巧用能量守恒 妙解电磁问题，本文主要内容关键词为：巧用论文,电磁论文,能量论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
带电的物体在电场中运动时、电流通过导体时、电磁感应的过程中往往伴随有能量的 转化。学会利用能量的观点分析这些问题具有重要意义：①可以使变力和变电流做功问 题得到简便解决。②从本质上分析问题，回避了许多复杂的具体过程，且对问题理解深 刻，因此具有思路清晰、过程简洁、求解方便等特点。
利用能量守恒分析问题的步骤：①弄清研究对象一共有几种形式的能量发生变化，每 一种发生变化的能量增减情况。②利用能量的减少量与增加量相等列方程。
例1 如图1所示，在倾角为37°的固定斜面两端，垂直于斜面方向固定两个弹性扳A、 B，两板相距L = 2m。一质量为m = 10g、带电量为q = 1×10[-7]C的物体与斜面间的动 摩擦因数为μ = 0.2，物体在斜面中点以大小为v[,0] = 10m/s的初速度开始沿斜面运 动。若物体与弹性板碰撞过程中无机械能损失，电量不变，匀强电场场强大小为E = 2 ×10[6]N/C，方向平行斜面向上。求物体在斜面上通过的路程。(g取10m/s[2])
附图
分析与解答 重力沿斜面向下的分力G[,1] = mgsin37° = 0.06N
电场力F = q E = 0.2N
最大静摩擦力F[,f] = μF[,N] = μmgcos37° = 0.016N
所以F[,f] + G[,1] = 0.076N＜F = 0.2N
因此，物体最终停靠在B板处。
在整个运动过程中物体的动能、电势能减少了，重力势能和内能增加了。
由能量守恒定律得：
附图
代入数据，解得：s = 40m
解后总结 求解此题的关键是由受力情况判断出物体最终停留位置，用能量的观点避 开了对物体复杂运动过程的分析。
附图
耳热Q[,R]。
分析与解答 ab棒在磁场中运动时，受重力和安培力的作用，因为速度变化、导致电 路中的E[,感]、I[,感]、F[,安]都变化，由于I[,感]是变化的，所以求电阻R中的焦耳 热不能用公式Q[,R] = I[2]Rt。分析该题目中的能量转化过程：ab棒通过磁场时减少的 机械能转化为电能，生成的电能在电阻R中转化成内能。
由能量守恒定律，得：
附图
位置、电阻不计的金属框架上，导体棒的电阻R = 1Ω，磁感强度B = 1T的匀强磁场， 方向垂直于导体框架所在平面。当导体棒在电动机牵引下上升3.8m时，获得稳定速度， 此过程中导体棒产生热量Q = 2J。电动机工作时，电压表、电流表的读数分别为U = 7V 和I = 1A，电动机的内阻r = 1Ω。不计一切摩擦，g取10m/s[2]。求：
(1)导体棒所达到的稳定速度是多少?
(2)导体棒从静止到达稳定速度的时间是多少?
分析与解答 (1)金属棒达到稳定速度时，所受合外力为零，设此时细绳对棒的拉力为 F[,T]，金属棒所受安培力为F，则有：
附图
电动机的能量转化过程为：消耗的电能一部分转化为线圈上的内能，另一部分转化为 输出的机械能。由能量守恒定律，得：
IU-I[2] r = F[,T]v
③
①、②、③三式联立，代入数据解得：
v[,1] = 2m/s
v[,2] = -3m/s(舍去)
(2)导体棒的加速过程中能量转化为：电动机输出的能量一部分转化为导体棒的机械能 ，另一部分转化为导体棒中的内能。设导体棒的加速时间为t，由能量守恒定律得：
附图
代入数据解得：t = 1s
题后总结 求解此题的关键是要对整个系统的能量转化过程很清楚，并能灵活地运用 能量守恒定律建立有关能量之间的关系。