2019高考物理一轮微专题系列之热点专题突破
能量守恒定律是自然界中的一条基本规律,电磁感应现象当然也不例外。电磁感应现象中,从磁通量变化的角度来看,感应电流总要阻碍原磁通量的变化；从导体和磁体相对运动的角度来看,感应电流总要阻碍它们的相对运动。电磁感应现象中的“阻碍”正是能量守恒的具体体现,在这种“阻碍”的过程中,其他形式的能转化为电能。
1．电磁感应中的能量转化
2. 电磁感应现象中的能量转化方式
(1) 与感生电动势有关的电磁感应现象中,磁场能转化为电能,若电路是纯电阻电路,转化过来的电能将全部转化为电阻的内能。
(2) 与动生电动势有关的电磁感应现象中,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。
3．求解焦耳热Q的三种方法
【典例1】如图所示,竖直平行金属导轨M、N,上端接有电阻R,金属杆ab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及导轨的电阻,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,则以下说法正确的是( )
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A. 拉力F所做的功等于电阻R上产生的热
B. 拉力F与重力做功的代数和等于电阻R上产生的热
C. 拉力F所做的功等于电阻R上产生的热及杆ab势能的增加量之和 D. 杆ab克服安培力做的功等于电阻R上产生的热 【答案】BD
【解析】 由能量守恒得拉力F所做的功将转化成电阻R上产生的热和导体棒增加的重力势能,故选项A错误,选项C正确；由动能定理可得拉力F与重力做功的代数和等于克服安培力所做的功,等于电阻R上产生的热,选项B、D正确。
【典例2】 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
B2L2vC. 金属棒的速度为v时,所受的安培力大小为F＝
RD. 电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少 【答案】AC
【典例3】 如图所示,宽度为L＝0.2 m的足够长的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上,导轨的一端连接阻值R＝1 Ω的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小B＝5 T。一根质量m＝100 g的导体棒MN放在导轨上,并与导轨接触良好,导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。现用一平行于导
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轨的拉力拉动导体棒沿导轨向右匀速运动,运动速度v＝10 m/s,在运动过程中保持导体棒与导轨垂直。求：
(1) 在闭合回路中产生的感应电流的大小； (2) 作用在导体棒上的拉力的大小；
(3) 当导体棒匀速运动30 cm时撤去拉力,求运动30 cm和撤去拉力至棒停下来的整个过程中电阻R上产生的总热量。
【答案】（1）10 A （2）10 N （3）8 J
【典例4】 如图甲所示,不计电阻的平行金属导轨与水平面成夹角37°放置,导轨间距为L＝1 m,上端接有电阻R＝3 Ω,虚线OO′下方是垂直于导轨平面的匀强磁场。现将质量m＝0.1 kg、电阻r＝1 Ω的金属杆ab从OO′上方某处垂直导轨由静止释放,杆下滑过程中始终与导轨垂直并保持良好接触,杆下滑过程中的v－t图象如图乙所示。(取g＝10 m/s)求：
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(1) 磁感应强度B；
(2) 金属杆在磁场中下滑0.1 s过程中电阻R产生的热量。 【答案】 (1)2 T (2)1.875×10 J
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