考前回归20 推导安培力做功与焦耳热-【奇点物理】冲刺2020高考物理考前回归

奇点物理《考前回归》 高考物理教研互助联盟 回归20.推导安培力做功与焦耳热 证明: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.安培力做功的过程,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 E-BLU F=BⅠ R w=F:dx=BILdx o-JFR+r)dt-jBILdx ∴W安=-Q 本质解释:在闭合电路中,部分导体做切割磁感线运动,导体中自由电荷受到洛伦 兹力,其沿导体方向的分力提供非静电力做正功,其垂直导体方向的分力提供安培力作 用做负功。而洛伦兹力不做功,因此这两个分力做的总功(率)总是0,即有W非+W安 在纯电阻电路中非静电力做功产生的电能最终全部转化为电路的电热,即有丌 所有W安=-Q 【例1】(2014北京卷T24)导体切割磁感线的运动可以从宏观和微观两个角度来认 识。如图所示,固定与水平面的U形导线框处于竖直向下的匀强磁场中,金属直导线 MN在与其垂直的水平恒力F作用下,在导线框上以速度做匀速运动,速度υ与恒力F 方向相同;导线MN始终与导线框形成闭合回路。已知导线MN电阻为R,其长度l恰 奇点物理《考前回归》 高考物理教研互助联盟 空气阻力及摩擦。若线框始终处在方向竖直向下、磁感强度为B的匀强磁场中,线框从 水平位置由静止释放,历时t到达竖直位置,此时ab边的速度为U,重力加速度为g 求 B O (1)线框在竖直位置时,ab边两端的电压及其所受安培力的大小; (2)这一过程中感应电动势的有效值 (3)在这一过程中,通过线框导线横截面的电荷量 解析:(1)ab边切割磁感线产生感应电动势为E=BLU 线框中的电流为Ⅰ.ab两端的电压为Ub2=13R=BLU 4R ab边所受安培力为F=B=2L2 +R 2)线框下落过程中,由动能定理: mgl-w=m02-0 又因Q 24R 奇点物理《考前回归》 高考物理教研互助联盟 解得:E#=21(mngL-m2)R 3)对于线框的下摆过程,垂直磁场线框的面积变化为△S=L2 线框中的平均感应电动势为 E_ AC BAS B2 ∧t△tt E 线框中的平均电流I BAs BL AR Rt Rt 通过导线横截面的电荷量q R -66-