物理总复习：电磁感应中的能量问题
【考纲要求】
理解安培力做功在电磁感应现象中能量转化方面所起的作用。
【考点梳理】
考点、电磁感应中的能量问题
要点诠释：
电磁感应现象中出现的电能，一定是由其他形式的能转化而来的，具体问题中会涉及多种形式能之间的转化，如机械能和电能的相互转化、内能和电能的相互转化。分析时应当牢牢抓住能量守恒这一基本规律，分析清楚有哪些力做功就可以知道有哪些形式的能量参与了相互转化，如有摩擦力做功，必然有内能出现；重力做功就可能有机械能参与转化；安培力做负功就是将其他形式的能转化为电能，做正功就是将电能转化为其他形式的能，然后利用能量守恒列出方程求解。
电能求解的主要思路：
（1）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。
（2）利用能量守恒求解：机械能的减少量等于产生的电能。
（3）利用电路特征求解：通过电路中所产生的电流来计算。
【典型例题】
类型一、根据能量守恒定律判断有关问题
例1、如图所示，闭合线圈abcd用绝缘硬杆悬于O点，虚线表示有界磁场B，把线圈从图示位置释放后使其摆动，不计其它阻力，线圈将（）
A.往复摆动
B.很快停在竖直方向平衡而不再摆动
C.经过很长时间摆动后最后停下
D.线圈中产生的热量小于线圈机械能的减少量
【思路点拨】闭合线圈在进出磁场的过程中，磁通量发生变化，闭合线圈产生感应电流，其机械能转化为电热，根据能量守恒定律机械能全部转化为内能。
【答案】B
【解析】当线圈进出磁场时，穿过线圈的磁通量发生变化，从而在线圈中产生感应电流，机械能不断转化为电能，直至最终线圈不再摆动。根据能量守恒定律，在这过程中，线圈中产生的热量等于机械能的减少量。
【总结升华】始终抓住能量守恒定律解决问题，金属块（圆环、闭合线圈等）在穿越磁场时有感应电流产生，电能转化为内能，消耗了机械能，机械能减少，在磁场中运动相当于力学部分的光滑问题，不消耗机械能。上述线圈所出现的现象叫做电磁阻尼。用能量转化和守恒定律解决此类问题往往十分简便。磁电式电流表、电压表的指针偏转过程中也利用了电磁阻尼现象，所以指针能很快静止下来。
举一反三
【变式】光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程是y＝x2，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）．一个小金属块从抛物线上y＝b（b＞a）处以速度v沿抛物线下滑．假设抛物线足够长，金属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是( )
A ．mgb
B ．212mv
C ．()mg b a -
D ．21()2
mg b a mv -+ 【答案】D
【解析】小金属块在进出磁场的过程中，金属块内部产生感应电流，其机械能转化为电热，在磁场内运动，没有感应电流，没有内能产生，不损失机械能，最终，小金属块在光滑曲面
上（y a ≤）往返运动，在y=a 处，速度为零。初态的机械能：212
mgb mv +
，末态的机械能：mga ，由能量守恒定律，产生的焦耳热即减少的机械能：21()2Q E mg b a mv =?=-+， D 选项正确。
类型二、“杆”+水平导轨（竖直导轨）问题
例2、以速率v 将矩形线圈从一个有界匀强磁场中拉出线圈中感应电流为I ，感应电流通过线圈导线横截面的电量为q ，拉力做功为W 。若该速率为2v 将线圈从磁场中拉出，求：
（1）线圈中感应电流；
（2）通过线圈导线横截面的电量；
（3）拉力做功。
【思路点拨】分别写出感应电动势、感应电流、安培力、电量、拉力的功在速度为v 时的表达式，再分析速率为2v 时的感应电流、电量、拉力做的功。
【答案】（1）2I ；（2）q ；（3）2W.
【解析】（1）感应电动势E BLv =，感应电流E BLv I R R
== 安培力22B L v F BIL R
==，电量q It =，拉力做功W Pt Fvt == 当速率为2v 时，2I I '=；
（2）时间为12
t t '=
，q I t q '''== （3）2F F '=，12t t '=，2v v '=，12222W P t F v t W '''==??=。 【总结升华】熟练应用基本公式，写出变化后的量与变化前的倍数关系，代入公式计算。 举一反三
【变式】水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，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 的金属杆，金属杆与导轨的电阻忽略不计。均匀磁场竖直向下，用与导轨平行的恒定拉力F 作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动。当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动速度v 也会变化，v 和F 的关系如图（b ）所示（取重力加速度g=10m/s 2）
（1）金属杆在匀速运动之前做什么运动？ （2）若m=0.5Kg ，L=0.5m ，R=0.5Ω；则磁感应强度B 为多大？
（3）由v —F 图线的截距可求得什么物理量？其值为多少？
【答案】（1）变加速运动（加速度减小的加速运动）或变速运动
（2）1B T =（3）0.4μ=
【解析】（1）变加速运动（加速度减小的加速运动）或变速运动
（2）当杆匀速运动时，0A F f F --=，A F BIL =，E BLv I R R
== 22A B L v F R =，则有220B L v F f R
--= 所以22
()R F f v B L -=…① 由（b ）可知2f N =代入① 220.54(42)0.5
B =-?，所以1B T = （3）由截距求得f ，并能求得μ。2f N =，解得0.4μ=。
例3、如图，两根足够长的金属导轨ab 、cd 竖直放置，导轨间距离为L ，电阻不计。在导轨上端并接两个额定功率均为P 、电阻均为R 的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为m 、电阻可以忽略的金属棒MN 从图示位置由静止开始释放。金属棒下落过程中保持水平，且与导轨接触良好。已知某时刻后两灯泡保持正常发光。重力加速度为g 。求：
（1）磁感应强度的大小：
（2）灯泡正常发光时导体棒的运动速率。
【思路点拨】“两灯泡保持正常发光”的意思是金属棒做匀速运动，安培力等于重力，感应电流可以根据额定值写出，即可求出磁感应强度；由于电阻不计，感应电动势等于灯泡两端的电压，电压可以根据额定值写出，即可求导体棒的运动速率。 【答案】（1）2mg PR B PL =（2）2PR P v BL mg
== 【解析】每个灯上的额定电流为P I R =
额定电压为：P U R = （1）最后MN 匀速运动，安培力等于重力，2B IL mg = 求得mg PR B =。 （2）U BLv = 得：2PR P v BL mg
==。 【总结升华】通过金属棒的电流是干路电流，由于金属棒的电阻不计，金属棒两端的电压等于感应电动势，如果金属棒电阻不能忽略，灯泡的电压就是路端电压。
对竖直导轨，导体的重力是有用的，伴随着能量的变化。
举一反三
【变式1】图中回路竖直放在匀强磁场中，磁场的方向垂直于回路平面向内。导线AC 可以贴着光滑竖直长导轨下滑。设回路的总电阻恒定为R ，当导线AC 从静止开始下落后，下面有关回路能量转化的叙述中正确的是（ ）
A.导线下落过程中机械能守恒；
B.导线加速下落过程中，导线减少的重力势能全部转化为回路产生
的热量；
C.导线加速下落过程中，导线减少的重力势能全部转化为导线增加
的动能；
D.导线加速下落过程中，导线减少的重力势能转化为导线增加的动
能和回路增加的内能
【答案】D
【变式2】如图所示，竖直放置的U 形导轨宽为L ，上端串有电阻R (其余导体部分的电阻都忽略不计)。磁感应强度为B 的匀强磁场方向垂直于纸面向外。金属棒ab 的质量为m ，与导轨接触良好，不计摩擦。从静止释放后ab 保持水平而下滑。试求ab 下滑的最大速度v m 。
【答案】22L B mgR v m = 类型三、“杆”+倾斜导轨问题
例4、如图所示，两根金属导轨平行放置在倾角为θ=30°的斜面上，导轨左端接有电阻8R =Ω，导轨自身电阻不计．匀强磁场垂直于斜面向上，磁感应强度为0.5B T =．质量为0.1m kg =，电阻为2r =Ω的金属棒ab 由静止释放，沿导轨下滑，如图所示．设导轨足够长，导轨宽度2L m =，金属棒ab 下滑过程中始终与导轨接触
良好，当金属棒下滑的高度为3h m =时，恰好达到最大速度
2/m v m s =，求此过程中
（1）金属棒受到的摩擦阻力；
（2）电阻R 中产生的热量
（3）通过电阻R 的电量.
