18-19 第1章 5.电磁感应中的能量转化与守恒

习
标
• 探
A．导体框中产生的感应电流方向相同
• 固
新
双
知
B．导体框中产生的焦耳热相同
基
合
C．导体框 ad 边两端电势差相同
作
探
D．通过导体框截面的电荷量相同
究
•
攻
重
课 时 分 层 作 业
难
返 首 页
自
当
主
AD [由右手定则可得两种情况导体框中产生的感应电流方向相同，A 堂
预
达
习 • 探 新
项正确；热量 Q＝I2Rt＝BRlv2R×vl ＝B2Rl3v，导体框产生的焦耳热与运动速度
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[自 主 预 习·探 新 知]
自
当
主 预
[知识梳理]
堂 达
习
标
•
电磁感应中的能量问题
•
探
固
新 知
1．在导线切割磁感线运动而产生感应电流时，电路中的电能来源于
双 基
__机__械__能___．
合
作 探
2．在电磁感应中，产生的电能是通过外力克服_安__培__力___做功转化而来
究
• 的．外力做了多少功，就产生多少_电__能___．
合 作 探 究 • 攻 重
上产生的焦耳热之和 D．恒力 F 与重力的合力所做的功等于电阻 R 上产生的焦耳热 思路点拨：①金属棒 ab 匀速上滑过程中所受合力为零，合力做功为零．②
课 时 分 层 作 业
难 金属棒克服安培力做的功等于电阻 R 上产生的焦耳热．
攻
重 难
3．电流做功将__电__能__转化为其他形式的能量．
课 时 分 层 作 业
4．电磁感应现象中，能量在转化过程中是_守__恒___的．
返
首
页
自
[基础自测]
当
主
堂
预 习
1．思考判断
达 标
•
•
探
(1)在电磁感应现象中，安培力做正功，把其他形式的能转化为电能．(×) 固
新
双
知
基
(2)电磁感应现象一定伴随着能量的转化，克服安培力做功的大小与电路
双 基
合 作 探 究
＝－I t＝－ER t＝ΔRΦ＝BRS，故 q1＝q2.因此 A 项正确．]
•
攻
重
课 时 分 层 作 业
难
返 首 页
自
[合 作 探 究·攻 重 难]
当
主
堂
预
电磁感应中的电路问题
达
习
标
•
•
探
固
新
双
知
基
电磁感应问题常与电路知识综合考查，解决此类问题的基本方法是：
合 作 探 究 • 攻 重
自
当
主 预
A．PQ 中电流先增大后减小
堂 达
习 •
B．PQ 两端电压先减小后增大
标 •
探
固
新 知
C．PQ 上拉力的功率先减小后增大
双 基
D．线框消耗的电功率先减小后增大
合
作
探
究
• 攻
思路点拨：
重
课 时 分 层 作 业
难
返 首 页
C [设 PQ 左侧金属线框的电阻为 r，则右侧电阻为 3R－r；PQ 相当于
返
首
页
自 主
3．如图 1-5-2 所示，纸面内有一矩形导体闭合线框 abcd，ab 边长大于
当 堂
预
达
习 •
bc 边长，置于垂直纸面向里、边界为 MN 的匀强磁场外，线框两次匀速地完
标 •
探
固
新 全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于 MN.第一次 ab 边平行 MN 进 双
知
基
入磁场，线框上产生的热量为 Q1，通过线框导体横截面的电荷量为 q1；第二
习
标
• v＝BIlv，可知因干路电流先减小后增大，PQ 上拉力的功率也先减小后增大， •
探
固
新 知
选项 C 正确．线框消耗的电功率即为外电阻消耗的功率，因外电阻最大值为
双 基
合 作 探 究 • 攻 重
34R，小于内阻 R；根据电源的输出功率与外电阻大小的变化关系，外电阻越 接近内阻时，输出功率越大，可知线框消耗的电功率先增大后减小，选项 D 错误．]
基
合 作 探 究 • 攻 重
课 时 分 层 作 业
难
图 1-5-4
返 首 页
A．匀速滑动时，I1＝0，I2＝0
自 主
B．匀速滑动时，I1≠0，I2≠0
当 堂
预
达
习 •
C．加速滑动时，I1＝0，I2＝0
标 •
探
固
新 知
D．加速滑动时，I1≠0，I2≠0
双 基
D [导体棒水平运动时产生感应电动势，对整个电
难
返 首 页
自
(2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化．如： 当
主
预
做功情况
堂
能量变化特点
达
习
标
• 探
滑动摩擦力做功
有内能产生
• 固
新
双
知
重力做功
重力势能必然发生变化
基
合 作 探 究 • 攻 重
必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做多少
克服安培力做功
课
功，就产生多少电能
时 分
合 作
