电磁感应中的能量问题.doc

学科课题课型授课人时间地点高中物理电磁感应中的能量问题复习课张敬涛2006-12-21高三、21教学目标1、 知识与技能：（1）会利用法拉第电磁感应定律计算感应电动势的大小（2）掌握感应电流的计算，安培力方向的判断（左手定则）（3）正确运用功能关系、能量守恒的思想解决电磁感应问题，提高综合分析物理问题的能力2、过程与方法： 掌握处理电磁感应能量问题的一般思路：1、对研究对象受力分析，确定运动过程及特征 2、理顺好能量转化关系，运用功能关系或能量守恒定律求解3、情感态度与价值观： （1）通过具体问题的分析，培养学生严密的逻辑思维能力 （2）体会学习的乐趣、成功的快乐，培养学生严谨的科学态度和良好的学习习惯。 千淘万漉虽辛苦，吹尽黄沙始到金教学重点电磁感应中的能量问题教学难点功能关系在电磁感应中的具体应用教学方法探究式教学教学器材多媒体教学过程教学方法教学内容引入新授题目展示引导学生分析投影并介绍方法、规律总结知识回忆典型例题学生练习典型例题引导学生分析方法、规律、思路典型例题引导学生分析方法、规律、思路问题讨论学生讨论后给出答案课堂训练：本节小结作业上一节我们研究了“电磁感应中的动力学问题”，通过对导体棒的受力分析，运用牛顿定律研究了动态变化及平衡问题。今天我们一起来研究“电磁感应中的能量问题”引出课题“电磁感应中的能量问题”（投影并板书）那么如何去解决能量问题呢？问题分析：电阻为R的矩形导线框abcd,边长ab=l, ad=h,质量为m,自某一高度自由落体,通过一匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,磁场区域的宽度为h ,如图,若线框恰好以恒定速度通过磁场,线框内产生的焦耳热等于 (不考虑空气阻力) 分析：（1）cd边进入磁场前线框做什么运动？线框通过磁场之后做什么运动？（2）线框通过磁场的过程中能量是怎样转化的？（3）线框通过磁场的过程中移动的距离是多少？（4）在线框通过磁场的过程中，安培力做什么功？大小为多大？跟电路中产生的电能有什么关系？通过问题，引导学生得到： 在电磁感应中，克服安培力做的功在大小上等于电路中产生的电能（板书）电磁感应现象实质是能量转化与守恒.电磁感应过程中导体（或线圈）克服安培力做功,其他形式的能量转化为电能。当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能量。“外力”克服安培力做了多少功,就有多少其他形式的能转化为电能。 研究能量问题的思路：（板书） 1、对研究对象受力分析，确定运动过程及特征 2、理顺好能量转化关系，运用功能关系或能量守恒定律求解问题总结：力做的功能量的变化克服安培力做的功合外力做的功重力做的功电场力做的功除重力外的其它力做的功【例1】两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角为的斜面上，导轨的左端接有电阻R，其余电阻忽略不计。匀强磁场方向竖直向上。质量为m、电阻不计的金属棒ab，在与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑，并上升h高度。如图所示，在这过程中A作用在金属棒上的各个力的合力所做的功等于零B作用在金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻R上发出的焦耳热之和C恒力F与安培力的合力所做的功等于零D恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上发出的焦耳热【变式练习1】如图所示，匀强磁场和竖直导轨所在面垂直，金属棒ab可在导轨上无摩擦滑动，在金属棒、导轨和电阻组成的闭合回路中，除电阻R外，其余电阻均不计，在ab下滑过程中： A.由于ab下落时只有重力做功，所以机械能守恒 B.ab达到稳定速度前，其减少的重力势能全部转化为电阻R的内能 C.ab达到稳定速度后，其减少的重力势能全部转化为电阻R的内能 D.ab达到稳定速度后，安培力不再对ab做功【例2】图中MN和PQ为竖直方向的两平行长直金属 导轨，间距l为0.40m，电阻不计。导轨所在平面与磁感应强度B为0.50T的匀强磁场垂直。质量m为6.010-3kg、电阻为1.0的金属杆ab始终垂直于导轨，并与其保持光滑接触。导轨两端分别接有滑动变阻器和阻值为3.0的电阻R1。当杆ab达到稳定状态时以速率v匀速下滑，整个电路消耗的电功率P为0.27W，重力加速度取10m/s2，试求速率v和滑动变阻器接入电路部分的阻值R2。分析：（1）哪部分为电源？电路结构如何？（2）杆ab稳定状态时的受力情况，能量转化情况？（拓展：稳定前的情况呢？）一、与稳恒电路相联系的能量问题时：（板书）（1）求电动势、分清电路结构（2）根据力的平衡求力、据能量守恒定律或功能关系或焦耳定律求能量【例3】一半径很小，质量为m、电阻为R的金属圆环，用一根长为L的绝缘细绳悬挂于O点，离O点下方L /2处有一宽度为L /4的垂直纸面向里的匀强磁场区，如图所示。现使圆环由与悬点O等高位置A处静止释放，下摆中金属环所在平面始终垂直磁场，则金属环在整个过程中产生的焦耳热为 。 