：产生的电能等于开始的机械能总和与最后的机械能总和之差（3）利用电路特征求解：通过电路中所产生的电能计算公式（例如Q=I2Rt）求解【例题分析】一、学会分析电磁感应过程中能量是如何转化的。【例1】MN是固定在水平面内的两条光滑平行金属导轨，其电阻可以忽略不计，如图所示的虚线右充满垂直轨道平面向下方向的匀强磁场，金属杆ab垂直轨道方向放置在两轨道上，M和N之间接有一电阻R，现给杆一初速度v0，沿平行轨道方向进入磁场，在安培力的作用下最终静止。试分析此过程中的能量是如何转化的？【例2】如图所示，在O点正下方有一具有理想边界的匀强磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最低点的过程中，试分析此过程中的能量是如何转化的？（不计空气阻力）二、理解安培力做功与电能变化对应的关系【例3】MN是固定在水平面内的两条光滑平行金属导轨，导轨间距为L，在导轨所在的空间中充满垂直轨道平面向下方向的匀强磁场，磁感应强度为B，金属杆ab垂直轨道方向放置在两轨道上，M和N之间接有一电阻R，除R外其余电阻可以忽略不计，现用一恒定的外力作用在金属杆ab上，使金属杆做匀速直线运动，速度大小为v，经过时间t，求：（1）外力的大小（2）外力做的功（3）安培力做的功（4）电阻R上产生的热量江苏省溧阳中学高二物理备课组第2页【思考】假如说在外力F的作用下，ab做加速度为a的匀加速运动，再试着求外力做的功，安培力做的功，以及电阻R上产生的热量。三、法拉第电磁感应定律与能量问题的综合应用【例4】如图所示，竖直平行金属导轨MN、PQ上端接有电阻R，金属杆质量为m，跨在平行导轨上，垂直导轨平面的水平匀强磁场为B，不计ab与导轨电阻，不计摩擦，且ab与导轨接触良好。若ab杆在竖直向上的外力F作用下匀速上升，则一下说法正确的是（）A．拉力F所做的功等于电阻R上产生的热B．杆ab克服安培力做的功等于电阻R上产生的热C．电流所做的功等于重力势能的增加量D．拉力F与重力做功的代数和等于电阻R上产生的热【例5】如图所示光滑无电阻导轨立于竖直平面，有一质量为m、无电阻的金属棒ab沿导轨保持水平并自由下落，以速度v进入高度为h的方向水平向外的匀强磁场区域。设ab出磁场时速度为v/3,不考虑各种阻力，求在电阻R中产生的焦耳热。【例6】如图所示，质量为m=100g的铝环，用细线悬挂起来，环中央距地面高度h=0.8m，有一质量为M=200g的小磁铁（长度可忽略），以10m/s的水平速度射入并穿过铝环，落地点距铝环原位置的水平距离为3.6m，则磁铁与铝环发生相互作用时（小磁铁穿过铝环后的运动看做平抛运动）；（1）铝环向哪边倾斜（2）若铝环在磁铁穿过后速度为2m/s，在磁铁穿过铝环的整个过程中，环中产生了多少电能？（g=10m/s2）江苏省溧阳中学高二物理备课组第3页【分层练习】法拉第电磁感应定律的综合应用班级姓名学号1、如图所示PQ、MN为足够长的两平行金属导轨,它们之间连接一个阻值8R的电阻;导轨间距为kgmmL1.0;1一质量为,电阻2r,长约m1的均匀金属杆水平放置在导轨上,它与导轨的滑动摩擦因数53,导轨平面的倾角为030在垂直导轨平面方向有匀强磁场,磁感应强度为0.5TB,今让金属杆AB由静止开始下滑从杆静止开始到杆AB恰好匀速运动的过程中经过杆的电量1Cq,求:(1)当AB下滑速度为sm/2时加速度的大小(2)AB下滑的最大速度(3)从静止开始到AB匀速运动过程R上产生的热量θRBABMPQN江苏省溧阳中学高二物理备课组第4页2、如图所示，边长L=2.5m、质量m=0.50kg的正方形金属线框，放在磁感应强度B=0.80T的匀强磁场中，它的一边与磁场的边界MN重合。在水平力作用下由静止开始向左运动，在5.0s内从磁场中拉出。测得金属线框中的电流随时间变化的图象如下图所示。已知金属线框的总电阻R=4.0Ω。⑴试判断金属线框被拉出的过程中，线框中的感应电流方向，并在图中标出。⑵求t=2.0s时金属线框的速度大小和水平外力的大小。⑶已知在5.0s内力F做功1.92J，那么金属线框从磁场拉出的过程中，线框中产生的焦耳热是多少？3、如图所示，空间等间距分布着水平方向的条形匀强磁场，竖直方向磁场区域足够长，磁感应强度B＝1T，每一条形磁场区域的宽度及相邻条形磁场区域的间距均为d＝0.5m，现有一边长l＝0.2m、质量m＝0.1kg、电阻R＝0.1Ω的正方形线框MNOP以v0＝7m/s的初速从左侧磁场边缘水平进入磁场，求：⑴线框MN边刚进入磁场时受到安培力的大小F；⑵线框从开始进入磁场到竖直下落的过程中产生的焦耳热Q；⑶线框能穿过的完整条形磁场区域的个数n。OI/At/s1234560.60.50.40.30.20.1MNB××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××dddddddPMONv0家长评价：﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍家长签名：