中产生的电能相对应．
探
究
• 攻
(3)安培力做负功，一定有电能产生．
重
难
(√ ) 课 时
分
(√ )
层 作
业
返 首 页
2．如图 1-5-1 所示，足够长的平行金属导轨倾斜放置，倾角为 37°，宽
自 度为 0.5 m，电阻忽略不计，其上端接一小灯泡，电阻为 1 Ω.一导体棒 MN 当
主 预
垂直导轨放置，质量为 0.2 kg，接入电路的电阻为 1 Ω，两端与导轨接触良好，
• 固
新
双
知 上滑，上升高度为 h.在此过程中 ( )
基
合 作 探 究 • 攻 重
课 时 分 层 作 业
难
图 1-5-6
返 首 页
自
A．金属棒所受各力的合力所做的功为零
当
主
堂
预
B．金属棒所受各力的合力所做的功等于 mgh 和电阻 R 上产生的焦耳热 达
习
标
• 探
之和
• 固
新
双
知
C．恒力 F 与重力的合力所做的功等于棒克服安培力所做的功与电阻 R 基
双 基
F 安＝mg(sin 37°－μcos 37°)＝0.4 N，由 F 安＝BIL 得
合
作 探 究
I＝BFL安＝1 A，所以 E＝I(R 灯＋RMN)＝2 V，导体棒的
•
课 时 分 层
攻 重 难
运动速度 v＝BEL＝5 m/s，小灯泡消耗的电功率为 P
作 业
灯＝I2R 灯＝1 W，B 项正确．]
(1)明确哪部分电路或导体产生感应电动势，该部分电路或导体就相当于 电源，其他部分是外电路．
课 时 分 层 作 业
难
返 首 页
自
当
主 预
(2)画等效电路图，分清内、外电路．
堂 达
习
标
• 探 新
(3)用法拉第电磁感应定律 E＝nΔΔΦt 或 E＝BLv 确定感应电动势的大小，
• 固 双
知
基
用楞次定律或右手定则确定感应电流的方向．在等效电源内部，电流方向从
标 • 固 双
知
基
有关，B 项错误；电荷量 q＝It＝BRlv×vl ＝BRl2，电荷量与速度无关，电荷量相
合 作 探 究 • 攻 重
课
同，D 项正确；以速度 v 拉出时，Uad＝14Blv，以速度 3v 拉出时，Uad＝14Bl·3v，
时 分 层
作
C 项错误．]
业
难
返 首 页
自
电磁感应中的能量问题
合 作 探 究 • 攻 重
负极指向正极． (4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式联立
求解．
课 时 分 层 作 业
难
返 首 页
如图 1-5-3，由某种粗细均匀的总电阻为 3R 的金属条制成的矩
自
当
主 预
形线框 abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场中．一接入电
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
堂 达
当
主
堂
预
达
习
标
•
1．电磁感应中的能量守恒
•
探
固
新 知
(1)由磁场变化引起的电磁感应中，磁场能转化为电能，若电路是纯电阻
双 基
电路，转化过来的电能将全部转化为电阻的内能．
合 作 探 究 • 攻 重 难
(2)由相对运动引起的电磁感应中，通过克服安培力做功，把机械能或其 他形式的能转化为电能．克服安培力做多少功，就产生多少电能．若电路是 纯电阻电路，转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能．
课 时 分 层 作 业
难
返 首 页
自
[针对训练]
当
主
堂
预 习
1．在图 1-5-4 中，EF、GH 为平行的金属导轨，其电阻不计，R 为电阻，
达 标
• 探
C 为电容器，AB 为可在 EF 和 GH 上滑动的导体棒．有匀强磁场垂直于导轨
• 固
新
双
知 平面．若用 I1 和 I2 分别表示图中该处导线中的电流，则当 AB 棒( )
堂 达
习
标
• 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， •
探
固
新 知
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
双 基
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
合
作 速度 g 取 10 m/s2，sin 37°＝0.6)( )
探 究 • 攻 重
课 时 分 层 作 业
难
返
图 1-5-1
首 页
A．2.5 m/s 1 W
B．5 m/s 1 W
自 主
C．7.5 m/s 9 W
D．15 m/s 9 W
当 堂
预
达
习 •
B [导体棒 MN 匀速下滑时受力如答图所示，
标 •
探
固
新 知