分析：（1）圆环的受力情况、运动情况，圆环最终怎样运动？（2）能量转化的情况怎样？二、变速运动中的能量转化问题（板书） 分清运动过程、理顺能量关系对第1题拓展讨论（1）若线框开始下落时高度变高、变低，则线框cd边刚进入磁场时做什么运动？能量如何转化的？（2）线框cd边刚出磁场时呢？（3）若磁场的宽度Hh，线框通过磁场的过程中，重力做功为多少？能量可能转化的情况？Hh呢？1如图所示，在磁感强度为B的匀强磁场中，有半径为r的光滑半圆形导体框架，OC为一能绕O在框架上滑动的导体棒，OC之间连一个电阻R，导体框架与导体棒的电阻均不计，若要使OC能以角速度匀速转动，则外力做功的功率是 A. B2 2 r4 R B. B2 2 r4 2RC. B2 2 r4 4RD. B2 2 r4 8R2如图所示，位于一水平面内的、两根平行的光滑金属导轨，处在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨所在的平面，导轨的一端与一电阻相连；具有一定质量的金属杆ab放在导轨上并与导轨垂直。现用一平行于导轨的恒力F拉杆ab，使它由静止开始向右运动。杆和导轨的电阻、感应电流产生的磁场均可不计。用E表示回路中的感应电动势，i表示回路中的感应电流，在i随时间增大的过程中，电阻消耗的功率等于A F的功率 B 安培力的功率的绝对值C F与安培力的合力的功率 D iE 1、着重复习了电磁感应中的能量问题2、解决能量问题的电磁感应中的能量问题的方法和思路3、解题的关键在于正确的分析物理过程和能量转化的问题1、 整理学案2、 做电磁感应中的能量问题学案中剩余的题目教后反思： 本节课是一节高三一轮复习课，前面已经复习了电磁感应的产生条件、楞次定律、法拉第电磁感应定律、电磁感应中的动力学问题等内容，本专题是电磁感应中的重点、难点问题，也是高考中的重中之重；高考中往往以综合题的形式出现，所以在此特设置了这么一个专题，对有关知识加以突破。在课堂上，我注重以学生为主，充分调动学生的主动性、积极引导学生分析问题、归纳总结方法、规律、思路，学生参与的意识很强，师生互动较好，课堂教学效果感觉效果良好。不足之处，对某些问题的处理上感觉有点粗、有点急，譬如在课堂引入时的那个题目的（4）问应该处理的更好一些！总之，我感觉这堂课上得还是比较成功的。课后训练题：1如图所示，虚线框abcd内为矩形匀强磁场区域，ab=2bc，磁场方向垂直于纸面；实线框abcd是一正方形导线框，ab边与ab边平行，若将导线框匀速地拉离磁场区域，以W1表示沿平行于ab的方向拉出过程中外力所做的功，W2表示以同样速率沿平行于bc的方向拉出过程中外力所做的功，则：A、W1=W2 B、W1=2W2 C、2W1=W2 D、4W1=W2 2如图所示，光滑导轨倾斜放置，其下端连接一个灯泡，匀强磁场垂直于导轨所在平面，当ab棒下滑到稳定状态时，小灯泡获得的功率为P0，除灯泡外，其他电阻不计，要使稳定状态灯泡的功率变为2P0，下列措施正确的是A换一个电阻为原来一半的灯泡B把磁感应强度B增为原来的2倍C换一根质量为原来的倍的金属棒D把导轨间的距离增大为原来的倍3如图，AB、CD是固定的水平放置的足够长U形金属导轨，整个导轨处于竖直向上的匀强磁场中，在导轨上放一金属棒ab，给ab一个水平向右的冲量，使它以初速度v0运动起来，最后静止在导轨上，在导轨是光滑和粗糙两种情况下A安培力对ab所做的功相等B电流通过整个回路做功相等C整个回路产生的热量相等D到停止运动时，两种情况棒运动距离相等4如图所示，足够长的光滑金属框竖直放置，框宽l0.5 m，框的电阻不计，匀强磁场磁感应强度B1 T，方向与框面垂直，金属棒MN的质量为100 g，电阻为1 现让MN无初速地释放并与框保持接触良好的竖直下落，从释放到达到最大速度的过程中通过棒某一横截面的电量为2 C，求此过程中回路产生的电能（空气阻力不计，g10 m/s2）5 如图所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距lm，导轨平面与水平面成=37角，下端连接阻值为尺的电阻匀强磁场方向与导轨平面垂直质量为0.2kg、电阻不计的金属棒放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，它们之间的动摩擦因数为0.25(1)求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小；(2)当金属棒下滑速度达到稳定时，电阻尺消耗的功率为8W，求该速度的大小；(3)在上问中，若R2，金属棒中的电流方向由a到b，求磁感应强度的大小与方向(g=10rns2，sin370.6， cos370.8)6如图所示，电动机牵引一根原来静止的长L=1m、质量m=0.1kg的导体棒MN，其电阻R为1，导体棒架在处于磁感应强度B=1T，竖直放置的框架上，当导体棒上升h=3.8m时，获得稳定的速度，导体产生的热量为12J，电动机牵引棒时，电压表、电流表的读数分别为7V、1A，电动机内阻r为1，不计框架电阻及一切摩擦，g取10m/s2，求： 棒能达到的稳定速度。棒从静止达到稳定速度所需要的时间。6如图所示，两