电磁感应过程总是伴随着能量转化。导体切割磁感线或磁通量发生变化在回路中产生感应电流，机械能或其他形式能量便转化为电能，具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用或通过电阻发热，又可使电能转化为机械能或电阻的内能。

因此，中学阶段用能量转化观点研究电磁感应问题常是导体的稳定运动(匀速直线运动或匀变速运动)．对应的受力特点是合外力为零或者恒定不变，能量转化过程常是机械能转化为电阻内能．

知识点一电磁感应中的能量转化规律

电磁感应现象中出现的电能，一定是由其他形式的能转化而来，具体问题中会涉及多种形式的能之间的转化，机械能和电能的相互转化、内能和电能的相互转化．分析时，应当牢牢抓住能量守恒这一基本规律，分析清楚有哪些力做功，就可知道有哪些形式的能量参与了相互转化，如有摩擦力做功，必然有内能出现；重力做功，就可能有机械能参与转化；安培力做负功就将其他形式能转化为电能(发电机)，做正功将电能转化为其他形式的能(电动机)；然后利用能量守恒列出方程求解。

[应用1]光滑平行导轨水平放置，导轨左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连，一根质量为m的导体棒ab，用长为l的绝缘细线悬挂，悬线竖直时导体棒恰好与导轨良好接触且细线处于张紧状态，如图所示，系统空间有匀强磁场．当闭合开关S时，导体棒被向右摆出，摆到最大高度时，细线与竖直方向成角，则(　　 )

A．磁场方向一定竖直向下

B．磁场方向竖直向下时，磁感应强度最小

C．导体棒离开导轨前通过棒的电量为

D．导体棒离开导轨前电源提供的电能大于

mgl(1 – cos)

导示：选择：BD。当开关S闭合时，导体棒向右摆起，说明其所受安培力水平向右或有水平向右的分量，但安培力若有竖直向上的分量，应小于导体棒所受重力，否则导体棒会向上跳起而不是向右摆，由左手定则可知，磁场方向斜向下或竖直向下都成立，A错；当满足导体棒“向右摆起”时，若磁场方向竖直向下，则安培力水平向右，在导体棒获得的水平冲量相同的条件下，所需安培力最小，因此磁感应强度也最小，B正确；

设导体棒右摆初动能为E_k，摆动过程中机械能守恒，有E_k = mgl (1–cos)，导体棒的动能是电流做功而获得的，若回路电阻不计，则电流所做的功全部转化为导体棒的动能。

此时有W = IEt= qE = E_k，得W = mgl (1–cos)，，题设条件有电源内阻不计而没有“其他电阻不计”的相关表述，因此其他电阻不可忽略，那么电流的功就大于mgl (1–cos)，通过的电量也就大于，C错D正确．

类型一电磁感应中的图象问题分析

电磁感应现象中图像问题的分析，要抓住磁通量的变化是否均匀，从而推知感应电动势(电流)是否大小恒定．用楞次定律判断出感应电动势(或电流)的方向，从而确定其正负。

　　 分析回路中的感应电动势和感应电流的大小及其变化规律，要利用法拉第电磁感应定律来分析．有些图像问题还要画出等效电路来辅助分析，

另外，要正确解决图像问题，必须能根据图像的意义把图像反映的规律对应到实际过程中去，又能根据实际过程的抽象规律对应到图像中去，最终根据实际过程的物理规律进行判断，这样，才抓住了解决图像问题的根本。

[例1](如东高级中学08届高三第三次阶段测试)如图甲所示，两个垂直纸面的匀强磁场方向相反，磁感应强度的大小均为B，磁场区域的宽度均为a，一正三角形(高度为a)导线框ABC从图示位置沿图示方向匀速穿过两磁场区域，以逆时针方向为电流的正方向，在图乙中感应电流I与线框移动距离x的关系图象正确的是(　 　)

导示：导线框进入左边磁场时，切割磁感应线的有效长度L=2vt·tan30°，与时间成正比。根据楞次定律可以判定，导线框进入左边磁场和离开右边磁场时，电路中的感应电流方向为逆时针方向。导线框在穿越两个磁场过程中，电路中的感应电流方向为顺时针方向。

