高三物理电流的磁效应和电磁感应中的能量问题

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高三物理电磁感应中的能量问题

4.在较复杂的电磁感应现象中，经常涉及求解焦耳热
的问题。尤其是变化的安培力，不能直接由 Q=I2Rt 解，用能量守恒的方法就可以不必追究变力、变电流做功的具体细节，只需弄清能量的转化途径，注意分清有多少种形式的能在相互转化，用能量的转化与守
恒定律就可求解，而用能量的转化与守恒观点，只需
从全过程考虑，不涉及电流的产生过程，计算简便。这样用守恒定律求解的方法最大特点是省去许多细节，解题简捷、方便。
035.广东茂名市2007年第二次模考19 19（17分）如图，光滑平行的水平金属导轨MN、PQ 相距l，在M点和P点间接一个阻值为R的电阻，在两导轨间OO1O1'O' 矩形区域内有垂直导轨平面竖直向下、宽为d的匀强磁场，磁感强度为B。一质量为m，电阻为r的导体棒ab，垂直搁在导轨上，与磁场左边界相距 d0。现用一大小为F、水平向右的恒力拉ab棒，使它由静止开始运动，棒ab在离开磁场前已经做匀速直线运动（棒ab与导轨始终保持良好的接触，导轨电阻不计）。求：（1）棒ab在离开磁场右边界时的速度； O' 1 （2）棒ab通过磁场区的过程 M a O1 N 中整个回路所消耗的电能； F B R （3）试分析讨论ab棒在磁场 b O O' Q 中可能的运动情况。 P
Bdv F BId B d R RL
v 8m/s F 0.8N Bdv 2 ) RL （2） PL ( R RL
PL=5.12W
②
代入数据，根据①、②方程可解得：
042.08年苏、锡、常、镇四市教学情况调查（一）15 15．（14分）如图所示，光滑且足够长的平行金属导轨 MN 和 PQ 固定在同一水平面上，两导轨间距 L=0.2m ，电阻 R=0.4Ω ，导轨上静止放置一质量 m=0.1kg 、电阻 r=0.1Ω 的金属杆，导轨电阻忽略不计，整个装置处在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，磁场的方向竖直向下，现用一外力 F沿水平方向拉杆，使之由静止起做匀加速运动并开始计时，若5s末理想电压表的读数为0.2V.求： M N （1）5s末时电阻R上消耗的电功率；（2）金属杆在5s末的运动速率； V （3）5s末时外力F的功率. R P F Q

高考专题42 电磁感应中的能量问题-高考物理一轮复习专题详解 Word版含解析

高考重点难点热点快速突破知识回顾电磁感应中的能量问题电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程，是非静电力做功的过程． (1)安培力做功与功能关系在感生电动势产生的过程中，非静电力是感生电场的电场力，这种电场力做功将变化的磁场所提供的能量转化为电能：P 电＝iE ，其中E ＝nΔΦΔt ＝n ΔBΔt·S .当回路闭合时形成电流，电流在电路中流动再将电能转化为其他形式的能量，如焦耳热等：变化磁场的能量――→感生电场的电场力做功电能――→电流做功其他形式能量 (2)当导体切割磁感线而产生动生电动势时，微观角度是非静电力——洛伦兹力做功，宏观角度是安培力做功，可分为两种情况：一是磁场不动导体运动切割磁感线产生动生电动势E ＝Blv ，导体所受安培力与导体运动方向相反，导体克服安培力做功，此种情况下磁场不提供能量，由导体的机械能转化为电能P电＝IE ，当电流通过用电器时将电能又转化为其他形式的能量．导体机械能――→克服安培力做功电能――→电流做功其他形式能量二是导体开始时静止，磁场运动，导体切割磁感线产生动生电动势．导体所受安培力成为导体运动的动力，安培力做功将电能转化为导体的机械能，磁场克服安培力的反作用力做功将磁场提供的能量转化为电能，设磁场运动速度为v 1，导体运动速度为v 2，动生电动势E ＝Bl (v 1－v 2)，磁场提供能量(实质是磁场场源提供的能量)的功率P 1＝F 安v 1，安培力对导体做功将电能转化为机械能的功率P 2＝F 安v 2，二者的差值为回路中转化为其他能量的功率，如焦耳热功率．规律方法1．电能求解的三种思路(1)利用安培力做功的功能关系；(2)利用能量守恒定律；(3)利用电路特征求解．2．基本解题思路例题分析【例1】(多选)(2017年成都高三检测)如图所示，两根足够长的平行金属导轨相距为L，其中NO1、QO2部分水平，倾斜部分MN、PQ与水平面的夹角均为α，整个空间存在磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直导轨平面MNQP向上．长为L的金属棒ab、cd与导轨垂直放置且接触良好，其中ab光滑，cd粗糙，棒的质量均为m、电阻均为R.将ab由静止释放，在ab下滑至速度刚达到稳定的过程中，cd始终静止不动．若导轨电阻不计，重力加速度为g，则在上述过程中( )A．ab棒做加速度减小的加速运动B．ab棒下滑的最大速度为mgR sinαB2L2C．cd棒所受摩擦力的最大值为mg sinαcosαD．cd棒中产生的热量等于ab棒机械能的减少量【答案】AC【例2】(2017年高考·天津卷)电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度，其原理可用来研制新武器和航天运载器．电磁轨道炮示意如图，图中直流电源电动势为E，电容器的电容为C.两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为l，电阻不计．炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属棒MN，垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨良好接触．首先开关S接1，使电容器完全充电．然后将S接至2，导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为B的匀强磁场(图中未画出)，MN开始向右加速运动．当MN上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时，回路中电流为零，MN达到最大速度，之后离开导轨．问：(1)磁场的方向；(2)MN刚开始运动时加速度a的大小；(3)MN离开导轨后电容器上剩余的电荷量Q是多少．(3)当电容器充电完毕时，设电容器上电荷量为Q0，有Q0＝CE⑤开关S接2后，MN开始向右加速运动，速度达到最大值v max时，设MN上的感应电动势为E′，有E′＝Blv max⑥依题意有E ′＝Q C⑦设在此过程中MN 的平均电流为I ，MN 上受到的平均安培力为F ，有F ＝IlB ⑧由动量定理，有FΔt ＝mv max ⑨ 又IΔt ＝Q 0－Q ⑩ 联立⑤⑥⑦⑧⑨⑩式得Q ＝B 2l 2C 2E m ＋B 2l 2C。

高考物理电磁感应中的力学问题和能量转换问题

1６．4电磁感应中的力学问题和能量转换问题一、知识扫描1.电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用，从而影响导体棒（或线圈）的受力情况和运动情况。

解决这类电磁感应现象中的力学综合题，要将电磁学、力学中的有关知识综合起来应用。

2. 电磁感应现象实质是能量转化与守恒.电磁感应过程中导体（或线圈）克服安培力做功,其他形式的能量转化为电能。

当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能量。

“外力”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。

同理,安培力做了多少功,就有多少电能转化为其它形式的能。

3.二．例题例1. 如图所示，AB 、CD 是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为L ，导轨平面与水平面的夹角为θ，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感应强度为B ，在导轨的 AC 端连接一个阻值为 R 的电阻，一根质量为m 、垂直于导轨放置的金属棒ab ，从静止开始沿导轨下滑。

求导体ab下滑的最大速度v m ；（已知ab 与导轨间的动摩擦因数为μ，导轨和金属棒的电阻都不计。

g=10m ／s 2）〖解析〗ab 沿导轨下滑过程中受四个力作用，即重力mg ，支持力F N 、摩擦力F f 和安培力F 安，如图所示，ab 由静止开始下滑后，将是↓↑→↑→↑→↑→a F I E v 安（↑为增大符号），所以这是个变加速过程，当加速度减到a=0时，其速度即增到最大v=v m ，此时必将处于平衡状态，以后将以v m 匀速下滑。

