电磁感应中的动力学与能量问题ppt课件PPT课件.ppt

高三物理复习课件 导与练 第9章第四课时电磁感应中的动力学与能量问题 1 2 1 掌握电磁感应现象综合应用问题的处理方法 2 理解能量守恒定律在电磁感应中的体现 能用能量的观点分析 解决电磁感应问题 3 4 5 6 2 电磁感应中的能量转化 1 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 这个过程中是机械能或其他形式的能转化为电能 感应电流通过电路做功 又将电能转化为其他形式的能 如内能 因此 电磁感应过程中总是伴随着能量转化发生 2 电流做功产生的热量 用焦耳定律计算 公式为Q I2Rt 3 分析电磁感应现象中能量问题的一般步骤 在电磁感应中 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势 该导体或回路就相当于电源 分析清楚有哪些力做功 就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化 根据能量守恒列方程分析求解 7 克服安培力做功的过程是其他形式的能转化为电能的过程 这种关系不受其他任何条件的影响 8 对应学生用书第132 133页 9 2 如图 甲 MN和PQ是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨 已知导轨足够长 且电阻不计 ab是一根不但与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆 开始 将开关S断开 让杆ab由静止开始自由下落 过段时间后 再将S闭合 若从S闭合开始计时 则金属杆ab的速度v随时间t变化的图象不可能是图 乙 中的 B 10 3 2010年广东湛江一模 如图所示 在磁感应强度B 0 50T的匀强磁场中 导体PQ在力F作用下在U形导轨上以速度v 10m s向右匀速滑动 两导轨间距离L 1 0m 电阻R 1 0 导体和导轨电阻忽略不计 则以下说法正确的是 A A 导体PQ切割磁感线产生的感应电动势的大小为5 0VB 导体PQ受到的安培力方向水平向右C 作用力F大小是0 50ND 作用力F的功率是5W 11 12 电磁感应中的动力学问题分析1 两种状态处理 1 导体处于平衡态 静止或匀速直线运动状态 处理方法 根据平衡条件合外力等于零列式分析 2 导体处于非平衡态 加速度不为零 处理方法 根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析 2 电磁感应问题中两大研究对象及其相互制约关系 13 14 4 两种常见类型 15 16 17 当导体切割磁感线运动存在着临界条件时 1 导体初速度等于临界速度时 导体匀速切割磁感线运动 2 初速度大于临界速度时 导体先减速 后匀速运动 3 初速度小于临界速度时 导体先加速 后匀速运动 18 例1 14分 如图所示 两根相距L 平行放置的光滑导电轨道 与水平面的夹角均为 轨道间有电阻R 处于磁感应强度为B 方向竖直向上的匀强磁场中 一根质量为m 电阻为r的金属杆ab 由静止开始沿导电轨道下滑 设下滑过程中杆ab始终与轨道保持垂直 且接触良好 导电轨道有足够的长度 且电阻不计 1 杆ab将做什么运动 2 若开始时就给ab沿轨道向下的拉力F使其由静止开始向下做加速度为a的匀加速运动 a gsin 求拉力F与时间t的关系式 思路点拨 1 正确对ab杆受力分析 将立体图转化为横截面图 2 据受力应用牛顿第二定律 19 20 1 解答本类型问题首先在垂直于导体的平面内对导体进行受力分析 然后分析导体的运动 由于安培力随速度变化而变化 这个运动开始通常是变加速运动 然后做稳定的匀速直线运动 最后用牛顿运动定律 能量关系解题 2 求感应电动势时一定注意导体是垂直切割磁感线还是斜切割磁感线 注意右手定则与左手定则的准确应用 21 变式训练11 例1中 若磁感应强度B垂直轨道所在的平面 则 1 ab杆运动的情况怎样 2 金属杆由静止下滑 不受其他外力作用 则杆ab最终速度为多大 22 23 电磁感应中的能量转化问题 24 25 26 27 28 答案 1 8 8m s2 2 0 44J 29 弄清能量转化的关系 安培力做负功 机械能 电能 内能 焦耳热 针对训练21 2010年厦门六中阶段测试 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1m 导轨平面与水平面成 37 角 下端连接阻值为R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R消耗的功率为8W 求该速度的大小 3 在 2 问中 若R 2 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 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 30 答案 见解析 31 考点一 电磁感应中的动力学问题 32 例1 能力题 如图 甲 所示 两根足够长的直金属导轨MN PQ平行放置在倾角为 的绝缘斜面上 两导轨间距为L M P两点间接有阻值为R的电阻 一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上 并与导轨垂直 整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中 磁场方向垂直于斜面向下 导轨和金属杆的电阻可忽略 让ab杆沿导轨由静止开始下滑 导轨和金属杆接触良好 不计它们之间的摩擦 1 由b向a方向看到的装置如图 乙 所示 请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图 2 在加速下滑过程中 当ab杆的速度大小为v时 求此时ab杆中的电流及其加速度的大小 3 求在下滑过程中 ab杆可以达到的速度最大值 33 34 考点二 