【思路点拨】求“杆”+倾斜导轨问题的能量问题的基本方法，仍然是受力分析、运动分析，关键是安培力的大小和方向，安培力做的功转化为内能，再应用能量守恒定律。
【答案】（1）0.3f N =（2）0.8R Q J =（3）0.6q C =
【解析】（1）感应电流的方向从b 到a ，做受力图。
当金属棒速度恰好达到最大速度时，加速度为零,
则sin mg BIL f θ=+
根据法拉笫电磁感应定律：m E BLv =
根据闭合电路欧姆定律：E I R r
=+, 联立以上各式解得22sin 0.3m B L v f mg N R r
θ=-=+. （2）下滑过程，根据能量守恒定律，重力势能的减少量等于摩擦力做的功、安培力做的功（转化为热量）以及动能之和
21sin 2
m h mgh f Q mv θ-?-= 代入数据解得电路中产生的总电热为：Q=1J 此过程中电阻R 中产生的热量：810.882R R Q Q J J R r =
=?=++ （3）设通过电阻R 的电量为q ，
由E t
φ?=?，E I R r =+ 得0.6()()sin BLh q I t C R r R r φθ?=?===++
【总结升华】对“杆”+倾斜导轨问题，正确进行受力分析是首要问题，安培力方向与磁场方向垂直沿斜面向上（如果磁场方向竖直向上，安培力方向就水平向右了，还要分解）。能量守恒定律的应用至关重要，也可以这样分析：初态的的能量：重力势能；末态的能量：有动能、克服摩擦力做功消耗的能量、克服安培力做功消耗的能量，能量守恒定律就是总量不变，即初态的能量等于末态的能量。
举一反三
【变式】如图所示，平行金属导轨与水平面成θ角，R 1＝R 2＝2R ，匀强磁场垂直穿过导轨平面，有一导体棒ab 质量为m ，棒的电阻为2R ，棒与导轨之间的动摩擦因数为μ。导体棒ab 沿导轨向上滑动，当上滑的速度为v 时，定值电阻R 2消耗的电功率为P ，下列说法正确的是（ ）
A ．整个装置因摩擦而产生的热功率为cos mgv μθ
B ．整个装置消耗的机械功率为4cos P mgv μθ+
C ．导体棒受到的安培力的大小为
6P v
D ．导体棒受到的安培力的大小为4P v
【答案】AC
【解析】棒ab 上滑速度为v 时，切割磁感线产生感应电动势E Blv =，棒电阻为2R ， R 1＝R 2＝2R ，回路的总电阻=3R R 总，
通过电阻R 1的电流与通过电阻R 2的电流相等，
通过棒ab 的电流等于通过电阻R 2的电流的2倍，导体棒ab 功率是电阻R 2的4倍， 即4ab P P =，总功率为6P ，则有6P Fv =，所以导体棒受到的安培力的大小6P F v
=， C 对D 错；杆与导轨的摩擦力cos f mg μθ=，
故摩擦消耗的热功率为cos f P f v mgv μθ=?=，A 对；
整个装置消耗的机械功率为摩擦消耗的热功率与三部分导体的热功率之和， =+6cos f P P P P mgv μθ=+总热，B 错。故正确选项为AC 。
类型四、“杆”+导轨+弹簧的问题
例5、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g
B ．金属棒向下运动时，流过电阻R 的电流方向为a →b
C．金属棒的速度为v时．所受的安培力大小为
22
B L v F
R =
D．电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少
【思路点拨】本题ABC选项都比较简单，能量守恒的关系是：重力势能转化为动能与弹性势能之和。
【答案】AC
【解析】从弹簧原长位置由静止释放．加速度等于重力加速度，A对；根据右手定则，感应
电流方向向右，为b→a，B错；利用公式快速推导安培力大小为
22
B L v
F
R
=，C对；根据
能量守恒定律，金属棒的重力势能转化为动能、弹性势能、克服安培力做的功（热量）三部分，D错。（如果金属棒有电阻，它还有热量）故选AC。
【总结升华】本题是基本题，但很容易错。A、不少人认为弹簧有拉力，加速度小于重力加速度，不分析过程造成错误；B、判断出电流方向向右，就认为a→b，应该动笔标出就不会
错了；C、安培力大小
22
B L v
F
R
=做几个题就知道了，但R是总电阻；D、能量守恒定律的
应用一定要熟练。
举一反三
【变式】两根足够长的金属导轨竖直放置，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（弹性系数为k）位置由静止释放，则（）
A．金属棒将振动，动能、弹性势能与重力势能的总和保持不变
B．金属棒的速度为v时，金属棒两端的电压U=BLv
C．金属棒最后将静止，静止时弹簧伸长量为mg k
D．金属棒最后将静止，电阻R上产生的总热量为
mg mg
k
?