E=BLv ①；I=E/R ②安培力F 安方向如图示，其大小为：F 安=BIL ③由①②③可得R v L B F 22=安以ab 为研究对象，根据牛顿第二定律应有：mgsinθ–μmgcosθ-R vL B 22=maab 做加速度减小的变加速运动，当a=0时速度达最大，ab 达到v m 时应有：mgsinθ –μmgcosθ-R v L B 22=0 ④ ；由④式可解得()22cos sin L B R mg v m θμθ-=（1）电磁感应中的动态分析，要抓住“速度变化引起磁场力的变化”这个相互关联关系，F=BIL临界状v 与a 方向关系运动状态的分析 a 变化情况 F=ma 合外力运动导体所受的安培力感应电流确定电源（E ，r ）r R E I +=从分析物体的受力情况与运动情况入手是解题的关键，要学会从动态分析的过程中来选择是从动力学方面，还是从能量、动量方面来解决问题。

电磁感应的力、电、能量综合问题

热点十一电磁感应的力、电、能量综合问题一、电磁感应中的动力学问题1.受力情况、运动情况的分析(1)导体切割磁感线运动产生感应电动势,在电路中产生感应电流,感应电流在磁场中受安培力,安培力将阻碍导体运动.(2)安培力一般是变力,导体切割磁感线运动的加速度发生变化,当加速度为零时,达到稳定状态,最后做匀速直线运动.2.解题步骤(1)用电磁感应定律和楞次定律、右手定则确定感应电动势的大小和方向.(2)应用闭合电路欧姆定律求出电路中的感应电流的大小.(3)分析研究导体受力情况,特别要注意安培力方向的确定.(4)列动力学方程或平衡方程求解.3.两种状态处理(1)导体处于平衡态——静止或匀速直线运动状态.处理方法：根据平衡条件合外力等于零列式分析.(2)导体处于非平衡态——加速度不为零.处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析.4.电磁感应中的动力学临界问题(1)解决这类问题的关键是通过运动状态的分析、寻找过程中的临界状态,如由速度、加速度求最大值或最小值的条件.(2)基本思路：5.两种常见类型名师点睛：(1)当导体切割磁感线运动存在着临界条件时：①导体初速度等于临界速度时，导体匀速切割磁感线运动. ②初速度大于临界速度时，导体先减速，后匀速运动. ③初速度小于临界速度时，导体先加速，后匀速运动.“电—动—电”型 l 、质量m 、电阻电阻不计释放后下滑,此(2)在研究导体棒的受力分析时，注意将立体图转化为侧面图，按重力、弹力、摩擦力、安培力的顺序.以免出现漏力例1.如图所示,有两根和水平方向成α角的光滑平行的金属轨道,上端接有可变电阻R ,下端足够长,空间有垂直于轨道平面的匀强磁场,磁感应强度为B ,一根质量为m 的金属杆(电阻忽略不计)从轨道上由静止滑下,经过足够长的时间后, 金属杆的速度会趋近于一个最大速度v m ,则( )A.如果B 增大,v m 将变大B.如果α增大,v m 将变大C.如果R 变小,v m 将变大D.如果m 变小,v m 将变大解析：mg sin α＝B 2L 2v m R ,则v m ＝mg sin α·R B 2L 2.由此式可知,B 增大,v m 减小;α增大,v m 增大;R 变大,v m 变大;m 变小,v m 变小.因此A 、C 、D 选项错,B 选项正确.例2、如图所示,光滑的平行金属导轨水平放置,电阻不计,导轨间距为l ,左侧接一阻值为R 的电阻.区域cdef 内存在垂直轨道平面向里的有界匀强磁场, 磁场宽度为L .一质量为m 、电阻为r 的金属棒MN 置于导轨上,与导轨垂直且接触良好,受到F ＝0.5v ＋0.4(N)(v 为金属棒运动速度)的水平外力作用,从磁场的左边界由静止开始运动,测得电阻两端电压随时间均匀增大.(已知l ＝1 m,m ＝1 kg,R ＝0.3 Ω,r ＝0.2 Ω,L ＝1 m)(1)分析并说明该金属棒在磁场中做何种运动;(2)求磁感应强度B 的大小;(3)若撤去外力后棒的速度v 随位移s 的变化规律满足v ＝v 0－B 2l 2m (R ＋r )s ,且棒在运动到ef 处时恰好静止,则外力F 作用的时间为多少？【思路点拨】解决此题关键是思考以下问题：(1)电阻两端电压随时间均匀增大,说明感应电动势如何变化,说明导体棒运动的速度如何变化？(2)由牛顿第二定律,写出力与加速度的表达式,将外力F 代入表达式分析后有什么发现？(3)外力作用时,棒做匀加速直线运动,可得出位移与时间的关系,当撤去外力后,末速度为零,由速度v 随位移s 的变化规律,可得出后一段位移.两段位移又有什么关系呢？【解析】 (1)R 两端电压U ∝I ∝E ∝v ,U 随时间均匀增大,即v 随时间均匀增大,加速度为恒量.故金属棒做匀加速运动.(2)F －B 2l 2v R ＋r ＝ma ,以F ＝0.5v ＋0.4 代入得(0.5－B 2l 2R ＋r)v ＋0.4＝a 因加速度恒定,所以a 与v 无关,即(0.5－B 2l 2R ＋r)v ＝0,所以a ＝0.4 m/s 2,得B ＝0.5 T. (3)有外力作用时,棒做匀加速直线运动,s 1＝12at 2,当撤去外力后,末速度为零,则v 0＝B 2l 2m (R ＋r )s 2＝at ,s 1＋s 2＝L ,所以12at 2＋m (R ＋r )B 2l 2at ＝L 即0.2t 2＋0.8t －1＝0,解之得t ＝1 s. 【规律总结】在解决电磁感应中的导体棒或线框运动的问题时,应根据题目条件理解题目情景,做好受力分析和运动分析,根据牛顿第二定律和运动学规律进行每个过程的分析求解,最终找到相关的规律.二、电磁感应中的能量问题1.电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程,电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用.因此要维持安培力存在,必须有“外力”克服安培力做功.此过程中,其他形式的能转化为电能.“外力”克服安培力做多少功,就有多少其他形式的能转化为电能.当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能.可以简化为下列形式：其他形式的能(如：机械能)――→安培力做负功电能――→电流做功其他形式的能(如：内能)同理,安培力做功的过程,是电能转化为其他形式的能的过程,安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能.2.电能求解思路主要有三种(1)利用克服安培力求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功;(2)利用能量守恒求解：机械能的减少量等于产生的电能;(3)利用电路特征来求解：通过电路中所产生的电能来计算.3.解电磁感应现象中的能量问题的一般步骤(1)电磁感应中,切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路产生感应电动势,该导体或回路就相当于电源.(2)分析清楚有哪些力做功,就可以知道有哪些形式的能发生了相互转化.(3)根据能量守恒定律列方程求解.名师点睛：在利用能量守恒定律解决电磁感应的问题时，要注意分析安培力做功的情况，因为安培力的功是电能和其他形式的能之间相互转化的“桥梁”.简单表示如下：例3、如图所示,固定在水平绝缘平面上足够长的金属导轨不计电阻,但表面粗糙,导轨左端连接一个电阻R,质量为m的金属棒(电阻也不计)放在导轨上,并与导轨垂直,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直. 用水平恒力F把ab棒从静止起向右拉动的过程中,下列说法正确的是()A.恒力F做的功等于电路产生的电能B.恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能C.克服安培力做的功等于电路中产生的电能D.恒力F和摩擦力的合力做的功小于电路中产生的电能和棒获得的动能之和解析：选C.物体克服安培力做功,其他形式的能转化为电能,且功的数值等于电路中产生的电能,C正确;由动能定理知,恒力F、安培力和摩擦力三者的合力做的功等于物体动能的增加量,故A、B、D错误,也可从能量守恒角度进行判定,即恒力F做的功等于电路中产生的电能、因摩擦而产生的内能及棒动能的增加.例4、如图甲所示,足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成30°角,两导轨的间距l＝0.50 m,一端接有阻值R＝1.0 Ω的电阻.质量m＝0.10 kg的金属棒ab置于导轨上,与轨道垂直,电阻r＝0.25 Ω. 整个装置处于磁感应强度B＝1.0 T的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下.t＝0时刻,对金属棒施加一平行于导轨向上的外力F,使之由静止开始运动,运动过程中电路中的电流随时间t变化的关系如图乙所示.电路中其他部分电阻忽略不计,g取10 m/s2,求：(1)4.0 s末金属棒ab瞬时速度的大小;(2)3.0 s末力F的瞬时功率;(3)已知0～4.0 s时间内电阻R上产生的热量为0.64 J,试计算F对金属棒所做的功.【思路点拨】解决此题的关键是以下三点：(1)利用I－t图象的信息解决4.0 s时的速度.(2)由I－t图象判断金属棒的运动性质. (3)R上产生的热量只是总热量的一部分.☞解题样板规范步骤,该得的分一分不丢！(1)由题图乙可得：t＝4.0 s时,I＝0.8 A.根据I＝ER＋rE＝Bl v(2分) 解得v＝2.0 m/s.(2分)(2)由I＝Bl vR＋r和感应电流与时间的线性关系可知,金属棒做初速度为零的匀加速直线运动.由运动规律v＝at(2分) 解得4.0 s内金属棒的加速度大小a＝0.5 m/s2(2分)对金属棒进行受力分析,根据牛顿第二定律得：F－mg sin30°－F安＝ma(2分) 又F安＝BIl由图乙可得,t＝3.0 s时,I＝0.6 A, 解得F安＝0.3 N,外力F＝0.85 N(2分)由速度与电流的关系可知t＝3 s时,v＝1.5 m/s 根据P＝F v解得P＝1.275 W.(2分)(3)根据焦耳定律：Q＝I2Rt,Q′＝I2rt 解得在该过程中金属杆上产生的热量Q′＝0.16 J(2分)电路中产生的总热量为：Q 总＝0.80 J(2分) 故安培力做的功W 安＝－0.80 J对金属棒,根据动能定理：W F ＋W 安＋W G ＝12m v 2t －0(2分) W G ＝－mgs sin30° s ＝12at 2,解得W G ＝－2.0 J F 对金属棒所做的功为W F ＝3.0 J.(2分)【规律总结】本题的突破口是感应电流与时间的图象关系,明确图象表示导体棒做匀加速直线运动,是解决本题的关键,然后再做好受力分析,利用牛顿第二定律分析导体棒的运动,再结合动能定理或能量守恒求得回路各部分的能量和功.限时训练（15分钟）1、如图甲所示，一对足够长的平行光滑轨道固定在水平面上，两轨道间距l ＝0.5m ，左侧接一阻值为R ＝1Ω的电阻．有一金属棒静止地放在轨道上，与两轨道垂直，金属棒及轨道的电阻忽略不计，整个装置处于垂直轨道平面竖直向下的匀强磁场中．t ＝0时，用一外力F 沿轨道方向拉金属棒，使金属棒以加速度a ＝0.2m/s 2做匀加速运动，外力F 与时间t 的关系如图乙所示．(1)求金属棒的质量m ；(2)求磁感应强度B ；(3)当力F 达到某一值时，保持F 不再变化，金属棒继续运动3s ，速度达到1.6m/s 且不再变化，测得在这3s 内金属棒的位移s ＝4.7m ，求这段时间内电阻R 消耗的电能．[解析] 由图乙知F ＝0.1＋0.05t(N)(1)F 合＝F －F 安＝(0.1＋0.05t)－B 2l 2v R＝ma 当t ＝0时，v ＝at ＝0，F 合＝0.1N 由牛顿第二定律得：m ＝F 合a ＝0.10.2＝0.5(kg) (2)金属棒做匀加速运动，则：F 合＝(0.1＋0.05t) －B 2l 2R ＝0.1＋(0.05－B 2l 2a R )t ＝常数所以0.05－B 2l 2a R＝0，解得：B ＝1T. (3)F 变为恒力后，金属棒做加速度逐渐减小的变加速运动，经过3s 后，速度达到最大v m ＝1.6m/s ，此后金属棒做匀速运动．v m ＝1.6m/s 时，F 合＝0，F ＝F 安＝B 2l 2v m R ＝12×0.52×1.61＝0.4(N) 将F ＝0.4N 代入F ＝0.1＋0.05t ，求出金属棒做变加速运动的起始时间为：t ＝6s该时刻金属棒的速度为 v 1＝at ＝0.2×6＝1.2(m/s)这段时间内电阻R 消耗的电能E ＝WF －ΔE k ＝Fs －12m(v 2m －v 21)＝0.4×4.7－12×0.5×(1.62－1.22)＝1.6(J)． 2、如图所示，两根足够长的固定平行金属导轨位于倾角θ＝30°的斜面上，导轨上、下端各接有阻值R ＝20Ω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场，磁感应强度B ＝1T.质量m ＝0.1kg 、连入电路的电阻r ＝10Ω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接触良好．g 取10m/s 2，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少量；(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．[解析] (1)金属棒ab 机械能的减少量：ΔE ＝mgh －12mv 2＝2.8J. (2)速度最大时金属棒ab 产生的电动势：E ＝BLv产生的电流：I ＝E/(r ＋R/2)此时的安培力：F ＝BIL由题意可知，所受摩擦力：F f ＝mgsin30°－F由能量守恒得，损失的机械能等于金属棒ab 克服摩擦力做功和产生的电热之和，电热：Q ＝ΔE －F f h/sin30°上端电阻R 中产生的热量：Q R ＝Q/4联立以上几式得：Q R ＝0.55J.。