由平衡条件可得 F 安＋μmgcos 37°＝mgsin 37°，所以
自
当
主 预 习 • 探
电源，其电阻为 R，则电路的外电阻为 R 外＝r＋r3R3R－－rr＝－r－32R3R2＋32R2，
堂 达 标 • 固
新
双
知 当 r＝32R时，R 外 max＝34R，此时 PQ 处于矩形线框的中心位置，即 PQ 从靠近 基
合
作 探
ad 处向 bc 滑动的过程中外电阻先增大后减小．PQ 中的电流为干路电流 I＝
合 作 探 究 • 攻 重
次 bc 边平行于 MN 进入磁场，线框上产生的热量为 Q2，通过线框导体横截 面的电荷量为 q2，则 ( )
【导学号：24622025】
课 时 分 层 作 业
难
返 首 页
自
当
主
堂
预
达
习
标
•
•
探
固
新
双
知
基
合
作
探
究
• 攻
A．Q1>Q2，q1＝q2
重
图 1-5-2 B．Q1>Q2，q1>q2
自 主
于纸面且电阻均匀的正方形导体框 abcd，现将导体框分别朝两个方向以速度
当 堂
预
达
习 •
v、3v 匀速拉出磁场，则导体框分别从两个方向移出磁场的过程中 (
)
标 •
探
固
新
【导学号：24622026】 双
知
基
合 作 探 究 • 攻 重
课 时 分 层 作 业
难
图 1-5-5 返 首 页
自
当
主
堂
预
达
层
安培力做正功
电能转化为其他形式的能
作
业
难
(3)根据能量守恒列方程求解．
返 首 页
自
(多选)如图 1-5-6 所示，两根电阻不计的光滑平行金属导轨的 当
主
堂
预 习
倾角为 θ，导轨下端接有电阻 R，匀强磁场垂直于导轨平面向上．质量为 m、
达 标
• 探
电阻不计的金属棒 ab 在沿导轨平面且与棒垂直的恒力 F 作用下沿导轨匀速
课 时 分 层 作 业
返 首 页
自
当
主
堂
预
达
习
标
• 探
2．求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路
• 固
新
双
知
(1)分析回路，分清电源和外电路．
基
合 作 探 究 • 攻 重
在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生 感应电动势，该导体或回路就相当于电源，其余部分相当于外电路．
课 时 分 层 作 业
课 时
究 • 攻 重
R外＋E R内，可知干路电流先减小后增大，选项 A 错误．PQ 两端的电压为路端
分 层 作 业
难
电压 U＝E－U 内，因 E＝Blv 不变，U 内＝IR 先减小后增大，所以路端电压先
返 首 页
自
当
主 预
增大后减小，选项 B 错误．拉力的功率大小等于安培力的功率大小，P＝F 安
堂 达
课 时 分 层 作 业
难
返 首 页
自
当
主
堂
预
达
习
标
• 探
1“电源”的确定方法：“切割”磁感线的导体或磁通量发生变化的线
• 固
新
双
知 圈相当于“电源”，该部分导体或线圈的电阻相当于“内电阻”.
基
合 作 探 究 • 攻 重
2电流的流向：在“电源”内部电流从负极流向正极，在“电源”外部 电流从正极流向负极.
课 时 分 层 作 业
难
C．Q1＝Q2，q1＝q2
D．Q1＝Q2，q1>q2
返 首 页
自
当
主
堂
预
达
习
标
• 探
A [根据功能关系知，线框上产生的热量等于克服安培力做的功，即 Q1
• 固
新 知
＝W1＝F1lbc＝B2Rl2abvlbc＝B2RSvlab，同理 Q2＝B2RSvlbc，又 lab>lbc，故 Q1>Q2；因 q
合
作 路，可把 AB 棒看成电源，等效电路如答图所示．当棒
探
究 •
匀速滑动时，电动势 E 不变，故 I1≠0，I2＝0.当棒加速
攻
重 难
运动时，电动势 E 不断变大，电容器不断充电，故 I1≠0，
课 时 分 层 作 业
I2≠0，故 D 正确．]
返
首
页
2．(多选)如图 1-5-5 所示，垂直纸面的正方形匀强磁场区域内，有一位
第一章 电磁感应 5．电磁感应中的能量转化与守恒
自 主
学习目标
知识脉络
当 堂
预
达
习 1．知道电磁感应现象遵守能量守恒定
标
•
•
探 新
律．
固 双
知
基
2．理解电磁感应现象中产生的电能与
合 作
克服安培力做功的关系．(难点)
探 究
3．掌握感应电流做功过程中能量的转
•
攻 重
化．(重点)
课 时 分 层 作 业
难
习
标
• 路电阻为 R 的导体棒 PQ，在水平拉力作用下沿 ab、dc 以速度 v 匀速滑动， •
探
固
新 知
滑动过程 PQ 始终与 ab 垂直，且与线框接触良好，不计摩擦．在 PQ 从靠近
双 基
ad 处向 bc 滑动的过程中 ( )
合 作 探 究 • 攻 重
课 时 分 层 作 业
难
图 1-5-3
返
首
页