【答案】BC
类型五、矩形线圈穿越磁场问题
例6、如图所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个边长相等的单线闭合正方形线圈Ⅰ和Ⅱ，分别用相同材料，不同粗细的导线绕制(Ⅰ为细导线)．两
线圈在距磁场上界面h 高处由静止开始自由下落，再进入磁场，最后落到地面．运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界．设线圈Ⅰ、Ⅱ落地时的速度大小分别为1v 、2v ，在磁场中运动时产生的热量分别为1Q 、2Q ．不计空气阻力，则（ ）
A ．12v v <，12Q Q <
B ．12v v =，12Q Q =
C ．12v v <，12Q Q >
D ．12v v =，12Q Q <
【思路点拨】要比较速度的大小和在磁场中运动时产生的热量的多少，应该要分析安培力、总电阻，比较它们在磁场中的加速度，加速度大的落地速度就大。 【答案】D
【解析】由于从同一高度下落，到达磁场边界时具有相同的速度v ，切割磁感线产生感应电
流同时受到磁场的安培力22A B L v F R =，又4l R S
ρ=（ρ为材料的电阻率，l 为线圈的边长），所以安培力224A B L vS F ρ
=， 此时加速度A F a g m
=-，且04m S l ρ=?(0ρ为材料的密度)， 所以加速度20
16A F B v a g g m ρρ=-=-是定值，线圈Ⅰ和Ⅱ同步运动， 则落地速度相等12v v =。由能量守恒可得：21()2
Q mg h H mv =+-， (H 是磁场区域的高度)，Ⅰ为细导线m 小，产生的热量小，所以12Q Q <。正确选项D 。
【总结升华】对矩形线圈竖直穿越磁场问题，如果匀速运动则重力等于安培力；如果是加速（减速）则根据牛顿第二定律求加速度；抓住能量守恒定律，这类问题往往从静止下落，重力势能转化为动能、用于克服安培力做功两部分。此外要注意条件中线圈的位置（下降的高度）。
举一反三
【高清课堂：电磁感应综合应用一 例 2 】
【变式1】如图甲所示。空间有一宽为2L 的匀强磁场区域，磁感应强度为B ，方向垂直纸 面向外。abcd 是由均匀电阻丝做成的边长为L 的正方形线框，总电阻值为R 。线框以垂直 磁场边界的速度v 匀速通过磁场区域。在运动过程中，线框ab 、cd 两边始终与磁场边界平 行。设线框刚进入磁场的位置x =0，x 轴沿水平方向向右。求：在下面的乙图中，画出ab 两端电势差ab U 随距离变化的图象。其中0U = BLv 。
【答案】如图。
【变式2】如图所示，质量为m ，高度为h 的矩形导体线框在竖直面内由静止开始自由下落.它的上下两边始终保持水平，途中恰好匀速通过一个有理想边界的宽度也为
h 的匀强磁场区域，则线框在此过程中产生的热量为（ ）
A ．mgh
B ．2mgh
C ．大于mgh ，小于2mgh
D ．大于2mgh
【答案】B
【变式3】如图所示，在竖直平面内有一个“日”字形线框，线框总质量为 m ，每条短边长度均为l 。线框横边的电阻为r ，竖直边的电阻不计。在线框的下部有一个垂直竖直平面、方向远离读者、磁感应强度为B 的匀强磁场，磁场的高度也为l 。让线框自空中一定高处自由落下，当线框下边刚进入磁场时立即作匀速运动。重力加速度为g 。求：
（1）“日”字形线框作匀速运动的速度v 的大小
（2）“日”字形线框从开始下落起，至线框上边离开磁场的下边界为止的
过程中所经历的时间t .
【答案】（1）2223l B gmr v = （2）mgr l B l B mr t t t 322
221223+=+= 【解析】（1）线框下边进入磁场区域前做自由下落运动，设下落的时间为t 1，
进入磁场时的速度为v ，匀速运动安培力等于重力BIl mg =，E Blv =，E I R =
总
， 进入磁场的横边相当于电源，电阻为内阻，磁场外的两条横边并联 总电阻3=
2R r 总，电流23Blv I r
=，又1v gt = 解得：12232mr t B l =，2232mgr v B l = （2）从线框下边进入磁场到下边离开磁场下边界做匀速运动，设此过程的下落时间为2t ，
据题意有：23l t v =，安培力等于重力2223B l v mg r = 解得：232B l t mgr =，所以全过程所用时间mgr l B l B mr t t t 322
221223+=+=。 类型六、“双杆”+滑轨及电磁感应与动量能量的综合应用
例7、两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为L 。导轨上面横放着两根导体棒ab 和cd ，构成矩形回路，如图所示．两根导体棒的质量皆为m ，电阻皆为R ，回路中其余部分的电阻可不计．在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B ．设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行．开始时，棒cd 静止，棒ab 有指向棒cd 的初速度v 0．若两导体棒在运动中始终不接触，求：
（1）在运动中产生的焦耳热最多是多少．
（2）当ab 棒的速度变为初速度的3/4时，cd 棒的
加速度是多少？
【思路点拨】ab 棒向cd 棒运动时，两棒和导轨构成的回路面积变小，磁通量发生变化，于是产生感应电流．ab 棒受到与运动方向相反的安培力作用作减速运动，cd 棒则在安培力作用下作加速运动．在ab 棒的速度大于cd 棒的速度时，回路总有感应电流，ab 棒继续减速，cd 棒继续加速．两棒速度达到相同后，回路面积保持不变，磁通量不变化，不产生感应电流，两棒以相同的速度v 作匀速运动．
【答案】（1）2014
mv （2）mR v L B a 4022= 【解析】（1）从初始至两棒达到速度相同的过程中，两棒总动量守恒，
根据动量守恒定律有 mv mv 20=
根据能量守恒，整个过程中产生的总热量等于机械能的减少量（损失的机械能）
202204
1)2(2121mv v m mv Q =-= （2）设ab 棒的速度变为初速度的3/4时，cd 棒的速度为v 1，
则由动量守恒可知：1004
3mv v m mv +=。 此时回路中的感应电动势 0103
1()42E v v BL BLv =-=
，
感应电流024BLv E I R R
==。 此时cd 棒所受的安培力：2204B L v F IBL R
==， 所以cd 棒的加速度为m
F a =，mR v L B a 4022=。 【总结升华】本题是“双杆”同向运动，一杆加速另一杆减速的问题，最后两棒以相同的速度v 作匀速运动．共同速度怎么求？显然两杆组成的系统动量守恒，就是前面求的共同速度。根据能量守恒定律，整个过程中产生的总热量等于机械能的减少量即损失的机械能，就是初动能减去末动能。
举一反三
【高清课堂：电磁感应综合应用一 例 7 】
【变式1】如图所示，光滑水平导轨间距为L ，电阻不计，处在竖直方向的匀强磁场中，磁感应强度为B ，质量均为m ，电阻均为R 的导体棒ab 和cd 静止于导轨上，若给ab 棒一个水平向右的瞬时冲量0I ，求两导体棒最终的运动速度。
【答案】02I m
【变式2】如图所示，两根相互平行、间距为L 的金属轨道MN 和PQ 固定在水平面内。轨道所在空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感强度为B 。在该轨道上垂直轨道方向放置两根金属杆ab 和cd ，它们的电阻分别为R 1和R 2，质量分别为m 1和m 2。开始时两金属杆静止在轨道上，某一时刻ab 杆受到瞬间水平向右的冲量作用，开始以初速度v 0沿轨道滑动，该瞬间cd 杆的速度仍可视为零。已知金属杆ab 和cd 在轨道上滑动时所受到的摩擦力可忽略不计，金属轨道足够长且电阻不计，金属杆与轨道接触良好。以下说法正确的是（ ）