高考物理复习：电磁感应中的动力学与能量问题

为h。初始时刻,磁场的下边缘和线框上边缘的高度差为2h,将重物从静止
开始释放,线框上边缘刚进磁场时,恰好做匀速直线运动,滑轮质量、摩擦
阻力均不计。下列说法正确的是(ABD)
A.线框进入磁场时的速度为 2ℎ
2
2
B.线框的电阻为2
2ℎ
C.线框通过磁场的过程中产生的热量 Q=2mgh
D.线框通过磁场的过程中产生的热量 Q=4mgh
热量等于系统重力势能的减少量,即 Q=3mg×2h-mg×2h=4mgh,C 错误, D 正
确。
能力形成点3
整合构建
电磁感应中的动量综合问题——规范训练
电磁感应中的有些题目可以从动量角度着手,运用动量定理或动量守恒
定律解决。
(1)应用动量定理可以由动量变化来求解变力的冲量。如在导体棒做非
匀变速运动的问题中,应用动量定理可以解决牛顿运动定律不易解答的问
解析:(1)由ab、cd棒被平行于斜面的导线相连,故ab、cd速度大小总是相
等,cd也做匀速直线运动。设导线的拉力的大小为FT,右斜面对ab棒的支持
力的大小为FN1,作用在ab棒上的安培力的大小为F,左斜面对cd棒的支持力
大小为FN2,对于ab棒,受力分析如图甲所示。
由力的平衡条件得2mgsin θ=μFN1+FT+F ①
电动势,该导体或回路就相当于电源。
(2)分析清楚有哪些力做功,就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化。
(3)根据能量守恒列方程求解。
训练突破
2.(多选)如图所示,质量为3m的重物与一质量为m的线框用一根绝缘细线
连接起来,挂在两个高度相同的定滑轮上。已知线框的横边边长为l,水平
方向匀强磁场的磁感应强度为B,磁场上下边界的距离、线框竖直边长均

