浙江省高三物理复习 第9章 第4讲 电磁感应规律与力学规律的综合运用课件 新人教版.ppt

第4讲电磁感应规律与力路规律的综合应用 电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用 因此 电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起 解决这类电磁感应中的力学问题 不仅要应用电磁学中的有关规律 如楞次定律 法拉第电磁感应定律 左手定则 右手定则 安培力的计算公式等 还要应用力学中的有关规律 如牛顿运动定律 动能定理 功能关系 能量转化与守恒定律等 要将电磁学和力学的知识综合起来应用 1 动力学 运动学结合的动态分析 思考方法是 电磁感应现象中感应电动势 感应电流 通电导线受安培力 合外力变化 加速度变化 速度变化 感应电动势变化 周而复始地循环 循环结束时 加速度等于零 导体达到稳定状态 2 产生和维持感应电流的存在的过程就是其他形式的能量转化为感应电流电能的过程 导体在达到稳定状态之前 外力移动导体所做的功 一部分消耗于克服安培力做功 转化为产生感应电流的电能或最后再转化为焦耳热 另一部分用于增加导体的动能 即导体达到稳定状态 做匀速运动时 外力所做的功 完全消耗于克服安培力做功 并转化为感应电流的电能或最后再转化为焦耳热 3 安培力做正功和克服安培力做功的区别 电磁感应的过程 总伴随着能量的转化和守恒 当外力克服安培力做功时 就有其他形式的能转化为电能 当安培力做正功时 就有电能转化为其他形式的能 一 电磁感应定律与牛顿第二定律结合例1 如图9 4 1甲所示的轮轴 它可以绕垂直于纸面的光滑固定水平轴o转动 轮上绕有轻质柔软细线 线的一端系一重物 另一端系一质量为m的金属杆 在竖直平面内有间距为l的足够长的平行金属导轨pq ef 在qf之间连接有阻值为r的电阻 其余电阻不计 磁感应强度为b的匀强磁场与导轨平面垂直 开始时金属杆置于导轨下端 将重物由静止释放 重物最终能匀速下降 运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好 忽略所有摩擦 1 若重物的质量为m 则重物匀速下降的速度v为多大 2 对一定的磁感应强度b 重物的质量m取不同的值 测出相应的重物做匀速运动时的速度 可得出v m实验图线 图乙中画出了磁感应强度分别为b1和b2时的两条实验图线 试根据实验结果计算b1与b2的比值 图9 4 1 变式训练1 如图9 4 2所示 在磁感应强度为b的水平方向的匀强磁场中竖直放置两平行导轨 磁场方向与导轨所在平面垂直 导轨上端跨接一阻值为r的电阻 导轨电阻不计 两金属棒a和b的电阻均为r 质量分别为ma 2 10 2kg和mb 1 10 2kg 它们与导轨相连 并可沿导轨无摩擦滑动 闭合开关s 先固定b 用一恒力f向上拉a 稳定后a以v1 10m s的速度匀速运动 此时再释放b b恰好能保持静止 设导轨足够长 取g 10m s2 1 求拉力f的大小 2 若将金属棒a固定 让金属棒b自由下滑 开关仍闭合 求b滑行的最大速度v2 3 若断开开关 将金属棒a和b都固定 使磁感应强度从b随时间均匀增加 经0 1s后磁感应强度增到2b时 a棒受到的安培力正好等于a棒的重力 求两金属棒间的距离h 图9 4 2 二 电磁感应与能量结合例2 如图9 4 3所示 两根足够长固定平行金属导轨位于倾角 30 的斜面上 导轨上 下端各接有阻值r 20 的电阻 导轨电阻忽略不计 导轨宽度l 2m 在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面向上的匀强磁场 磁感应强度b 1t 质量m 0 1kg 连入电路的电阻r 10 的金属棒ab在较高处由静止释放 当金属棒ab下滑高度h 3m时 速度恰好达到最大值v 2m s 金属棒ab在下滑过程中始终与导轨垂直且与导轨良好接触 g取10m s2 求 1 金属棒ab由静止至下滑高度为3m的运动过程中机械能的减少量 2 金属棒ab由静止至下滑高度为3m的运动过程中导轨上端电阻r中产生的热量 图9 4 3 变式训练2 如图9 4 4所示abcd为静止于水平面上宽度为l而长度很长的u形金属滑轨 bc边接有电阻r 其他部分电阻不计 ef为一可在滑轨平面上滑动 质量为m的均匀金属棒 今金属棒以一水平细绳跨过定滑轮 连接一质量为m的重物 一匀强磁场b垂直滑轨面 重物从静止开始下落 不考虑滑轮的质量 且金属棒在运动中均保持与bc边平行 忽略所有摩擦力 则 1 当金属棒做匀速运动时 其速率是多少 忽略bc边对金属棒的作用力 2 若重物从静止开始至匀速运动时下落的总高度为h 求这一过程中电阻r上产生的热量 图9 4 4 解析 视重物m与金属棒m为一系统