电磁感应中的能量转化问题 例2 能力题 如图所示 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 35 答案 1 2 8J 2 0 55J 36 37 1 2010年安徽卷 20 如图所示 水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场 两个边长相等的单匝闭合正方形线圈 和 分别用相同材料 不同粗细的导线绕制 为细导线 两线圈在距磁场上界面h高处由静止开始自由下落 再进入磁场 最后落到地面 运动过程中 线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界 设线圈 落地时的速度大小分别为v1 v2 在磁场中运动时产生的热量分别为Q1 Q2 不计空气阻力 则 D A v1Q2D v1 v2 Q1 Q2 38 39 1 本题考查电磁感应中的能量转化问题 2 突破本题的关键是克服安培力做功与产生热量的关系 40 2 2010年福建卷 21 如图所示 两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为 的绝缘斜面上 导轨上端连接一个定值电阻 导体棒a和b放在导轨上 与导轨垂直并良好接触 斜面上水平虚线PQ以下区域内 存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场 现对a棒施以平行导轨斜向上的拉力 使它沿导轨匀速向上运动 此时放在导轨下端的b棒恰好静止 当a棒运动到磁场的上边界PQ处时 撤去拉力 a棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动 此时b棒已滑离导轨 当a棒再次滑回到磁场上边界PQ处时 又恰能沿导轨匀速向下运动 已知a棒 b棒和定值电阻的阻值均为R b棒的质量为m 重力加速度为g 导轨电阻不计 求 1 a棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中 a棒中的电流强度Ia 与定值电阻R中的电流强度IR之比 2 a棒质量ma 3 a棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力F 41 42 43 44 测控导航 45 1 2010年合肥模拟 如图所示 在一匀强磁场中有一U形导体框bacd 线框处于水平面内 磁场与线框平面垂直 R为一电阻 ef为垂直于ab的一根导体杆 它可以在ab cd上无摩擦地滑动 杆ef及线框中导体的电阻都可不计 开始时 给ef一个向右的初速度 则 A A ef将减速向右运动 但不是匀减速 最后停止B ef将匀速向右运动 最后停止C ef将匀速向右运动D ef将做往复运动 46 2 如图 甲 所示 水平光滑的金属框架上左端连接一个电阻R 有一金属杆在外力F的作用下沿框架向右由静止开始做匀加速直线运动 匀强磁场方向竖直向下 轨道与金属杆的电阻不计并接触良好 则能反映外力F随时间t变化规律的图象是图 乙 中的 B 47 解析 金属杆受力如图所 48 3 如图所示 竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R 质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦 棒与导轨的电阻均不计 整个装置放在匀强磁场中 磁场方向与导轨平面垂直 棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内 力F做的功与安培力做的功的代数和等于 A A 棒的机械能增加量B 棒的动能增加量C 棒的重力势能增加量D 电阻R上放出的热量解析 金属棒受三个力 分别为重力 力F 安培力 力F和安培力属于重力以外的力 这两个力做的功的代数和等于机械能的变化 A项正确 49 4 一个刚性矩形铜制线圈从高处自由下落 进入一水平的匀强磁场区域 然后穿出磁场区域继续下落 如图所示 则 C A 若线圈进入磁场过程是匀速运动 则离开磁场过程也是匀速运动B 若线圈进入磁场过程是加速运动 则离开磁场过程也是加速运动C 若线圈进入磁场过程是减速运动 则离开磁场过程也是减速运动D 若线圈进入磁场过程是减速运动 则离开磁场过程是加速运动解析 从线框全部进入磁场至线框开始离开磁场 线框做加速度为g的匀加速运动 分析知只有C正确 50 5 如图所示 有两根和水平方向成 角的光滑平行金属轨道 上端接有可变电阻R 下端足够长 空间有垂直于轨道平面的匀强磁场 磁感应强度为B 一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下 经过足够长的时间后 金属杆的速度会趋近于一个最大速度vm 导轨及金属杆电阻不计 下列说法错误的是 A A 如果B增大 vm将变大B 如果 变大 vm将变大C 如果R变大 vm将变大D 如果m变大 vm将变大 51 52 6 如图所示 阻值为R的金属棒从图示位置ab分别以v1 v2的速度沿光滑导轨 电阻不计 匀速滑到a b 位置 若v1 v2 1 2 则在这两次过程中 A A 回路电流I1 I2 1 2B 产生的热量Q1 Q2 1 4C 通过任一截面的电荷量q1 q2 1 2D 外力的功率P1 P2 1 2 53 54 55 56 8 2010年江苏卷 如图所示 两足够长的光滑金属导轨竖直放置 相距为L 一理想电流表与两导轨相连 匀强磁场与导轨平面垂直 一质量为m 有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放 导体棒进入磁场后 流经电流表的电流逐渐减小 最终稳定为I 整个运动过程中 导体棒与导轨接触良好 且始终保持水平 不计导轨的电阻 求 1 磁感应强度的大小B 2 电流稳定后 导体棒运动速度的大小v 3 流经电流表电流的最大值Im 57 58 9 2011年海南省海口市调研测试 如图所示 宽度L 1m的足够长的U形金属框