高考物理一轮复习专题43 电磁感应中的动力学和能量问题(讲)(含解析)

专题43 电磁感应中的动力学和能量问题（讲）1．高考对本专题内容考查较多的是感应电流的产生条件、方向．2．电磁感应现象与磁场、电路、力学、能量等知识联系的综合题以及感应电流（或感应电动势）的图象问题在高考中频繁出现．3．该部分知识与其他学科知识相互渗透也是命题的趋势，同时将该部分知识同生产、生活实际、高科技等相结合，注重考查学生分析、解决实际问题的能力．4．试题题型全面，选择题、解答题都可能出现，且解答题难度较大，涉及知识点多，考查综合能力，从而增加试题的区分度．1．会分析计算电磁感应中有安培力参与的导体的运动及平衡问题． 2．会分析计算电磁感应中能量的转化与转移．考点一电磁感应中的动力学问题分析 1．安培力的大小由感应电动势E ＝BLv ，感应电流rR EI +=和安培力公式F ＝BIL 得r R v L B F +=222．安培力的方向判断3．导体两种状态及处理方法（1）导体的平衡态——静止状态或匀速直线运动状态．处理方法：根据平衡条件（合外力等于零）列式分析．（2）导体的非平衡态——加速度不为零．处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析． ★重点归纳★1．电磁感应中的动力学问题中两大研究对象及其关系电磁感应中导体棒既可看作电学对象（因为它相当于电源），又可看作力学对象（因为感应电流产生安培力），而感应电流I 和导体棒的速度v 则是联系这两大对象的纽带：2．电磁感应中的动力学问题分析思路解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是:“先电后力”，即：先做“源”的分析——分离出电路中由电磁感应所产生的电源，求出电源参数E 和r ；再进行“路”的分析——分析电路结构，弄清串、并联关系，求出相应部分的电流大小，以便求解安培力；然后是“力”的分析——分析研究对象（常是金属杆、导体线圈等）的受力情况，尤其注意其所受的安培力；最后进行“运动”状态的分析——根据力和运动的关系，判断出正确的运动模型．（1）电路分析：导体棒相当于电源，感应电动势相当于电源的电动势，导体棒的电阻相当于电源的内阻，感应电流rR BLvr R E I +=+=．（2）受力分析：导体棒受到安培力及其他力，安培力F 安＝BIl 或rR vL B F +=22，根据牛顿第二定律列动力学方程：F 合＝ma ．（3）过程分析：由于安培力是变力，导体棒做变加速或变减速运动，当加速度为零时，达到稳定状态，最后做匀速直线运动，根据共点力平衡条件列平衡方程：F 合＝0.★典型案例★如图所示，宽L =2m 、足够长的金属导轨MN 和M ′N ′放在倾角为θ=30°的斜面上，在N 和N ′之间连接一个R =2.0Ω的定值电阻，在AA ′处放置一根与导轨垂直、质量m =0.8kg 、电阻r =2.0Ω的金属杆，杆和导轨间的动摩擦因数μ，导轨电阻不计，导轨处于磁感应强度B =1.0T 、方向垂直于导轨平面的匀强磁场中。

高考物理(知识点总结例题精析)电磁感应专题3电磁感应中的能量问题

专题三：电磁感应中的能量问题1、求解电磁感应中能量问题的思路和方法 . （1）分析回路，分清电源和外电路.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。

（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：做功情况能量变化特点滑动摩擦力做功有内能（热能）产生重力做功重力势能必然发生变化克服安培力做功必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能安培力做正功电能转化为其他形式的能。

安培力做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能（3）根据能量守恒列方程求解.2、电能的三种求解思路 . （1）利用电路特征求解. 在电磁感应现象中，若由于磁场变化或导体做切割磁感线运动产生的感应电动势和感应电流是恒定的，则可通过电路知识求解。

（2）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所做的功。

（3）利用能量守恒定律求解.① 电磁感应的过程是能量的转化和守恒的过程，其他形式能的减少量等于产生的电能。

② 在较复杂的电磁感应现象中，经常涉及求解耳热的问题。

尤其是变化的安培力，不能直接由Q=I 2 Rt 解，用能量守恒的方法就可以不必追究变力、变电流做功的具体细节，只需弄清能量的转化途径，注意分清有多少种形式的能在相互转化，用能量的转化与守恒定律就可求解，而用能量的转化与守恒观点，只需从全过程考虑，不涉及电流的产生过程，计算简便。

这样用守恒定律求解的方法最大特点是省去许多细节，解题简捷、方便。

③ 含有电动机的电路中，电动机工作时线圈在磁场中转动引起磁通量的变化，就会产生感应电动势，一般参考书上把这个电动势叫作反电动势，用反E 表示。

根据楞次定律这个感应电动势是阻碍电动机转动的，电流克服这个感应电动势作的功反IE W =就等于电动机可输出的机械能，这样电流对电动机作的功rt I t IE UIt 2+=反，（其中r 是电动机的内电阻）这就是含有电动机的电路中电功不等于电热的原因。

电磁感应中的动力学问题和能量

电磁感应中的动力学问题和能量1.在电磁感应中，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，该导体或回路相当于电源，与其他导体构成闭合电路.因此，电磁感应问题往往与电路联系在一起.2.解决电路问题的基本步骤（1）确定电源：首先明确产生电磁感应的电路就是等效电源；其次利用E=nΔΦ/Δt 或E=BLv 求感应电动势的大小；再利用右手定则或楞次定律判断感应电流的方向（2）正确分析电路的结构，画等效电路图（3）利用闭合电路欧姆定律、串并联电路的性质、电功率等公式求解.例1：如图所示，长L 1宽L 2的矩形线圈电阻为R ，处于磁感应强度为B 的匀强磁场边缘，线圈与磁感线垂直。

求：将线圈以向右的速度v 匀速拉出磁场的过程中，⑴拉力的大小F ； ⑵拉力的功率P ； ⑶拉力做的功W ； ⑷线圈中产生的电热Q ；⑸通过线圈某一截面的电荷量q 。

解： ⑴v R v L B F BIL F R E I v BL E ∝=∴===22222,,, ⑵22222v R v L B Fv P ∝== ⑶v Rv L L B FL W ∝==12221 ⑷v W Q ∝=⑸ Rt R E t I q ∆Φ==⋅=与v 无关。

特别注意电热Q 和电荷q 的区别这是一道基本练习题，要注意计算中所用的边长是L 1还是L 2 ，还应该思考一下这些物理量与速度v 之间有什么关系。

新课电磁感应中的动力学问题1.通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，电磁感应往往和力学问题结合在一起.解决这类问题需要综合应用电磁感应规律（法拉第电磁感应定律、欧姆定律）及力学中的有关规律（牛顿运动定律、动量守恒定律、动能定理等）2.解决电磁感应中的力学问题的方法（1）用法拉第电磁感应定律和楞次定律（包括右手定则）确定感应电动势的大小和方向（2）用闭合电路欧姆定律确定感应电流的大小和方向（3）分析受力情况和运动情况（2种状态：平衡和非平衡状态）（4）根据平衡条件或牛顿第二定律方程求解。