A ．当ab 杆以水平初速度v 0开始在轨道上滑动瞬间，cd 杆两端电势差为BLv 0
B ．当ab 杆以水平初速度v 0开始在轨道上滑动瞬间，cd 杆所受到磁场力方向与初速度 v 0方向相同，大小为B 2L 2v 0/R 2
C ．在两杆都滑动的过程中，金属杆ab 和cd 总动量守恒，但总机械能减小
D ．在两杆都滑动的过程中，金属杆ab 动能的减小等于cd 动能的增加
【答案】C
【解析】当ab 杆滑动瞬间，产生的感应电动势为0E BLv =，金属杆ab 和cd 都有电阻，所以cd 杆两端电势差肯定不为BLv 0，计算：012
BLv I R R =+， cd 杆两端电势差：02212
cd BLv U IR R R R ==+，A 错； 应用右手定则判断ab 杆的电流方向为从a 到b ，用左手定则判断cd 杆受到磁场力方向与初
速度 v 0方向相同，安培力大小为22012
B L v F BIL R R ==+（除以总电阻），B 错； 取两杆为系统，安培力是内力，所以动量守恒，由于安培力做功转化为内能，则机械能减少，
C 对；在两杆都滑动的过程中，金属杆ab 动能的减少量等于cd 动能的增加量与克服安培力做功（内能、热量）之和，
D 错。故选C 。
电磁感应中的能量问题练习 一、单项选择题 1．如图所示，固定的水平长直导线中通有电流I，矩形线框与导线在同一竖直平面内，且一边与导线平行．线框由静止释放，在下落过程中（） A．穿过线框的磁通量保持不变B．线框中感应电流方向保持不变 C．线框所受安培力的合力为零D．线框的机械能不断增大 答案: B 解析: 当线框由静止向下运动时，穿过线框的磁通量逐渐减小，根据楞次定律可得产生的感应电流的方向为顺时针且方向不发生变化，A错误，B正确；因线框上下两边所在处的磁场强弱不同，线框所受的安培力的合力一定不为零，C错误；整个线框所受的安培力的合力竖直向上，对线框做负功，线框的机械能减小，D错误． 2．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 ①恒力F做的功等于电路产生的电能 ②恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能 ③克服安培力做的功等于电路中产生的电能 ④恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能和棒获得的动能之和 以上结论正确的有（） A．①②B．②③C．③④D．②④ 答案: C 解析: 在此运动过程中做功的力是拉力、摩擦力和安培力，三力做功之和为棒ab动能增加量，其中安培力做功将机械能转化为电能，故选项C正确．
3． 一个边长为L 的正方形导线框在倾角为θ的光滑固定斜面上由静止开始沿斜面下滑，随后进入虚线下方方向垂直于斜面 的匀强磁场中．如图所示，磁场的上边界线水平，线框的下边ab 边始终水平，斜面以及下方的磁场往下方延伸到足够远．下列推理判断正确的是（ ） A ．线框进入磁场过程b 点的电势比a 点高 B ．线框进入磁场过程一定是减速运动 C ．线框中产生的焦耳热一定等于线框减少的机械能 D ．线框从不同高度下滑时，进入磁场过程中通过线框导线横截面的电荷量不同 答案: C 解析: ab 边进入磁场后，切割磁感线，ab 相当于电源，由右手定则可知a 为等效电源的正极，a 点电势高，A 项错．由于线框所受重力的分力mg sin θ与安培力大小不能确定，所以不能确定其是减速还是加速，B 项错；由能量守恒知C 项 对；由q ＝n ΔΦR 知，q 与线框下降的高度无关，D 项错． 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 答案: A 解析: 由动能定理有W F ＋W 安＋W G ＝ΔE k ，则W F ＋W 安＝ΔE k －W G ，W G <0，故ΔE k －W G 表示机械能的增加量．选A 项．
在电磁感应中的动力学问题中有两类常见的模型. 类型“电—动—电”型“动—电—动”型 示 意 图 棒ab长L，质量m，电阻R；导轨光滑水平，电阻不计棒ab长L，质量m，电阻R；导轨光滑，电阻不计 分析S闭合，棒ab受安培力F＝ BLE R ，此 时a＝ BLE mR ，棒ab速度v↑→感应电 动势BLv↑→电流I↓→安培力F＝ BIL↓→加速度a↓，当安培力F＝0 时，a＝0，v最大，最后匀速 棒ab释放后下滑，此时a＝gsin α，棒 ab速度v↑→感应电动势E＝BLv↑→ 电流I＝ E R ↑→安培力F＝BIL↑→加速 度a↓，当安培力F＝mgsin α时，a＝ 0，v最大，最后匀速 运动 形式 变加速运动变加速运动 最终状态匀速运动vm＝ E BL 匀速运动vm＝ mgRsin α B2L2
1、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．
1、解析 (1)如右图所示，ab 杆受重力mg ，竖直向下；支持力FN ，垂直斜面向上；安培力F ，平行斜面 向上． (2)当ab 杆速度为v 时，感应电动势 E ＝BLv ，此时电路中电流 I ＝E R ＝BLv R ab 杆受到安培力F ＝BIL ＝B2L2v R 根据牛顿运动定律，有ma ＝mgsin θ－F ＝mgsin θ－B2L2v R a ＝gsin θ－B2L2v mR . (3)当B2L2v R ＝mgsin θ时，ab 杆达到最大速度vm ＝mgRsin θB2L2
复习课：电磁感应中的动力学和能量问题教案 班级：高二理科（6）班下午第一节授课人：课题电磁感应中的动力学与能量问题第一课时 三维目标1.掌握电磁感应中动力学问题的分析方法 2.理解电磁感应过程中能量的转化情况 3.运用能量的观点分析和解决电磁感应问题 重点1.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.分析计算电磁感应中能量的转化与转移 难点1.运用牛顿运动定律和运动学规律解答电磁感应问题 2.运用能量的观点分析和解决电磁感应问题 教具多媒体辅助课型复习课课 时 安 排 2课时 教学过程一、电磁感应中的动力学问题 课前同学们会根据微课视频完成学案上的知识清单：1．安培力的大小 2．安培力的方向判断 3．两种状态及处理方法 状态特征处理方法 平衡态加速度为零根据平衡条件列式分析 非平衡态 加速度不为 零 根据牛顿第二定律进行动态分析或结 合功能关系进行分析 4.力学对象和电学对象的相互关系
教学过程指导学生处理学案上的例题和拓 展训练 例1：如图所示，在磁感应强 度为B，方向垂直纸面向里的 匀强磁场中，金属杆MN放 在光滑平行金属导轨上，现用平行于金属杆的恒力F，使MN从静止开始向右滑动，回路的总电阻为R，试分析MN 的运动情况，并求MN的最大速度。 拓展训练1:如图所示，两根足 够长的平行金属导轨固定在倾 角θ＝30°的斜面上，导轨电 阻不计，间距L＝0.4 m。导轨 所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ， 两区域的边界与斜面的交线为 MN，Ⅰ中的匀强磁场方向垂直 斜面向下，Ⅱ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B＝0.5 T。在区域Ⅰ中，将质量m1＝0.1 kg，电阻R1＝0.1 Ω的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑。然后，在区域Ⅱ中将质量m2＝0.4 kg，电阻R2＝0.1 Ω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Ⅱ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g＝10 m/s2。问： (1)cd下滑的过程中，ab中的电流方向； (2)ab刚要向上滑动时，cd的速度v多大； 例2：如图所示的图中，导体棒ab垂直放在水平导轨上，导轨处在方向垂直于水平面向下的匀强磁场中。导体棒和导轨间接触良好且摩擦不计，导体棒、导轨的电阻均可忽略，今给导体棒ab一个向右的初速度V0。有的同学说电容器断路无电流，棒将一直匀速运动 下去；有的同学认为棒相当于电 源，将给电容器充电，电路中有电 流，所以在安培力的作用下，棒将 减速。关于这个问题你怎么看呢？
