高考物理題型歸納匯編電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題

1、電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題題型一：用能量的觀點(diǎn)解決電磁感應(yīng)綜合問(wèn)題例1如圖所示，電動(dòng)機(jī)牽引一根原來(lái)靜止的、長(zhǎng)L為1m、質(zhì)量m為0.1kg的導(dǎo)體棒 MN上升，導(dǎo)體 棒的電阻R為1Q,架在豎直放置的框架上，它們處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B為1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與框架平 面垂直。當(dāng)導(dǎo)體棒上升 h=3.8m時(shí)，獲得穩(wěn)定的速度，導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的熱量為 2J,電動(dòng)機(jī)牽引棒時(shí)，電壓表、 電流表的讀數(shù)分別為 7V、1A,電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻r為1Q, 不計(jì)框架電阻及一切摩擦，求：(1)棒能達(dá)到的穩(wěn)定速度；(2)棒從靜止至達(dá)到穩(wěn)定速度所需要的時(shí)間。解析(1)電動(dòng)機(jī)的輸出功率為：2=IU I2r = 6w電動(dòng)機(jī)的輸出功率就是電動(dòng)機(jī)牽引棒

2、的拉力的功率，P出=Fv當(dāng)棒達(dá)穩(wěn)定速度時(shí) F=mg+BIL 感應(yīng)電流I，= _E=旦vR R解得，棒達(dá)到的穩(wěn)定速度為 v = 2m/s12 八(2)由能重守恒te律得：噸t = mgh+mv2+Q解得t=1s變式訓(xùn)練1圖中MN和PQ為豎直方向的兩平行長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌，間距 l為0. 40m, 電阻不計(jì).導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B為0. 50T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直.質(zhì)量m為6.0X 1C3kg.電 阻為1. 0 的金屬桿ab始終垂直于導(dǎo)軌，并與其保持光滑接觸.導(dǎo)軌兩端分別接有滑動(dòng)變阻器和阻值為 3. 0的電阻Rv當(dāng)桿ab達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)以速率 v勻速 下滑，整個(gè)電路消耗的電功率 P為0. 27W,重力加速

3、度取10m/s2,試 求速率v和滑動(dòng)變阻器接入電路部分的阻值 R2.題型二：交變電流有效值綜合問(wèn)題例2如圖所示，ab=25cm, ad=20cm,匝數(shù)為50匝的矩形線圈.線圈總電阻r=1 Q外OO軸以角速度 50rad/s勻電路電阻R =9Q,磁感應(yīng)強(qiáng)度 B=0. 4T,線圈繞垂直于磁感線的速轉(zhuǎn)動(dòng).求：(1)從此位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，它的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式.(2)1min內(nèi)R上消耗的電能.(3)當(dāng)從該位置轉(zhuǎn)過(guò)30時(shí)，通過(guò)R上瞬時(shí)電功率是多少？(4)線圈由如圖位置轉(zhuǎn)過(guò) 300的過(guò)程中，R的電量為多少?解析(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e = nBccScosot = 50cos50t (V)、

4、_, r- _ 一 、F/-(2)電動(dòng)勢(shì)有效值為 E =252V，電流I = 匚 =2.5&AR r1min內(nèi)R上消耗的電能為 W = I 2Rt =6750 J(3)從該位置轉(zhuǎn)過(guò) 300時(shí)，電動(dòng)勢(shì)為e=50cos30 = 25J3 (V)電流為I =-e=2. 5,3(A) 通過(guò)R上瞬時(shí)電功率為 P = I2R = 168. 75(w) R r(4)線圈由如圖位置轉(zhuǎn)過(guò) 300的過(guò)程中，Af)=BSsin30=o 0. 01 (wb)N-2通過(guò)R的電量為 Q = =5 x 10(C)R r變式訓(xùn)練2如圖所示，一個(gè)半徑為r的半圓形線圈，以直徑 ab為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為n,ab的左側(cè)有垂直紙面向里