电流的磁效应与电磁感应

电流的磁效应与电磁感应电流的磁效应及电磁感应是电磁学中重要的概念，对于了解电磁学的基本原理和应用至关重要。

本文将重点探讨电流的磁效应和电磁感应两个方面的内容。

一、电流的磁效应电流的磁效应是指通过导体中的电流产生的磁场。

根据安培定律，当电流通过导体时，导体周围就会产生一个环绕导体的磁场。

电流的磁效应可以通过一些实验来观察和验证。

首先，我们可以使用安培环实验来验证电流的磁效应。

安培环实验主要是利用多个导线绕成环形，通过电流使得磁铁在环内运动。

这种现象说明了通过电流产生的磁场可以对磁体产生力的作用。

第二，我们还可以通过安培力实验来验证电流的磁效应。

安培力实验是将导体放置在磁场中，当电流通过导体时，就会受到一个力的作用。

这说明通过电流产生的磁场可以与外部磁场相互作用，产生力的效应。

二、电磁感应电磁感应是指通过磁场的变化引起感应电流或感应电动势的现象。

根据法拉第电磁感应定律，当磁场的磁通量发生变化时，会在导体中感应出电流。

电磁感应是现代电力工业和电子技术中广泛应用的基础。

首先，我们可以通过自感现象来观察电磁感应。

自感现象是指当电流通过由导线制成的线圈时，线圈中会产生一个磁场，并且线圈本身也会受到这个磁场的作用。

这个磁场不仅与电流的大小有关，还与线圈的结构和形状有关。

第二，我们还可以通过互感现象来观察电磁感应。

互感现象是指当两个或多个线圈相互靠近时，其中一个线圈中的电流变化会导致另一个线圈中感应出的电流变化。

这种现象在变压器等电器设备中得到了广泛应用。

三、电流的磁效应和电磁感应的应用电流的磁效应和电磁感应在日常生活和科学研究中有着广泛的应用。

首先，在电力工业中，电流的磁效应和电磁感应被用于发电和输电。

通过通过发电机将机械能转化为电能，利用电流的磁效应和电磁感应原理。

同时，变压器利用电磁感应的原理，将高电压转换为适用于家庭和工业用电的低电压。

其次，在电子技术中，电流的磁效应和电磁感应被用于电动机和电磁铁中。

电动机是将电能转换为机械能最主要的装置之一，它利用电流的磁效应和电磁感应原理实现了能量的转换。

电磁感应能量问题

电磁感应中的能量问题分析一、基础知识1、过程分析(1)电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质上是能量的转化过程．(2)电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用，因此，要维持感应电流的存在，必须有“外力”克服安培力做功，将其他形式的能转化为电能．“外力”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．(3)当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能．安培力做功的过程，或通过电阻发热的过程，是电能转化为其他形式能的过程．安培力做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能．2、求解思路(1)若回路中电流恒定，可以利用电路结构及W＝UIt或Q＝I2Rt直接进行计算．(2)若电流变化，则：①利用安培力做的功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功；②利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则机械能的减少量等于产生的电能．3、电磁感应中能量转化问题的分析技巧a、电磁感应过程往往涉及多种能量的转化(1)如图中金属棒ab沿导轨由静止下滑时，重力势能减少，一部分用来克服安培力做功，转化为感应电流的电能，最终在R上转化为焦耳热，另一部分转化为金属棒的动能．(2)若导轨足够长，棒最终达到稳定状态做匀速运动，之后重力势能的减小则完全用来克服安培力做功，转化为感应电流的电能．b、安培力做功和电能变化的特定对应关系(1)“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能．(2)安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能．c、解决此类问题的步骤(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律(包括右手定则)确定感应电动势的大小和方向．(2)画出等效电路图，写出回路中电阻消耗的电功率的表达式．(3)分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程，联立求解．二、针对练习1．如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，力F做的功与安培力做的功的代数和等于( )A．棒的机械能增加量B．棒的动能增加量C．棒的重力势能增加量D．电阻R上放出的热量2.如图所示，竖直放置的两根足够长平行金属导轨相距L，导轨间接有一定值电阻R ，质量为m ，电阻为r 的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触，且无摩擦，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，现将金属棒由静止释放，金属棒下落高度为h 时开始做匀速运动，在此过程中 ( )A ．导体棒的最大速度为2ghB ．通过电阻R 的电荷量为BLh R ＋rC ．导体棒克服安培力做的功等于电阻R 上产生的热量D ．重力和安培力对导体棒做功的代数和等于导体棒动能的增加量3．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程为y ＝x 2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y ＝a 的直线(图中的虚线所示)，一个质量为m 的小金属块从抛物线y ＝b(b>a)处以速度v 沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是( )A ．mgb B.12mv 2 C ．mg(b －a) D ．mg(b －a)＋12mv 2 4．在光滑的水平地面上方，有两个磁感应强度大小均为B ，方向向反的水平匀强磁场，如图PQ 为两个磁场的边界，磁场范围足够大。