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。正电荷是导体晶格骨架正离子，它是导体的主要部分，整个导体所受的安培力正是横向电场作用在导体内所有正电荷的力的宏观表现，即F=(nLS)f H=(nLS)f L。 由此可见，安培力的微观本质应是正电荷所受的横向电场力，而正电荷所受的横向电场力正是通过外磁场对自由电子有洛伦兹力出现霍尔效应而实现的。
物理总复习：电磁感应中的能量问题 【考纲要求】 理解安培力做功在电磁感应现象中能量转化方面所起的作用。 【考点梳理】 考点、电磁感应中的能量问题 要点诠释： 电磁感应现象中出现的电能，一定是由其他形式的能转化而来的，具体问题中会涉及多种形式能之间的转化，如机械能和电能的相互转化、内能和电能的相互转化。分析时应当牢牢抓住能量守恒这一基本规律，分析清楚有哪些力做功就可以知道有哪些形式的能量参与了相互转化，如有摩擦力做功，必然有内能出现；重力做功就可能有机械能参与转化；安培力做负功就是将其他形式的能转化为电能，做正功就是将电能转化为其他形式的能，然后利用能量守恒列出方程求解。 电能求解的主要思路： （1）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。 （2）利用能量守恒求解：机械能的减少量等于产生的电能。 （3）利用电路特征求解：通过电路中所产生的电流来计算。 【典型例题】 类型一、根据能量守恒定律判断有关问题 例1、如图所示，闭合线圈abcd用绝缘硬杆悬于O点，虚线表示有界磁场B，把线圈从图示位置释放后使其摆动，不计其它阻力，线圈将（） A.往复摆动 B.很快停在竖直方向平衡而不再摆动 C.经过很长时间摆动后最后停下 D.线圈中产生的热量小于线圈机械能的减少量 【思路点拨】闭合线圈在进出磁场的过程中，磁通量发生变化，闭合线圈产生感应电流，其机械能转化为电热，根据能量守恒定律机械能全部转化为内能。 【答案】B 【解析】当线圈进出磁场时，穿过线圈的磁通量发生变化，从而在线圈中产生感应电流，机械能不断转化为电能，直至最终线圈不再摆动。根据能量守恒定律，在这过程中，线圈中产生的热量等于机械能的减少量。 【总结升华】始终抓住能量守恒定律解决问题，金属块（圆环、闭合线圈等）在穿越磁场时有感应电流产生，电能转化为内能，消耗了机械能，机械能减少，在磁场中运动相当于力学部分的光滑问题，不消耗机械能。上述线圈所出现的现象叫做电磁阻尼。用能量转化和守恒定律解决此类问题往往十分简便。磁电式电流表、电压表的指针偏转过程中也利用了电磁阻尼现象，所以指针能很快静止下来。 举一反三 【变式】光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程是y＝x2，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）．一个小金属块从抛物线上y＝b（b＞a）处以速度v沿抛物线下滑．假设抛物线足够长，金属块沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是( )
§1-5 电磁感应中的能量转化（教案） 精要提示 1.电磁感应现象的实质是不同形式能量转化的过程。产生和维持感应电流的存在的过程就是其它形式的能量转化为感应电流电能的过程。 2.安培力做正功的过程是电能转化为其它形式能量的过程,安培力做多少正功,就有多少电能转化为其 它形式能量。 3.安培力做负功的过程是其它形式能量转化为电能的过程,克服安培力做多少功,就有多少其它形式能 量转化为电能. 4.导体在达到稳定状态之前，外力移动导体所做的功，一部分用于克服安培力做功，转化为产生感应电流的电能或最后转化为焦耳热.，另一部分用于增加导体的动能。 5.导体在达到稳定状态之后，外力移动导体所做的功，全部用于克服安培力做功，转化为产生感应电流的电能并最后转化为焦耳热. 6.用能量转化和守恒的观点解决电磁感应问题,只需要从全过程考虑,不涉及电流产生过程的具体的细节,可以使计算方便,解题简便. 例1. 如图所示，在一个光滑金属框架上垂直放置一根长l=0.4m 的金属棒ab，其电阻r=0.1Ω．框架左端的电阻R=0.4Ω．垂直框面的匀强磁场的磁感强度B=0.1T．当用外力使棒ab以速度v=5m/s右移时，ab棒中产生的感应电动势E=_ __，通过ab棒的电流I=__ ．ab棒两端的电势差U ab=___，在电阻R上消耗的功率P R=___，在ab棒上消耗的发热功率P r= ____，切割运动中产生的电功率P= ___．答案：0.2V, 0.4A,0.16V,0.064W,0.016W,0.08W 例2 如图所示，矩形线框先后以不同的速度v1和v 2匀速地完全拉出有界匀强磁场．设线框电阻为R，且两次的始末位置相同,求 (1)通过导线截面的电量之比 (2)两次拉出过程外力做功之比 (3)两次拉出过程中电流的功率之比 解:q=IΔt= EΔt/R=ΔΦ/ R ∴q1 /q2 =1 W=FL=BIlL=B2 l2 vL/R∝v ∴W1/W2=v1/v2 P= E2/R = B2 l2v2/R ∝v2 ∴ P1/P2= v12/v22 例3 如图所示，电阻为R的矩形线框，长为l ，宽为a，在外力作用下，以速度v向右运动，通过宽度为d，磁感应强度为B的匀强磁场中，在下列两种情况下求外力做的功：(a) l
电磁 安培定律 法拉第电磁感应定律 电流的磁效应 电磁感应 右手螺旋定则右手定则 安培力 左手定则1.安培定律：表示电流和电流激发磁场的 磁感线方向间关系的定则，也叫 右手螺旋定则。(1)通电直导线中的安培定则（安培定则一）：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向； (2)通电螺线管中的安培定则（安培定则二）：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致 ，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N 极。 左手反之。
应用：电能转化为磁，可以用于人造磁铁等。 2. 法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁 通变化率成正比。 右手定则：使大拇指跟其余四个手指垂直并且都跟手掌在一个平面内，把 右手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，大拇指指向导体运动方向，则其余四指指向产生的感应电流的方向。 应用：将动能转化为电能，发电机。 3．安培力：电流导体在磁场中运动时受力。 左手定则：左手平展，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个 平面内。把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心（手心对准N极，手背对准S极)，四指指向电流方向（既正电荷运动的方向）则大拇指的方向 就是导体受力方向。 应用：通过磁场对电流的作用，将电磁能转化为机械能：电动机。 1．电磁感应现象：英国的物理学家法拉第在1831年发现了电磁感应现象，即闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感应线的运动时， 导体中就会产生电流，这种现象叫做电磁感应。 2．感应电流：由电磁感应现象产生的电流。 (1)感应电流的方向跟磁场方向和导体切割磁感线