类型二电磁感应中的能量问题的分析

解决电磁感应中的能量问题的基本方法是：　　

(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向；

(2)画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率表达式；

(3)分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程。　

[例2](上海徐汇区08届高三第一学期期末试卷)(14分)如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距为L＝1m，定值电阻R₁＝4Ω，R₂＝2Ω，导轨上放一质量为m＝1kg的金属杆，导轨和金属杆的电阻不计，整个装置处于磁感应强度为B＝0.8T的匀强磁场中，磁场的方向垂直导轨平面向下，现用一拉力F沿水平方向拉杆，使金属杆由静止开始运动。图乙所示为通过R₁中的电流平方随时间变化的I₁²-t图线，求：

(1)5s末金属杆的动能；

(2)5s末安培力的功率；

(3)5s内拉力F做的功。

导示：(1)E＝BLv＝I₁R₁，

v＝＝m/s＝5m/s，

E_k＝mv²＝2.5J；

(2)I＝3I₁＝3A，

P_A＝I₁²R₁+I₂²R₂＝3I₁²R₁＝2.4W

或F_A＝BIL＝2.4N，P_A＝F_Av＝2.4W；

(3)由P_A＝3I₁²R₁和图线可知，P_Aµt，所以

W_A＝P_Amt＝6 J；

(或根据图线，I₁²t即为图线与时间轴包围的面积，所以W_A＝3I₁²R₁t＝3××5×0.2×4＝6 J)

又W_F－W_A＝E_k，得W_F＝W_A+E_k＝8.5 J。

1．(盐城中学08届高三年级12月份测试题)如图所示，在PQ、QR区域中存在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面。一导线框abcdef位于纸面内，况的邻边都相互垂直，bc边与磁场的边界P重合。导线框与磁场区域的尺寸如图所示。从t=0时刻开始，线框匀速横穿两个磁场区域。以a→b→c→d→e→f为线框中的电动势ε的正方向，以下四个ε-t关系示意图中正确的是(　　 )　

电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量ф、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图像，即B-t图像，ф-t图像。E-t图像和I-t图像。对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图像，即E-x图像和I-x图像．

这些图像问题大体上可分为两类：由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像，或由给定的有关图像分析电磁感应过程，求解相应的物理量．

15．回答下列两个问题。

Ⅰ.根据下列实验记录回答问题：用电子显微镜观察A、B、C三种细胞，观察到了a-e五种结构。结构a、b、c都由两层膜构成，其中a的膜具有小孔，而b、c没有孔；细胞分裂时，从d的周围发出纺锤丝；e呈囊状并由片层结构重叠而成。现将观察的结果整理列表如下(“+”存在；“－”不存在)。

(1)试样A、B、C分别是菠菜叶、大肠杆菌和鼠的肝脏中的一种，结构a-e分别是线粒体、细胞核、叶绿体、中心体和高尔基体中的一种。试问：

①试样A、B、C各是什么？_____________________。

②结构a-e各是什么？______________________。

(2)细胞中不具有结构a的生物是什么生物？_________________________。(

(3)若将试样B在低温下进行离心，分离出结构a、b、c的形状完全保持不变，那么能利用O₂的结构是________；能产生ATP的结构是________；DNA含量最多的是________。

Ⅱ.各种膜的物质含量如下表所示：

(1)为研究细胞膜的结构与功能，从上表中选取________做实验，选用该材料的原因是_

_____________________________________。

(2)获取细胞膜的方法与原理是

________________________________________________________________________。

(3)依据上表数据，请分析构成细胞膜与细胞器膜的化学物质组成上的主要区别： ________________________________________________________________________。

(4)用不同的荧光染料标记的抗体分别与小鼠细胞和人细胞的膜抗原相结合，它们能分别产生绿色和红色荧光。当这两种细胞融合后形成一个杂交细胞时，开始一半呈绿色，一半呈红色，但是，在37℃下保温40分钟后，两种颜色的荧光点就呈均匀分布。这一现象说明了细胞膜具有______________性。

解析：Ⅰ.从题中的文字信息看，a是细胞核，b、c分别为线粒体、叶绿体，d是中心体，e是高尔基体；从表中的信息看A中没有任何细胞器，可以判断是大肠杆菌；B、C中都有b，可确定b为线粒体，c为叶绿体，由此确定B是菠菜叶，C是鼠的肝脏。