高中物理-电磁感应中的能量

电磁感应中的能量重点难点1．分清能量转化的关系：导体棒中的感应电流在磁场中受到安培力作用，如果该安培力做负功，是把其他形式的能量转化为电能；如果安培力做正功，是把电能转化为其他形式能量．2．有效值问题：当线框在磁场中转动切割匀强磁场磁感线或导体棒以简谐运动切割磁感线时，产生的电能、热能等都应以有效值进行运算．3．电量的计算：当导体棒只受安培力作用时，安培力对棒的冲量为：F安·t= BIlt，其It即为该过程中电磁感应时通过导体的电量q，即安培力冲量为Bql．当两个过程中磁通量φ变化量Δφ相同时，由q = 可知此时通过的电量也相同，安培力冲量也相同．规律方法【例1】（05高考·广东）如图所示，两根足够长的固定平行金属导轨位于同一水平面，导轨上横放着两根相同的导体棒ab、cd与导轨构成矩形回路，导体棒的两端连接着处于压缩状态的两根轻质弹簧，两棒的中间用细线绑住，它们的电阻均为R，回路上其余部分的电阻不计，在导轨平面内两导轨间有一竖直向下的匀强磁场，开始时，导体棒处于静止状态，剪断细线后，导体棒在运动过程中（AD ）A．回路中有感应电动势B．两根导体棒所受安培力的方向相同C．两根导体棒和弹簧构成的系统动量守恒，机械能守恒D．两根导体棒的弹簧构成的系统动量守恒，机械能不守恒训练题两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角为θ的斜面上，导轨的左端接有电阻R，导轨的电阻可忽略不计，斜面处在一匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上，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F作用下沿导轨匀速上滑，并上升高度h，如图所示，在这个过程中（ A ）A．作用在金属棒上的各个力的合力所做功等于零B．作用在金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻R上发出的焦耳热之和 C．恒力F与安培力的合力所做的功等于零D．恒力F与重力的合力所做的功大于电阻R上发出的焦耳热【例2】（05年高考江苏）如图所示，固定的水平金属导轨，间距为L，左端接有阻值为R的电阻，处在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻均可忽略初始时刻，弹簧恰处于自然长度导体棒具有水平向右的初速度υ0在沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触．（1）求初始时刻导体棒受到的安培力；（2）若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为E p，则这一过程中安培力所做的功W1和电阻上产生的焦耳热Q1分别为多少？（3）导体棒往复运动，最终将静止于何处？从导体棒开始运动直到最终静止的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q为多少？【解析】导体棒以初速度υ0做切割磁感线运动而产生感应电动势，回路中的感应电流使导体棒受到安培力的作用安培力做功使系统机械能减少，最终将全部机械能转化为电阻R上产生的焦耳热．由平衡条件知，棒最终静止时，弹簧的弹力为零，即此时弹簧处于初始的原长状态．（1）初始时刻棒中产生的感应电动势E = BLυo①棒中产生的感应电流I = ②作用于棒上的安培力F = BIL③联立①②③，得F = ，安培力方向：水平向左（2）由功和能的关系，得:安培力做功W1 = E p-mυ电阻R上产生的焦耳热Q1 = mυ-E P（3）由能量转化及平衡条件等，可判断：棒最终静止于初始位置Q = mυ训练题如图所示，间距为l的光滑平行金属导轨，水平地放置在竖直方向的磁感应强度为B的匀强磁场中，一端接阻值为R的电阻，一电阻为R0质量为m的导体棒放置在导轨上，在外力F作用下从t = 0的时刻开始运动，其速度随时间的变化规律υ = υm sinωt，不计导轨电阻，求：（1）从t1 = 0到t2= 2π/ω时间内电阻R产生的热量．（2）从t1 = 0到t3 = 时间内外力F所做的功．答案：（1）Q=πB2l2v m2R/ω（R0+R）2（2）W=mv m2/2 + πB2l2v m2/4ω（R0+R）【例3】（05年高考全国）如图所示a1b1c1d1和a2b2c2d2为在同一竖直平面内的金属导轨，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨所在的平面（纸面）向里，导轨的a1b1段与a2b2段是竖直的，距离为l1；c1d1段与c2d2段也是竖直的，距离为l2 x1y1与x2y2为两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆，质量分别为m1和m2，它们都垂直于导轨并与导轨保持光滑接触．两杆与导轨构成的回路的总电阻为R．F为作用于金属杆x1y1上的竖直向上的恒力．已知两杆运动到图示位置时，已匀速向上运动，求此时作用在两杆上的重力的功率的大小和回路电阻上的热功率．【解析】设杆向上运动的速度为υ，因杆的运动，两杆与导轨构成的回路的面积减少，从而磁通量也减少由法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势的大小E = B（l2-l1）υ，回路中的电流I = ，电流沿顺时针方向两金属都要受到安培力的作用，作用于杆x1y1的安培力为f1 = Bl1I，方向向上，作用于杆x2y2的安培力f2 = Bl2I，方向向下当杆做匀速动动时，根据牛顿第二定律有F-m1g-m2g+f1-f2 = 0，解以上各式，得I = υ = R作用于两杆的重力的功率的大小P =（m1+m2）gu电阻上的热功率Q = I2R得P = R（m1+m2）g Q = []2R 训练题如图，两根金属导轨与水平面成30°平行放置，导轨间距0．5m，导轨足够长且电阻不计，两根金属棒MN、PQ垂直导轨放置，由于摩擦，MN、PQ均刚好保持静止，两棒质量均为0．1kg，电阻均为0．1Ω，它们与导轨间动摩擦因素均为μ = ，空间有垂直导轨平面的匀强磁场，磁感应强度B = 0.4T现用沿导轨平面向上的力F = 1．2N垂直作用力于金属棒MN，取g = 10m/s2，试求：（1）金属棒MN的最大速度；（2）金属棒MN运动达到稳定状态后，1s内外力F做的功，并计算说明能量的转化是否守恒．答案：（1）v m=2m/s（2）W=2．4J能力训练1．如图水平光滑的平行金属导轨，左端与电阻R相连接，匀强磁场B竖直向下分布在导轨所在的空间内，质量一定的金属棒垂直搁在导轨上，令棒以一定的初速度向右运动，当其通过位置a时速率为υa，通过位置b时速率为υb，到位置C时棒刚好静止，设导轨与棒的电阻均不计，a、b与b、c的间距相等，则关于金属棒由a到b和由b到c的两个过程中，以下说法正确的是（D ）A．通过棒截面的电量不相等B．棒运动的加速度相等C．棒通过a、b两位置时的速率关系为υa＞2υbD．回路中产生的电能E ab与E bc的关系为：E ab = 3E bc2．（05年徐州）如图所示，ab、cd为两根水平放置且相互平行的金属轨道，相距L，左右两端各连接一个阻值均为R的定值电阻，轨道中央有一根质量为m的导体棒MN垂直放在两轨道上，与两轨道接触良好，棒及轨道的电阻不计，整个装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B．棒MN在外驱动力作用下做简谐运动，其振动周期为T，振幅为A，通过中心位置时的速度为υ0，则驱动力对棒做功的平均功率为（B ）A． B．C． D．3．（05年苏、锡、常、镇四市）一电阻为R的金属圆环，放在匀强磁场中，磁场与圆环所在平面垂直，如图(a)所示．已知通过圆环的磁通量随时间t的变化关系如图(b)所示，图中的最大磁通量φ0和变化周期T都是已知量，求(1)在t= 0到t=T/4的时间内，通过金属圆环某横截面的电荷量q．(2)在t= 0到t=2T的时间内，金属环所产生的电热Q．答案：(1)在t=0到时间内，环中的感应电动势E1=在以上时段内，环中的电流为I 1=则在这段时间内通过金属环某横截面的电量q= I 1 t联立求解得(2)在到和在到t =T时间内，环中的感应电动势E1= 0在和在时间内，环中的感应电动势 E 3=由欧姆定律可知在以上时段内，环中的电流为I3 =在t=0到t=2T时间内金属环所产生的电热Q=2(I12 R t 3+ I32 R t 3)联立求解得Q=4．（06年宿迁）平行轨道PQ、MN两端各接一个阻值R1＝R2＝8的电阻，轨道间距L＝1m，轨道很长，本身电阻不计。

(完整版)专题电磁感应中的能量问题

专题电磁感应中的能量问题【学习目标】1．复习并熟悉电磁感应中的动力学问题的分析方法与解题步骤2．理解电磁感应的能量转化的过程，掌握能量问题的求解思路【重点、难点】重点：理解电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程难点：掌握电磁感应中能量问题的求解思路【复习旧知】电磁感应中的动力学问题1．电磁感应与动力学、运动学结合的动态分析，分析方法导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导线受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→感应电动势变化→……周而复始地循环，直至达到稳定状态．2．分析动力学问题的步骤(1)用电磁感应定律和定律、定则确定感应电动势的大小和方向．(2)应用求出电路中感应电流的大小．(3)分析研究导体受力情况，特别要注意安培力的确定．(4)列出方程或方程求解．3．两种状态处理(1)导体处于平衡态——静止或匀速直线运动状态．处理方法：根据条件——合外力等于零，列式分析．(2)导体处于非平衡态——加速度不为零．处理方法：根据定律进行动态分析或结合功能关系分析．〖典型考题〗如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻．一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直．整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下．导轨和金属杆的电阻可忽略．让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦．(1)由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图．(2)在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小．(3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值．【课堂学案】电磁感应中的能量问题1．电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程．电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到作用，因此要维持感应电流存在，必须有“外力”克服安培力做功．此过程中，其他形式的能转化为，“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为；当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能．可以简化为下列形式：其他形式的能(如：机械能)――→安培力做负功电能――→电流做功其他形式的能(如：内能)同理，安培力做功的过程，是转化为的能的过程，安培力做多少功，就有多少电能转化为其他形式的能．2．能量问题的求解思路主要有三种(1)利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的等于所做的功；(2)利用能量守恒求解：机械能的减少量等于产生的；(3)利用电路特征求解：通过电路中所产生的电能来计算．【典型例题】1．如图所示，固定在水平绝缘平面上且足够长的金属导轨不计电阻，但表面粗糙，导轨左端连接一个电阻R ，质量为m 的金属棒(电阻也不计)放在导轨上并与导轨垂直，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直．用水平恒力F 把ab 棒从静止起向右拉动的过程中，下列说法正确的是( )A ．恒力F 做的功等于电路产生的电能B ．恒力F 和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能C ．克服安培力做的功等于电路中产生的电能D ．恒力F 和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能和获得的动能之和2．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程为y ＝x 2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y ＝a 的直线(图中的虚线所示)，一个质量为m 的小金属块从抛物线y ＝b(b>a)处以速度v 沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是( )A ．mgbB.12mv 2 C ．mg(b －a) D ．mg(b －a)＋12mv 23．如图所示，先后两次将同一个矩形线圈由匀强磁场中拉出，两次拉动的速度相同．第一次线圈长边与磁场边界平行，将线圈全部拉出磁场区，拉力做功W1、通过导线截面的电荷量为q1，第二次线圈短边与磁场边界平行，将线圈全部拉出磁场区域，拉力做功为W2、通过导线截面的电荷量为q2，则( )A ．W 1>W 2，q 1＝q 2B ．W 1＝W 2，q 1>q 2C ．W 1<W 2，q 1<q 2D ．W 1>W 2，q 1>q 24．如图所示，电阻为R ，其他电阻均可忽略，ef 是一电阻可不计的水平放置的导体棒，质量为m ，棒的两端分别与ab 、cd 保持良好接触，又能沿框架无摩擦下滑，整个装置放在与框架垂直的匀强磁场中，当导体棒ef 从静止下滑经一段时间后闭合开关S ，则S 闭合后( )A ．导体棒ef 的加速度可能大于gB ．导体棒ef 的加速度一定小于gC ．导体棒ef 最终速度随S 闭合时刻的不同而不同D ．导体棒ef 的机械能与回路内产生的电能之和一定守恒【反馈练习】1．(2009·天津理综·4)如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R ，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力F 作用下加速上升的一段时间内，力F 做的功与安培力做的功的代数和等于( )A ．棒的机械能增加量B ．棒的动能增加量C ．棒的重力势能增加量D ．电阻R 上放出的热量2．(2011·福建·17) 如图所示，足够长的U 型光滑金属导轨平面与水平面成θ角(0<θ<90°)，其中MN 与PQ 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，棒的速度大小为v ，则金属棒ab 在这一过程中( )A ．运动的平均速度大小为12vB ．下滑的位移大小为qR BLC ．产生的焦耳热为qBLvD ．受到的最大安培力大小为B2L2v Rsin θ 3．(2008·山东高考)两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L ，底端接阻值为R 的电阻．将质量为m 的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒和导轨接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为B 的匀强磁场垂直，如图所示．除电阻R 外其余电阻不计．现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，则( )A ．释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度gB ．金属棒向下运动时，流过电阻R 的电流方向为a→bC ．金属棒的速度为v 时，所受的安培力大小为F ＝B2L2v RD ．电阻R 上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少4．(2009·福建理综·18)如图所示，固定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d ，其右端接有阻值为R 的电阻，整个装置处在竖直向上、磁感应强度大小为B 的匀强磁场中．一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab 垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为μ.现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F 作用下从静止开始沿导轨运动距离l 时，速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直)．设杆接入电路的电阻为r ，导轨电阻不计，重力加速度大小为g 。