运动的方向有关。 (2)感应电流的产生条件： a.电路必须是闭合电路； b.只是电路的一部分导体在磁场中； c.这部分导体做切割磁感线运动（包括正切、斜切两种情况）。3．交流发电机 （1）原理：发电机是根据电磁感应现象制成的。 （2）能量转化：机械能转化为电能。 （3）构造:交流发电机主要由磁铁（定子）、线圈（转子）、滑环和电刷。
初中物理电磁感 应
一、【教学过程】 （一）复习引入 1. 师问：通过上节的学习，我们知道磁场对通电导线有力的作用，力的方向与什么有关呢？ 生答：导线中电流的方向、磁感线的方向有关。 2. 师问：通过上节的学习，我们得到了电动机的工作原理是什么呢？ 生答：通电线圈在磁场中受力转动。 通过上节课的学习，我们知道：通电导体在磁场中受到力的作用而能够运动起来，那么运动的导体中是否能够产生电呢？本节针对闭合电路的一部分导体在磁场中运动产生感应电流的现象及其能量的转化作一些分析。 （二）教学内容 1．电磁感应现象：英国的物理学家法拉第在1831年发现了电磁感应现象，即闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感应线的运动时，导体中就会产生电流，
这种现象叫做电磁感应。 2．感应电流：由电磁感应现象产生的电流。 (1)感应电流的方向跟磁场方向和导体切割磁感线运动的方 向有关。 (2)感应电流的产生条件： a.电路必须是闭合电路； b.只是电路的一部分导体在磁场中； c.这部分导体做切割磁感线运动（包括正切、斜切两种情况）。 3．交流发电机 （1）原理：发电机是根据电磁感应现象制成的。 （2）能量转化：机械能转化为电能。 （3）构造:交流发电机主要由磁铁（定子）、线圈（转子）、滑环和电刷。 磁铁（定子） 线圈（转子） 滑环 电刷 4. 直流电与交流电： （1）方向不变的电流叫做直流电大小和方向作周期性改变的电流叫做交流电。（2）交流电的周期：电流发生一个周期性变化所用的时间，其单位就是时间的单位秒（s）。 （3）交流电的频率：电流每秒发生周期性变化的次数。其单位是赫兹，符号是Hz。频率和周期的数值互为倒数。 5.电动机与发电机的比较：
电磁感应的能量问题 电磁感应中的动力学问题 1．安培力的大小 ?? ? ?? 感应电动势：E＝Blv 感应电流：I＝ E R＋r 安培力公式：F＝BIl ?F＝ B2l2v R＋r 2．安培力的方向 (1)先用右手定则确定感应电流方向，再用左手定则确定安培力方向。 (2)根据楞次定律，安培力方向一定和导体切割磁感线运动方向相反。 1．电磁感应中动力学问题的动态分析 联系电磁感应与力学问题的桥梁是磁场对电流的安培力，由于感应电流与导体切割磁感线运动的加速度有着相互制约关系，因此导体一般不是匀变速直线运动，而是经历一个动态变化过程再趋于一个稳定状态，分析这一动态过程的基本思路是： 导体受力运动――→ E＝BLv感应电动势错误!感应电流错误!通电导体受安培力→合外力变化――→ F合＝ma加速度变化→速度变化→周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达到稳定的临界状态。 2．解题步骤 (1)用法拉第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)列出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，如速度、加速度为最大值或最小值的条件。 (2)基本思路是： 电磁感应中的能量问题 1．能量的转化 闭合电路的部分导体做切割磁感线运动产生感应电流，感应电流在磁场中受安培力。外力克服安培力做功，将其它形式的能转化为电能，电流做功再将电能转化为其它形式的能。 2．实质 电磁感应现象的能量转化，实质是其它形式的能和电能之间的转化。 1．能量转化分析 (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)当磁场不动、导体做切割磁感线的运动时，导体所受安培力与导体运动方向相反，此即电磁阻尼。在这种情况下，安培力对导体做负功，即导体克服安培力做功，将机械能转化为电能，当感应电流通过用电器时，电能又转化为其它形式的能，如通过电阻转化为内能(焦耳热)。 即：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 (3)当导体开始时静止、磁场(磁体)运动时，由于导体相对磁场向相反方向做切割磁感线
专题电磁感应中的动力学和能量问题 一、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，分析方法是： 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)列出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． 二、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安培力作用，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： 安培力做负功电能 其他形式的能如：机械能――→ 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．电能求解的思路主要有三种 (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)利用电路特征求解：通过电路中所产生的电能来计算． 例1如图所示，MN、PQ为足够长的平行金属导轨，间距L＝0.50 m，导轨平面与水平面间夹角θ＝37°，N、Q间连接一个电阻R＝5.0 Ω，匀强磁场垂直于导轨平面向上，磁感应强度B＝1.0 T．将一根质量为m＝0.050 kg的金属棒放在导轨的ab位置，金属棒及导轨的电阻不计．现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与导轨垂直，且与导轨接触良好．已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ＝0.50，当金属棒滑行至cd处时，其速度大小开始保持不变，位置cd与ab之间的距离s＝2.0 m．已知g＝ 10 m/s2，sin 37°＝0.60，cos 37°＝0.80.求： (1)金属棒沿导轨开始下滑时的加速度大小；
考点4 电场、磁场和能量转化 命题趋势 电场、磁场和能量的转化是中学物理重点内容之一，分析近十年来高考物理试卷可知，这部分知识在高考试题中的比例约占13%，几乎年年都考，从考试题型上看，既有选择题和填空题，也有实验题和计算题；从试题的难度上看，多属于中等难度和较难的题，特别是只要有计算题出现就一定是难度较大的综合题；由于高考的命题指导思想已把对能力的考查放在首位，因而在试题的选材、条件设置等方面都会有新的变化，将本学科知识与社会生活、生产实际和科学技术相联系的试题将会越来越多，而这块内容不仅可以考查多学科知识的综合运用，更是对学生实际应用知识能力的考查，因此在复习中应引起足够重视。 知识概要 能量及其相互转化是贯穿整个高中物理的一条主线，在电场、磁场中，也是分析解决问题的重要物理原理。在电场、磁场的问题中，既会涉及其他领域中的功和能，又会涉及电场、磁场本身的功和能，相关知识如下表： 如果带电粒子仅受电场力和磁场力作用，则运动过程中，带电粒子的动能和电势能之间相互转化，总量守恒；如果带电粒子受电场力、磁场力之外，还受重力、弹簧弹力等，但没有摩擦力做功，带电粒子的电势能和机械能的总量守恒；更为一般的情况，除了电场力做功外，还有重力、摩擦力等做功，如选用动能定理，则要分清有哪些力做功？做的是正功还是负功？是恒力功还是变力功？还要确定初态动能和末态动能；如选用能量守恒定律，则要分清有哪种形式的能在增加，那种形式的能在减少？发生了怎样的能量转化？能量守恒的表达式可以是：①初态和末态的总能量相等，即E 初=E 末；②某些形势的能量的减少量等于其他形式的能量的增加量，即ΔE 减=ΔE 增；③各种形式的能量的增量（ΔE =E 末-E 初）的代数和为零，即ΔE 1+ΔE 2+…ΔE n =0。 电磁感应现象中，其他能向电能转化是通过安培力的功来量度的，感应电流在磁场电、磁场中的功和能 电场中的 功和能 电势能 由电荷间的相对位置决定，数值具有相对性，常取无限远处或大地为电势能的零点。重要的不是电势能的值，是其变化量 电场力的功 与路径无关，仅与电荷移动的始末位置有关：W =qU 电场力的功和电势能的变化 电场力做正功 电势能 → 其他能 电场力做负功 其他能 → 电势能 转化 转化 磁场中的 功和能 洛伦兹力不做功 安培力的功 做正功：电能 → 机械能，如电动机 做负功：机械能 → 电能，如发电机 转化 转化