Ⅱ.哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和各种细胞器，一般用作研究细胞膜的材料，把其放在蒸馏水中，细胞吸水膨涨破裂，通过过滤、离心等方法可获得纯净的细胞膜；各种膜结构的组成成分基本一样，但是各组成成分的含量不同。

答案：Ⅰ.(1)①A是大肠杆菌，B是菠菜叶，C是鼠的肝脏

②a是细胞核，b是线粒体，c是叶绿体，d是中心体，e是高尔基体

(2)原核生物　(3)b　b和c　a

Ⅱ.(1)人的红细胞　成熟的红细胞除细胞膜外无其他膜结构

(2)将选取的上述材料放入清水中，由于渗透作用，一段时间后细胞将破裂

(3)细胞膜都含糖而细胞器膜几乎不含糖　(4)流动

14．如图是两种细胞的亚显微结构示意图，请据图回答：

(1)图一细胞中与合成和分泌抗体有关的具有膜结构的细胞器有　　(填标号)。

(2)观察图二细胞细胞质流动时，往往以[　]　　作参照物。

(3)图一细胞中葡萄糖的分解是在[　]　　中进行的。

(4)图二细胞中能够合成葡萄糖的结构是[　]　　。

(5)图二细胞能否用作“观察植物细胞有丝分裂”的材料？　　，原因是(

_______________________________。

(6)如果将图二细胞放入0.3 g/mL的蔗糖溶液中，将会出现细胞壁与[　]　　分离的现象。

(7)有光的条件下，14C标记的CO₂进入图二细胞后，首先在[　]　　内发生反应，在该结构中含14C的系列产物有　　　　。该结构产生的含14C的产物主要在[　]　　内彻底氧化分解，为细胞生命活动提供能量。

(8)若图二细胞是植物根尖分生区细胞，则该细胞没有的结构是大液泡和[　]　　，在细胞分裂间期，代谢活动异常活跃的细胞结构有[　]　　、

[　]　　[　]　　。

解析：分泌和合成抗体有关的细胞结构较多，但是这里只是考查具有膜结构的细胞器，要注意细心审题。分解葡萄糖是在细胞质基质中进行的，这是呼吸作用的第一阶段。成熟的植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层，它可以看成是一层半透膜，而且仅存在于成熟的植物细胞内。CO₂的固定是在叶绿体中进行的，先形成C₃，然后C₃还原形成(CH₂O)；细胞分裂间期主要完成DNA分子的复制及蛋白质的合成。

答案：(1)③⑤⑥　(2)⑧　叶绿体

(3)④　细胞质基质　(4)⑧　叶绿体

(5)不能　该细胞表示的是成熟的植物叶肉细胞，已经高度分化，不再具有分裂能力

(6)①　原生质层

(7)⑧　叶绿体　C₃(或答：三碳化合物)、(CH₂O)(或答：糖类、有机物)　⑥　线粒体

(8)⑧　叶绿体　⑩　细胞核　⑦　核糖体　⑥　线粒体

13．下图是某一物质通过细胞膜的图解，回答下列问题：

(1)①图中所示物质通过细胞膜的方式是_______________________________；

理由是　　　　　　　　，此物质运输方式可以体现出细胞膜在功能上具有　　　的特点。

②下列符合图示运输方式的物质是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (　)

A．甘油　　　　　　　　　　 　B．K⁺

C．N₂ 　　　　　　　　　　　　D．维生素D

(2)已知A、B分别是两种酶，A是磷酸激酶，B是磷酸酯酶，请推断：

磷酸激酶的具体作用是__________________；磷酸酯酶的具体作用是

________________；它们的化学本质是________________。

(3)C物质是______________，功能上它是__________物质，它在细胞内转化快，从而保证了生命活动的正常进行，因此在细胞内的存在量________(填“少”或“多”)。如上图所示，C物质是在线粒体中经________(生理过程)产生的。

(4)D物质在物质运输过程中的名称是________，它在细胞膜上位置的变动说明了细胞膜具有__________。

解析：(1)图中物质跨膜方式需载体、消耗能量，因此是主动运输，体现出细胞膜在功能上的选择透过性。

(2)由图示可看出A磷酸激酶催化载体与磷酸结合在一起，携带了能量，便于与所运输物质结合，B磷酸酯酶则催化载体与物质磷酸分离，使所运输物质进入细胞，载体再次进行下次运输。大多数酶的化学本质都是蛋白质。

