公开课《电磁感应中的动力学及能量问题》.ppt

2015年12月25日 电磁感应中的动力学及能量问题 电磁感应 动力学及能量问题 模型构建 光滑水平放置的金属导轨间距为L 连接一电阻R 质量为m 电阻为r的金属棒ab与导轨接触良好 其余部分电阻不计 平面内有垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为B 有哪些办法能让导体棒ab沿着导轨向右移动 情景创设 光滑水平放置的金属导轨间距为L 导轨间连接一电阻R 质量为m 电阻为r的金属棒ab与导轨接触良好 其余部分电阻不计 平面内有垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为B 问题1 施加恒定外力F后 ab棒的加速度a 速度v如何变化 探究一水平轨道 v 动力学角度分析 F安 当F安 F时 a 0 速度达到最大vm匀速 解 运动特征 加速度减小的加速运动 最终匀速 F F安 BIL B2L2Vm R r 可得 vm F R r B2L2 vm 斜率变小 光滑水平放置的金属导轨间距为L 导轨间连接一电阻R 质量为m 电阻为r的金属棒ab与导轨接触良好 其余部分电阻不计 平面内有垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为B 问题2 当ab棒速度为v时 求电路消耗的电功率P电 安培力的功率P安分别是多少 问题2 当ab棒速度为v时 求电路消耗的电功率P电 安培力的功率P安分别是多少 结论 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 F安 光滑水平放置的金属导轨间距为L 导轨间连接一电阻R 质量为m 电阻为r的金属棒ab与导轨接触良好 其余部分电阻不计 平面内有垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为B 问题3 施加恒定外力F后 能量如何变化 能不能从能量的视角求ab棒的最大速度 v F安 a 0 v最大匀速 能量 动态 稳态 F安 拉力做功 其他形式能 电能 动能 内能 电能 内能 拉力做功 其他形式能 解 匀速运动时 P拉 P热 能量角度分析 两根足够长的直金属导轨平行放置在倾角为 的绝缘斜面上 导轨间距为L 导轨间连接一电阻R 质量为m 电阻为r的金属棒ab与导轨垂直并接触良好 其余部分电阻不计 整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中 磁场方向垂直斜面向下 不计它们之间的摩擦 重力加速度为g 问题1 让ab棒静止下滑 ab棒加速度a 速度v如何变化 能量如何转化 探究二倾斜轨道 mg N F安 v a 能量 动态 稳态 电能 内能 E I 重力势能 v最大匀速 a 0 动力学 问题1 让ab棒静止下滑 ab棒速度v 加速度a如何变化 能量如何转化 内能 重力势能 电能 动能 问题2 从动力学和能量两个角度 求下滑过程中 ab杆可以达到的速度最大值 mg N F安 解 1 动力学角度 当ab棒稳定下滑时 F安 mgsin 2 能量角度 当ab棒稳定下滑时 重力势能仅向电能转化 重力的功率等于电阻发热功率 即 如果 900 vm多大 拓展1 若ab棒与导轨间有摩擦 且动摩擦因数为 则ab棒稳定时的速度多大 mg N F安 f 解 ab棒达稳定时 合外力为零 拓展2 若无摩擦 棒由静止运动到稳定速度时 电路产生的热量为Q 则刚达稳定速度时杆的位移有多大 这是过程中的能量转化 解 到达稳定的过程中 重力势能转化为动能和电能 电能全部转化为内能 mg N F安 拓展3 若无摩擦 现以功率恒为P 方向沿斜面向上的拉力使棒由静止向上运动位移为x时达到稳定速度 电路产生的热量为Q 则 1 稳定时的速度为多大 2 棒从静止至达到稳定速度所需要的时间为多少 mg N F F安 稳定状态 力平衡 拓展3 若无摩擦 现以功率恒为P 方向沿斜面向上的拉力使棒由静止向上运动位移为x时达到稳定速度 电路产生的热量为Q 则稳定时的速度为多大 棒从静止至达到稳定速度所需要的时间为多少 mg N F F安 过程 W Pt 2 棒从静止到达稳定速度的过程中 拉力所做的的功转化为棒的重力势能 动能和电路产生的焦耳热 课堂小结 导体运动 2 处理该类问题时 我们可以通过对运动状态进行分析 动力学 能量 电路多管齐下 抓住稳态或全过程分析解决问题 1 电磁感应中的能量问题并不是孤立的 而是常常体现在动力学 电路等问题相联系 感应电动势 感应电流 磁场力 电磁感应 闭合电路 磁场对电流的作用 阻碍 感谢莅临指导 AD 达标检测 图4 BC 3 2014 江苏卷 13 如图所示 在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨 导轨间距为L 长为3d 导轨平面与水平面的夹角为 在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层 匀强磁场的磁感应强度大小为B 方向与导轨平面垂直 质量为m的导体棒从导轨的顶端由静止释放 在滑上涂层之前已经做匀速运动 并一直匀速滑到导轨底端 导体棒始终与导轨垂直 且仅与涂层间有摩擦 接在两导轨间的电阻为R 其他部分的电阻均不计 重力加速度为g 求 1 导体棒与涂层间的动摩擦因数 2