5、(與ab垂直)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)， 磁感應(yīng)弓雖度為B, M和N是兩個(gè)集流環(huán)，負(fù)載電阻為 R,線圈、電流表和 連接導(dǎo)線的電阻不計(jì)，求：(1)從圖示位置起轉(zhuǎn)過(guò)1/4周期內(nèi)負(fù)載電阻 R上產(chǎn)生的熱量；(2)從圖示位置起轉(zhuǎn)過(guò)1/4周期內(nèi)負(fù)載電阻 R的電荷量；電流表的示數(shù).題型三：感生電動(dòng)勢(shì)與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)綜合問(wèn)題例3如圖所示，足夠長(zhǎng)的的兩光滑導(dǎo)軌水平放置，兩條導(dǎo)軌相距為d,左端MN用阻值不計(jì)的導(dǎo)線相連，金屬棒ab可在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，導(dǎo)軌單位長(zhǎng)度的電阻為 阻不計(jì)。整個(gè)裝置處于豎直身下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)ro,金屬棒ab的電vB的磁感應(yīng)隨時(shí)間均勻增加，B=kt,其中k為常數(shù)。金屬棒ab在水平外力的作用下，以速度v沿導(dǎo)軌向右做

6、勻速運(yùn)動(dòng) t=0時(shí)，金屬棒ab與MN相距非常近。求當(dāng)t=to時(shí)：(1)水平外力的大小 F; (2)閉合回路消耗的功率。一一 6解析1 (1)閉合回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E =,、2,2,k(t0.：t) vd - kt0vd t當(dāng) At-0時(shí)，E=2kvdt0,2 2 .k d to安培力F =0Or。(2)由 F = Bld ,得 I =匚，回路消耗電能的功率為BdP = I2R =2k2d2vt0-：t變式訓(xùn)練 3如圖所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面上，每根導(dǎo)軌每米的電阻為0.1 Q導(dǎo)軌白端點(diǎn) P、Q用電阻可忽略的導(dǎo)線相連，兩導(dǎo)軌間的距離為0.2m。有隨時(shí)間 TOC o 1-5 h z

7、變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于桌面，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B與時(shí)間t的關(guān)系為 B=0.02t。一電阻不計(jì)的金屬桿P可在導(dǎo)軌上無(wú)摩擦地滑動(dòng)，在滑動(dòng)過(guò)程中保持與導(dǎo)軌垂直，在t=0時(shí)刻，金屬桿緊靠在 P、Q端，Q在外力作用下，桿以恒定的加速度從靜止開(kāi)始向?qū)к壍牧硪欢嘶瑒?dòng)，求在t=0.6s時(shí)金屬桿所受的安培力。題型四：遠(yuǎn)距離輸電的能量損失問(wèn)題例4發(fā)電廠的輸出電壓為 220V,輸出功率為44KW,每條輸電線電阻為 0.2 0 ,求用 戶得到的電壓和電功率各是多少？如果發(fā)電站先用變壓比為1: 10的升壓變壓器將電壓升高，經(jīng)同樣輸電線路后， 再經(jīng)過(guò)10: 1的降壓變壓器降壓后供給用戶，則用戶得到的電壓和 電功率又各是多少？P

8、 .解析1 (1)輸電線上的電流為I =200AU輸電線上損失的功率為 P . = 12 R = 8000W ,電壓損失U = IR = 40V用戶得到的功率為 嗑=PP = 36kW，電壓為U用=U U=180VP(2)輸電電壓為U2 =10U =220(V ,輸電線上的電流為I = = 20A U輸輸電線上損失的功率為 P = I2R =80W ,電壓損失U -IR -4V用戶得到的功率為 P = P - P，： -43920WU U U t.u 輸ux z電壓為U戶=219.6V10變式訓(xùn)練4 一個(gè)小型水力發(fā)電站，發(fā)電機(jī)輸出電壓U0=250V,內(nèi)電阻可以忽略不計(jì)，最大輸出功率為 Pm=30kW,它通過(guò)總電阻 R線=2. 0 的輸電線直接向遠(yuǎn)處的居民區(qū)供電。 設(shè)居民區(qū)所有用電器都是額定電壓U用=220V的白熾燈，總功率為P用=22kW,不計(jì)燈絲電阻隨溫度的變化。(1)當(dāng)居民區(qū)的電燈全部使用時(shí)，電燈兩端的電壓是多少伏 ？發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出的電功率多大(2)若采用高壓輸電，在發(fā)電機(jī)端用升壓變壓器，在用戶端用降壓變壓器，且不計(jì)變壓器 和用戶線路的損耗。已知用戶變壓器的降壓比為40: 1,當(dāng)全部用戶電燈正常發(fā)光時(shí)，輸電線上損耗的功