高三物理一轮电磁感应11.5电磁感应能量问题

•展
3.一个刚性矩形铜制线圈从高处自由下落，进入一水平的匀强磁场区域，然后穿出磁场区域继续下落，则( C ) A.若线圈进入磁场是匀速运动，则离开磁场过程也是匀速运动 B.若线圈进入磁场是加速运动，则离开磁场过程也是加速运动 C.若线圈进入磁场是减速运动，则离开磁场过程也是减速运动 D.若线圈进入磁场是减速运动，则离开磁场过程是加速运动
能量转化特点
•导
•导思
如图所示，质量m1=0.1kg，电阻R1=0.3Ω，长度l=0.4m的导体棒 ab横放在U型金属框架上。框架质量m2=0.2kg，放在绝缘水平面上，与水平面间的动摩擦因数μ=0.2。相距0.4m的MM'、NN'相互平行，电阻不计且足够长。电阻R2=0.1Ω的MN垂直于MM'。整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.5T。垂直于ab 施加F=2N的水平恒力，ab从静止开始无摩擦地运动，始终与MM'、 NN'保持良好接触。当ab运动到某处时，框架开始运动设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2。（1）求框架开始运动时ab速度v的大小；（2）从ab开始运动到框架开始运动的过程中，MN上产生的热量 Q=0.1J，求该过程ab位移x的大小。
重议
两根半径为r的圆弧轨道间距为L，光滑且电阻不计。在其上端连有一阻值为R的电阻，整个装置处于辐向磁场中，大小均为B。将一根长度L、质量m、电阻R0，的金属棒从轨道顶端ab处由静止释放。已知当金属棒到达如图所示的cd位置(金属棒与轨道圆心连线和水平面夹角为θ)时，金属棒的速度达到最大；当金属棒到达轨道底端ef时，对轨道的压力为1.5mg.求： (1)当金属棒的速度最大时，流经电阻R的电流大小和方向； (2)整个过程中流经电阻R的电量； (3)整个过程中电阻R上产生的热量．

电流的磁效应及电磁感应中的能量问题

电流的磁效应和电磁感应中的能量问题1820年丹麦物理学家奥斯特发现：把一段直导线平行地放在小磁针的上方，当导线中有电流通过时小磁针就会发生偏转，这说明不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场，这就是电流的磁效应。

电流的磁效应发现以后，人们很自然地想到：利用磁场是不是也能产生电流呢？英国物理学家法拉第经过十年坚持不懈的努力，终于取得重大突破，在1983年发现了由磁场产生电流的条件和规律。

由磁场产生电流的现象称为电磁感应现象。

在这里我就这两类问题中的能量转化情况谈谈我的看法：一、在电流产生磁场的现象中：无论是通电直导线产生磁场的现象，还是通电线圈产生磁场的现象，都是原来空间没有磁场，现在有了磁场，这个过程中必然有了磁场能量的增加。

磁场的能量显然是来源于给导线或线圈提供电流的电源。

二、在电磁感应现象中：原来电路中没有电流，现在发生电磁感应产生了电流，电流通过有电阻的导体转化成了焦耳热；或者电流通过化学电源给其充电；总之，消耗了电能，那么这个电能从哪里来呢？是来源于磁场能量吗？在电磁感应中一部分情况感应电流的电能是来源于磁场能量；而还有一部分感应电流的电能不是消耗了磁场能量，而是以磁场为桥梁实现的其他形式的能量和电能的相互转化或者转移。

我们分情况来讨论：1、闭合电路中的部分导线（或线圈）与磁场相对运动而产生的电磁感应现象中（切割类）的情况下，显然电能是来源于磁铁、导线、导线框的机械能或者控制它们运动的人的内能或者其他物体的能量。

例1、在含有电阻的水平光滑导轨上有一导体棒AB，整个装置处在竖直向下的匀强磁场中；导体棒开始具有初速度v,试分析AB运动中的能量转化情况？分析：导体棒向右运动时由于切割磁感线而产生了感应电流，而导体棒就会受到向左的安培力；导体棒就做向右的减速运动；导体棒克服安培力做功动能减少转化成了回路中的电能。