(3)图中C物质是ATP，是细胞生命活动的直接能源物质，ATP在细胞内存在量少，但与ADP之间转化迅速。线粒体是进行有氧呼吸的主要场所。

(4)图中D物质是载体，D物质的运动说明细胞膜具有一定的流动性。

答案：(1)①主动运输　需要载体；需要能量(ATP)；逆浓度梯度运输　选择透过性　②B

(2)催化物质D和磷酸结合在一起　催化物质D和磷酸形成的复合物发生分离　蛋白质(

(3)ATP　生命活动的直接能源　少　有氧呼吸

(4)载体　一定的流动性

12．蓝藻、酵母菌、硝化细菌、根瘤菌等生物中都具有的结构是　　　　　　 (　)

A．核糖体和线粒体 　　　　　　　B．细胞膜和叶绿体

C．内质网和中心体 　　　　　　　D．细胞膜和核糖体

解析：蓝藻、硝化细菌、根瘤菌属于原核生物，酵母菌属于真核生物，原核细胞与真核细胞的不同在于原核细胞无成形的细胞核，但是它具有正常细胞的细胞膜，也有合成蛋白质的核糖体。

答案：D

11．下列关于细胞核的叙述，正确的是　　　　　　　　　　　　　　　　　 (　)

A．真核细胞的核膜上有许多种酶，有利于多种化学反应的顺利进行

B．在电镜下观察分裂间期的真核细胞，可以看到细胞核的主要结构有核膜、核仁和染色体

C．真核细胞的核膜上有核孔，脱氧核糖核酸等大分子物质可以通过核孔进入细胞质

D．原核细胞的拟核除没有核膜外，其他方面与真核细胞的细胞核没有差别

解析：真核细胞有丝分裂间期看不到染色体；原核细胞没有真正的细胞核，即没有核膜、核仁和染色体；核糖核酸可以通过核孔进入细胞质，而不是脱氧核糖核酸。

答案：A

10．对下图所示细胞的概述正确的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (　)

A．甲、乙、丙和丁四种细胞中都有核糖体

B．依据同化作用方式划分，乙和丙代表的生物为异养型，甲和丁代表的生物为自养型

C．细胞核或拟核中含有自身全部遗传信息，是细胞结构中最重要的部分

D．丙和丁细胞只含有细胞膜，没有核膜和细胞器

解析：原核和真核细胞都具有核糖体；细菌也有自养型的，如硝化细菌等；真核、原核细胞的遗传物质不仅存在于细胞核或拟核中，细胞质中也含有。

答案：A

9．下图甲为叶绿体结构模式图，图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列相关叙述，正确的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (　)

A．图乙所示结构取自图甲中的①或③

B．与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上

C．图乙所示的结构是合成NADPH并消耗ATP的场所

D．叶绿体以图甲③的形式扩大膜的表面积

解析：图乙分布有色素，说明图乙所示的结构取自类囊体，叶绿体的内、外膜上不含有色素；与光合作用有关的酶分布在类囊体和叶绿体基质中；类囊体是叶绿体进行光反应的场所，产生NADPH和ATP；叶绿体通过类囊体堆叠扩大膜的表面积。

答案：D

8．下列有关叶绿体和线粒体比较的叙述，正确的是　　　　　　　　　　　　 (　)

A．叶绿体中可发生CO₂→C₃→C₆H₁₂O₆的变化，在线粒体中则会发生C₆H₁₂O₆→C₃→CO₂的变化

B．ATP和[H]在叶绿体中随水的分解而产生，在线粒体中随水的生成而产生

C．光能转变成化学能发生在叶绿体中，化学能转变成光能发生在线粒体中

D．都具有较大膜面积和复杂的酶系统，有利于化学反应高效而有序地进行

解析：在有氧呼吸过程中，C₆H₁₂O₆→C₃(丙酮酸)发生在细胞质基质中，C₃→CO₂发生在线粒体中；在线粒体中，呼吸作用的第二阶段产生ATP和[H]，没有水生成，第三阶段不产生[H]，有水和大量ATP生成；线粒体中的能量转换是将稳定的化学能转变成活跃的化学能和热能；线粒体和叶绿体都具有双层膜结构，有较大膜面积和复杂的酶系统，有利于化学反应高效而有序地进行。

答案：D