试题-全国-2009_高中物理电磁感应中的功能问题分析专题辅导.rar

高中物理电磁感应中的功能问题分析尚丁祥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的作用。因此要维持安培力的存在，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。“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。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。求解安培力做功的主要方法有：1.运用功的定义W=Fs求解例1.空间存在以ab、cd为边界的匀强磁场区域，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，区域宽为。现有一矩形线框处在图1中纸面内，它的短边与ab重合，长度为，长边的长度为，如图1所示，某时刻线框以初速度v沿着与ab垂直的方向进入磁场区域，同时某人对线框施一作用力，使它的速度大小和方向保持不变。设该线框的电阻为R，从线框开始进入磁场到完全离开磁场的过程中，人对线框作用力所做的功等于多少？解析：本题中线框的运动过程分三段：①从右边进入磁场到右边离开磁场；②从右边离开磁场到左边进入磁场；③从左边进入磁场到左边离开磁场。在过程①③中：穿过闭合线圈的磁通量发生变化，电路中产生的感应电流，线框所受安培力。又因为线框做匀速运动，所以人对线框的作用力与线框所受安培力等大反向，人对线框作用力做的功等于安培力所做的功，即。在过程②中，通过线框的磁通量没有变化，所以无感应电流，线框不受安培力，人对线框的作用力也为零。故整个过程人所做的功为。2.用动能定理W合=△Ek求解例2.位于竖直平面内的矩形导线框abcd，ab长，bc长，线框的质量，电阻。其下方有一匀强磁场区域，该区域的上、下边界和均与ab平行，两边界间的距离为H，且，磁场的磁感应强度，方向与线框平面垂直。如图2所示，令线框从dc边离磁场区域上边界的距离为处自由下落，已知线框的dc边进入磁场以后，ab边到达边界之前的某一时刻线框的速度已达到这一阶段的最大值。问从线框开始下落，到dc边刚刚到达磁场区域下边界的过程中，磁场作用于线框的安培力做的总功为多少？（）解析：依题意，线框的ab边到达磁场边界之前的某一时刻线框的速度达到这一阶段速度最大值，并设这一最大速度为，则有，线框中的电流为，作用于线框上的安培力。速度达到最大值的条件是：F=mg，所以dc边继续向下运动直至线框的ab边到达磁场的上边界的过程中，线框保持速度不变，所以从线框自由下落至ab边进入磁场的过程中，由动能定理得从ab边进入磁场直到dc边到达磁场区域的下边界过程中，作用于整个线框的安培力为零，安培力做功也为零，线框只在重力作用下作加速运动，故线框从开始下落到dc边刚到达磁场区域下边界过程中，安培力做的总功即为线框自由下落至ab边进入磁场过程中安培力所做的功，负号表示安培力做负功。3.用能量转化及守恒定律△E电=△E其他求解例3.如图3所示，金属棒a在离地h高处从静止开始沿弧形轨道下滑，导轨水平部分有竖直向上的匀强磁场B，水平部分导轨上原来放有一个金属棒b。已知棒a的质量为，且与棒b的质量之比，水平导轨足够长，不计摩擦，求整个过程中回路释放的电能是多少？解析：选棒a为研究对象，棒a从h高处下滑到弧形轨道底部的过程中机械能守恒。设棒a到达弧形轨道底部的速度为，则有（1）棒a进入磁场后，回路中产生感应电流，棒a、b都受到安培力的作用，a做减速运动，b做加速运动。经一段时间，棒a、b的速度达到相同，之后回路的磁通量不再发生变化，感应电流为零，安培力为零，二者做匀速运动。设a、b达到的共同速度为v，选a、b系统为研究对象，系统从棒a滑到弧形轨道底部至棒a、b以共同速度运动的过程中，所受的合外力为零，系统的动量守恒。由动量守恒定律有（2）由动能转化及守恒定律可知，回路中释放的电能等于a、b系统机械能的损失，即（3）联立以上三式得