电磁感应中的能量问题 【教学目标】 1、理解电磁感应现象中的能量转化关系。 2、掌握利用功能关系解决电磁感应问题的一般思路和方法。 3、培养学生在电磁感应现象中利用动能定理、能量守恒定律解决实际问题的能力。 【教学重点】 1、通过对电磁感应现象的分析，理解电磁感应现象中各种能量的转化关系。 2、学生归纳利用功能关系解决电磁感应问题的一般思路和方法。 【教学难点】 1、理解电磁感应现象中各种能量的转化关系。 2、利用动能定理、能量守恒定律解决电磁感应现象问题。 【教学方法】 1、学生通过小组合作学习，归纳总结电磁感应现象中的各种能量转化关系。 2、通过自主学习、合作探究、学生展示、教师指导解决学习中存在的疑问。 【活动过程】 活动一：学生自主完成例1，小组合作交流探究成果，教师点拨，学生归纳电磁感应现象中的能量转化关系。 【例1】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，导轨自身的电阻可忽略不计.斜面处在一个匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上.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h高，如图所示，在这一过程中，（D） A.作用于金属棒上的各个力的合力做的功不等于零 B.作用于金属棒上的各个力的合力做的功等于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等于电阻R上发出的焦耳热
【互动探究】如果金属导轨不光滑，恒力F 作用下棒加速上滑，能量转化又有什么关系？活动二：完成巩固训练1，总结利用功能关系解决电磁感应问题的一般思路和方法。 【巩固训练1】如图所示，平行金属导轨与水平面成θ角，导轨与固定电阻R 1和R 2相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面．有一导体棒ab ，质量为m ，导体棒的电阻与固定电阻R 1和R 2的阻值均相等，与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒ab 沿导轨向上滑动，当上滑的速度为v 时，受到安培力的大小为F ，此时( B C D)A ．电阻R 1消耗的热功率为F v 3 B ．电阻R 2消耗的热功率为 F v 6C ．整个装置因摩擦而消耗的热功率为μmg v cos θ D ．整个装置消耗的机械功率为(F ＋μmg cos θ)v 活动小结：电磁感应现象中的能量转化关系： 重力做功重力势能的变化 合外力做功动能的变化 除重力以外其他力做功机械能的变化 摩擦力做功摩擦产生的热量 安培力做功电能的变化 安培力做正功，电能转化为其他形式的能（电动机） 安培力做负功，电能转化为其他形式的能（发电机）
电磁感应现象教学设计 一、教学设计思想 这节课的设计思想是：把电磁感应现象的发现过程，从教育的角度编制成既有一定难度、又有操作可能的科学探究活动，让学生通过科学探究，认识电磁感应现象，体会实验探索的艰辛，进一步提高科学探究能力，学习科学家执着探究科学真理的精神。 二、教学目的 《一》、知识目标 １．启发学生观察实验现象，从中分析归纳出产生感应电流的条件，从而进一步理解电磁感应现象，理解产生感应电流的条件。 ２．培养学生运用所学知识，独立分析问题的能力。 ３．培养学生观察、实验操作能力和概括能力。 《二》教学目标 1.知识与技能：认识电磁感应现象。 2.过程与方法：经历科学探究的过程，提高科学探究的能力。 3.情感态度与价值观：培养热爱科学的情感和实事求是的科学态度。 三、教学重难点： 1.教学重点：电磁感应现象及电磁感应现象的科学探索过程。 2.教学难点：对切割磁感线运动的认识及探究过程中问题的提出和解决问 题办法的猜想。 初三学生已经具有了初步的动手操作能力、初步的空间想象能力和逆向思维能力，经过教师的提示点拨、分析比较与实际的动手操作，可以探究并归纳出产生电磁感应现象的条件。 四、教学过程
引入： 1820 年，丹麦物理学家奥斯特发现了——电流的磁效应，揭示了电 和磁之间存在着联系，受到了这一发现的启发，人们开始考虑这样一个问题：既然“电能生磁”，“磁能不能生电”呢？不少科学家进行了这方面的探索，英国 平民科学家法拉第，坚信电与磁有密切的联系。经过10 年坚持不懈的努力，在 无数次的挫折与失败之后，终于在1831 年一个偶然的机会里，发现了利用磁场 产生电流的条件。法拉第的发现使发电机等用电设备的发明和应用成为可能，我们现在能很方便的用电。我国令人瞩目的三峡工程等都与法拉第的发现有着联 系。 我手中就有一个发电机模型（简介其结构），它为什么能发电呢？其发电的 条件是什么呢？带着这些问题，我们一起来学习第一节：电磁感应现象。 师：同学们，我们在初中就学过，导体切割磁感线时，闭合电路中有电流产 生。 （教师演示）在这个实验中，磁场是由马蹄形磁体提供的。是不是只有马蹄形磁铁才能提供磁场呢？ 生：不，电流也能产生磁场，通过电螺线管也能产生磁场。 师：通电螺线管的磁场与哪种磁体周围的磁场相似？ 生：条形磁铁。 师：好。除了这个演示实验所示的方法外，还有没有另外的利用磁场产生电流的办法呢？请大家选用桌上的实验器材，两个同学一组，共同探究利用磁场怎么样才能产生电流。将你们的实验过程及实验现象记录在表格中。若实验器材不够，请到台前来取。 实验探究产生感应电流的条件的记录表格 探究设计活动过程现象记录初步分析初步结论 活动 1 活动 2 活动 3
电磁感应中的能量问题 【考点解读】 1.本专题是运动学、动力学、恒定电流、电磁感应和能量等知识的综合应用，高考既以选择题的形式命题，也以计算题的形式命题。 2.学好本专题，可以极大地培养同学们数形结合的推理能力和电路分析能力，针对性的专题强化，可以提升同学们解决数形结合、利用动力学和功能关系解决电磁感应问题的信心。 3.用到的知识有：左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、平衡条件、牛顿运动定律、函数图象、动能定理和能量守恒定律等。 【考点精讲】 1.题型简述 电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程，而能量的转化是通过安培力做功来实现的.安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程；外力克服安培力做功的过程，则是其他形式的能转化为电能的过程。 2.解题的一般步骤 (1)确定研究对象(导体棒或回路)； (2)弄清电磁感应过程中，哪些力做功，哪些形式的能量相互转化； (3)根据能量守恒定律或功能关系列式求解。 3.求解电能应分清两类情况 (1)若回路中电流恒定，可以利用电路结构及W ＝UIt 或Q ＝I 2Rt 直接进行计算。 (2)若电流变化，则 ①利用安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功（理解发电机和电动机能量转化的区别）； ②利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则减少的机械能等于产生的电能； ③常用电量求法，R Blx n R S B n R n t I q =?=?Φ=?=,有时会用它求金属杆的位移。 还有时会用动量定理求电量，这两种方法经常结合使用。（一般在高三综合应用中使用） 4.物理术语焦耳热和摩擦热 ①电流通过电阻做功，将电能转化为内能，过程中产生的热量称为焦耳热（Rt I Q 2 =）； ②系统克服一对动摩擦力做功，将机械能转化为内能，过程中产生的热量称为摩擦热（x F Q ?=μ）。 例1 如图1所示，间距为L 的平行且足够长的光滑导轨由两部分组成.倾斜部分与水平部分平滑相连，倾角为θ，在倾斜导轨顶端连接一阻值为r 的定值电阻.质量为m 、电阻也为r 的金属杆MN 垂直导轨跨放在导轨上，在倾斜导轨区域加一垂直导轨平面向下、磁感应强度