如果要保持导体棒匀速运动人或者其他物体必须对导体棒做正功，而导体棒对人或者物体做负功，从而消耗人或者其他物体的能量转化成回路中的电能。

电流的磁效应与电磁感应应用

电流的磁效应与电磁感应应用电流的磁效应是指电流在通过导体时产生磁场的现象，它与电磁感应密切相关。

本文将探讨电流的磁效应以及电磁感应在实际应用中的重要性。

一、电流的磁效应当电流通过导体时，会产生一个与电流方向垂直的磁场。

这个现象被称为电流的磁效应，它是电磁学的基本原理之一。

电流的磁效应具有以下特点：1. 磁场方向：根据安培环路定理，磁场的方向遵循右手定则。

当握住电流方向与磁场方向垂直的导线，大拇指所指方向即为磁场的方向。

2. 磁场强度：磁场的强度与电流的大小成正比，与导线的材料和形状有关。

可以通过安培力计算磁场的强度。

3. 力线分布：电流的磁场呈环形分布，从导线周围向外扩散。

二、电磁感应的基本原理电磁感应是指通过磁场与导体之间相互作用而产生电流的现象。

根据法拉第电磁感应定律，当导体与磁场相对运动时，会在导体中产生感应电动势和感应电流。

电磁感应具有以下特点：1. 感应电动势：磁场的变化率决定了感应电动势的大小。

可以通过以下公式计算：ε = -dΦ/dt，其中ε表示感应电动势，Φ表示磁通量，dt表示时间的变化量。

2. 感应电流：感应电动势会导致导体中的电子运动，产生感应电流。

它的方向可以根据楞次定律确定：感应电流方向产生的磁场方向与变化磁场的方向相反。

3. 应用领域：电磁感应在发电机、变压器等电力设备中广泛应用，也是电子技术中的重要原理。

三、电流的磁效应和电磁感应的应用电流的磁效应和电磁感应在现实生活和工业中有广泛的应用。

1. 发电机发电机是利用电磁感应原理将机械能转化为电能的设备。

通过绕组中的导线与磁场的相互作用，感应电动势被产生出来，从而驱动电流的流动。

这种方式实现了能量的转换和传递。

2. 变压器变压器是利用电磁感应原理改变电压的设备。

通过在初级线圈中产生交变电流，磁场的变化进而在次级线圈中感应出电动势，从而改变电压大小。

变压器在电力系统中广泛应用，实现了高压输电和低压供电。

3. 感应炉感应炉是利用电磁感应原理加热金属的装置。

电流的磁效应与电磁感应原理

电流的磁效应与电磁感应原理电流的磁效应和电磁感应原理是电磁学中非常重要的概念，它们对于理解电磁现象和应用于电磁设备具有重要的意义。

本文将深入探讨电流的磁效应以及电磁感应原理的基本原理和应用。

一、电流的磁效应电流的磁效应是指电流所产生的磁场。

当电流通过导体时，会在周围形成一个环绕导体的磁场。

这种现象可以通过安培环路定理来解释，即在导体上选择一个封闭的环路，通过这个环路的磁场的总磁通量等于该环路所包围的电流的代数和的倍数。

电流的磁效应有一些重要的特性：1.1磁场的方向根据安培环路定理，可以确定电流的磁场方向。

设想一个笛卡尔坐标系，如果电流的方向是沿着正x轴方向的，那么通过右手握住导体的方法，大拇指所指的方向就是磁场的方向。

同理，可以通过改变电流的方向来改变磁场的方向。

1.2磁场的强度电流的磁场强度与电流大小有关。

按照安培环路定理，当电流倍增时，磁场的强度也会倍增。

此外，磁场的强度还与导体的形状和长度有关。

1.3磁场的形状磁场的形状受到电流所通过导体的形状的影响。

例如，当电流通过直线导线时，形成的磁场是环绕导线的圆形。

当电流通过螺线管时，形成的磁场则呈螺旋状。

二、电磁感应原理电磁感应原理是指磁场变化引起感应电动势的现象。

根据法拉第电磁感应定律，当磁场的变化穿过一个导线圈时，会在导线中产生感应电动势。

这也意味着通过这个导线圈的电流将会产生。

电磁感应原理有一些重要的特性：2.1法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律描述了感应电动势与导线和磁场变化的关系。

当一个导线被置于磁场中，磁通量的变化（即磁场的变化）会产生感应电动势。

感应电动势的大小取决于磁场变化的速率。

2.2楞次定律楞次定律描述了电磁感应过程中的相互作用规律。

根据楞次定律，导线中的电流会产生一个磁场，该磁场的磁场方向与原始磁场相反。

这是为了遵守能量守恒定律，阻止磁场对电磁感应过程产生的磁通量的影响。

2.3电磁感应的应用电磁感应的原理被广泛应用于各种电磁设备和技术中。

电磁感应中的力与能量问题

答案：（1）0.1T （2）0.7 W （3）0.26 J
举一反三如图所示，长L1宽L2的矩形线圈电阻为
R，处于磁感应强度为B的匀强磁场边缘，线圈与磁感线垂直。求：将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场的过程中，⑴拉力F 大小； ⑵拉力的功率P； ⑶拉力做的功W； ⑷线圈中产生的电热Q ；⑸通过线圈某一截面的电荷量q 。
1
水平面上两根足够长的金属导轨 MNPQ平行固定放置，间距为l，一端通过导线与阻
值为R的电阻连接；导轨上放一质量为m、电阻为r
的金属棒ab，整个装置处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道平面向下，如图所示。金属棒ab始终与导轨接触良好且垂直，不计导轨电阻及一切摩擦。 ⑴开始时磁感强度为B0 ，且MabP构成边长为l的正方形。若从t=0时刻起，磁感强度均匀增加，每秒增量为k（ k ＞0），若保持棒静止，求t=t1秒时需加的垂直于棒的水平拉力为多大？
②对棒由静止达v1过程中列动能定理： F
w安 Q
Q1

R R
r
Q

s

w安

1 2
mv12

0
Q1

FsR Rr

mF 2R R
2B4l 4
r
小结：功能分析：求
Q=

I 2R t Q F安 s
能量守恒定律或
动能定理
强调：安培力做负功，将其它形式能量转化为系统的电能。
(1)a、v、s的变化过程分析；(2)最终稳定状态分析。
解：(1)
(2)
举一反三如图所示，足够长的光滑平行金属导轨MN
、PQ竖直放置，其宽度L＝1 m，一匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端M与P之间连接阻值为R＝0.40 Ω的电阻，质量为m＝ 0.01 kg、电阻为r＝0.30 Ω的金属棒ab紧贴在导轨上。现使金属棒 ab由静止开始下滑，下滑过程中ab始终保持水平，且与导轨接触良好，其下滑距离x与时间t的关系如图乙所示，图象中的OA段为曲线，AB段为直线，导轨电阻不计，g＝10 m/s2（忽略ab棒运动过程中对原磁场的影响），试求：（1）磁感应强度B的大小；（2）当t ＝1.5 s时，重力对金属棒ab做功的功率；（3）金属棒ab在开始运动的1.5 s内，电阻R上产生的热量。

高中物理电磁感应现象中的能量问题

电磁感应现象中的能量问题能的转化与守恒，是贯穿物理学的基本规律之一。

从能量的观点来分析、解决问题，既是学习物理的基本功，也是一种能力。

电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用,因此,要维持感应电流的存在,必须有“外力”克服安培力做功。

此过程中,其他形式的能量转化为电能。

当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能量。

“外力”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。

同理,安培力做功的过程,是电能转化为其它形式能的过程。

安培力做了多少功,就有多少电能转化为其它形式的能。

认真分析电磁感应过程中的能量转化、熟练地应用能量转化和守恒定律是求解较复杂的电磁感应问题的常用方法,下面就几道题目来加以说明。

一、安培力做功的微观本质1、安培力做功的微观本质设有一段长度为L、矩形截面积为S的通电导体，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的平均速率为v，如图所示。

所加外磁场B的方向垂直纸面向里，电流方向沿导体水平向右，这个电流是由于自由电子水平向左定向运动形成的，外加磁场对形成电流的运动电荷（自由电子）的洛伦兹力使自由电子横向偏转，在导体两侧分别聚集正、负电荷，产生霍尔效应，出现了霍尔电势差，即在导体内部出现方向竖直向上的横向电场。

因而对在该电场中运动的电子有电场力f e的作用，反之自由电子对横向电场也有反作用力-f e作用。

场强和电势差随着导体两侧聚集正、负电荷的增多而增大，横向电场对自由电子的电场力f e也随之增大。

当对自由电子的横向电场力f e增大到与洛伦兹力f L相平衡时，自由电子没有横向位移，只沿纵向运动。

导体内还有静止不动的正电荷，不受洛伦兹力的作用，但它要受到横向电场的电场力f H的作用，因而对横向电场也有一个反作用力-f H。

由于正电荷与自由电子的电量相等，故正电荷对横向电场的反作用-f H和自由电子对横向电场的反作用力-f e相互抵消，此时洛伦兹力f L与横向电场力f H相等。