考点4 电场、磁场和能量转化 命题趋势 电场、磁场和能量的转化是中学物理重点内容之一，分析近十年来高考物理试卷可知，这部分知识在高考试题中的比例约占13%，几乎年年都考，从考试题型上看，既有选择题和填空题，也有实验题和计算题；从试题的难度上看，多属于中等难度和较难的题，特别是只要有计算题出现就一定是难度较大的综合题；由于高考的命题指导思想已把对能力的考查放在首位，因而在试题的选材、条件设置等方面都会有新的变化，将本学科知识与社会生活、生产实际和科学技术相联系的试题将会越来越多，而这块内容不仅可以考查多学科知识的综合运用，更是对学生实际应用知识能力的考查，因此在复习中应引起足够重视。 知识概要 能量及其相互转化是贯穿整个高中物理的一条主线，在电场、磁场中，也是分析解决问题的重要物理原理。在电场、磁场的问题中，既会涉及其他领域中的功和能，又会涉及电场、磁场本身的功和能，相关知识如下表： 如果带电粒子仅受电场力和磁场力作用，则运动过程中，带电粒子的动能和电势能之间相互转化，总量守恒；如果带电粒子受电场力、磁场力之外，还受重力、弹簧弹力等，但没有摩擦力做功，带电粒子的电势能和机械能的总量守恒；更为一般的情况，除了电场力做功外，还有重力、摩擦力等做功，如选用动能定理，则要分清有哪些力做功？做的是正功还是负功？是恒力功还是变力功？还要确定初态动能和末态动能；如选用能量守恒定律，则要分清有哪种形式的能在增加，那种形式的能在减少？发生了怎样的能量转化？能量守恒的表达式可以是：①初态和末态的总能量相等，即E 初=E 末；②某些形势的能量的减少量等于其他形式的能量的增加量，即ΔE 减=ΔE 增；③各种形式的能量的电、磁场中的功和能 电场中的 功和能 电势能 由电荷间的相对位置决定，数值具有相对性，常取无限远处或大地为电势能的零点。重要的不是电势能的值，是其变化量 电场力的功 与路径无关，仅与电荷移动的始末位置有关：W =qU 电场力的功和电势能的变化 电场力做正功 电势能 → 其他能 电场力做负功 其他能 → 电势能 转化 转化 磁场中的 功和能 洛伦兹力不做功 安培力的功 做正功：电能 → 机械能，如电动机 做负功：机械能 → 电能，如发电机 转化 转化
电磁感应中的动力学与能量问题(一) 制卷：田军 审卷：张多升 使用时间：第三周周一 班级： 姓 名： 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I ＝E R 和安培力公式F ＝BIl 得F ＝B 2l 2v R . 2.安培力的方向判断(如右图) 3.处理此类问题的基本方法： （1）用法拉第电磁感应定律和楞次定律求出感应电动势的大小 和方向； （2）求回路中的电流的大小和方向； （3）分析导体的受力情况（含安培力）； （4）列动力学方程或平衡方程求解。 4.电磁感应现象中涉及的具有收尾速度的问题，关键要抓好受力情况和运动情况的动态分析 5.两种状态及处理方法 (1)平衡状态（静止状态或匀速直线运动状态）：根据平衡条件(合外力等于零)列式分析； (2)非平衡状态（a 不为零）：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析。 考点二 电磁感应中的能量问题分析 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 ＝I 2Rt 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． 巩固练习 1.如上图所示，在一匀强磁场中有一U 形导线框abcd ，线框处于水平面内，磁场与线框平面垂直，R 为一定值电阻，ef 为垂直于ab 的一根导体杆，它可以在ab 、cd 上无摩擦地滑动．杆ef 及线框中导线的电阻都可不计．开始时，给ef 一个向右的初速度，则( ) A.ef 将减速向右运动，但不是匀减速 B.ef 将匀减速向右运动，最后停止 C.ef 将匀速向右运动 D.ef 将做往返运动 2.如图所示，匀强磁场存在于虚线框内，矩形线圈竖直下落．如果线圈中受到的磁场 力总小于其重力，则它在1、2、3、4位置时的加速度关系为（ ） A.a 1＞a 2＞a 3＞a 4 B.a 1=a 2=a 3=a 4 C.a 1=a 3＞a 2＞a 4 D.a 4=a 2＞a 3＞a 1 3.如图所示，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 ，一质量为m 的金属杆从轨道上 由静止滑下，经过足够长的时间后，金属杆的速度会达到最大值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 增大，v m 将变大 D.如果m 减小，v m 将变大
电磁感应中的力学问题和能量问题
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
四、电磁感应中的力学问题和能量问题 电磁感应中的力学问题与能量转化问题 1.考点分析： 电磁感应的题目往往综合性较强，与前面的知识联系较多，涉及力学知识（如牛顿运动定律、功、动能定理、能量守恒定律等）、电学知识（如电磁感应定律、楞次定律、安培力、直流电路知识、磁场知识等）等多个知识点，突出考查考生理解能力、分析综合能力，尤其从实际问题中抽象概括构建物理模型的创新能力。 2.知识储备： （1）计算感应电动势大小的两种表达式： t N ??=φε，θεsin Blv = （2）判断产生的感应电流的方向方法：楞次定律， 右手定则 （3）安培力计算公式：F ＝BIl 3.基本方法： a. 确定电源（ ??→?=+= r R E I E 感应电流 ??→?=BIl F 运动导体受到的安培力?→? 合外力??→?=ma F a 变化情况?→?运动状态的分析?→?临界状 态） b. 在受力分析与运动情况分析的同时，又要抓住能量转化和守恒这一基本规律，分析清楚哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量参与了转换，如有摩擦力做功，必然有内能出现；重力做功就可能有机械能参与转化；安培力做负功就将其他形式能转化为电能，做正功将电能转化为其他形式能；然后利用能量守恒列出方程求解. 3.典例分析 一、电磁感应现象中的力学问题 【例1】如图所示，有两根足够长、不计电阻，相距L 的平行光滑金属导轨cd 、ef 与水平面成θ角固定放置，底端接一阻值为R 的电阻，在轨道平面内有磁感应强度为B 的匀强磁场，方向垂直轨道平面斜向上.现有一平行于ce 、垂直于导轨、质量为m 、电阻不计的金属杆ab ，在沿轨道平面向上的恒定拉力F 作用下，从底端ce 由静止沿导轨向上运动，当ab 杆速度达到稳定后，撤去拉力F ，最后ab 杆又沿轨道匀速回到ce 端.已知ab 杆向上和向下运动的最大速度相等.求:拉力F 和杆ab 最后回到ce 端的速度v . θ a F b B R c d e f