5.电磁感应中的能量转化与守恒.doc

一桥飞架南北，天堑变通途 电磁感应中的动力学和能量问题一、学习目标：能利用力学知识解决电磁感应中与力学结合的综合性问题二、核心问题：“安培力”连接着电磁感应和力学知识，如何利用这个桥梁解决电磁感应中的动力学问题和能量问题？三、自主学习、知识储备abBR v0V0 电磁感应现象中产生感应电流，处于磁场中的导体将受到安培力的作用而运动，可以利用牛顿第二定律F合=ma来分析导体的运动情况，反之可以利用导体的运动情况来分析感应电流所受安培力情况。如图： 水平放置于匀强磁场中的光滑导轨上，有一根导体棒ab，给导体棒一个初速度v0，回路总电阻为R，磁感应强度为B，导体棒质量为m。（1）导体棒开始运动后，画出等效电路图，标出导体棒中的电流方向（2）以导体棒为研究对象，从b至a的方向观察，画出装置平面图，并做受力分析（3）导体棒速度为v0，则此时导体棒所受安培力大小表达式为？此后安培力是怎样变化的？（4）导体棒速度如何变化？加速度呢？大致画出v-t图像（5）导体棒运动过程中能量是如何转化的？四、自主设计、合作解决abBR F情景：水平放置于匀强磁场中的光滑导轨上，导轨宽度L=1m，有一根导体棒ab，导体棒在恒力F=的作用下由静止开始运动，回路总电阻R=5，磁感应强度B=2T，导体棒质量m=2kg。问题设计：（可以再附加已知条件，提出新的问题）（1）（2）（3） 教师总结：1、vE感金属杆切割磁感线外力F作用F安I感 2、功是能量转化的“搬运工”，能量的转化通过做功的过程来完成。 安培力对导体（或线圈）做负功，将 能转化为 能；安培力对导体或（线圈）做正功将 能转化为 能。3、能量守恒：电磁感应现象实质是能量守恒。四、自主测评、巩固提升RCABDba1、如图所示,AB、CD是两根足够长的固定平行光滑金属导轨,两导轨间的距离为L=1m,导轨平面与水平面的夹角是=300.在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场,磁感应强度为B=2T.在导轨的AC端连接一个阻值为R=4的电阻.一根垂直于导轨放置的金属棒ab,质量为m=4kg,从静止开始沿导轨下滑。 导轨和金属棒的电阻都不计. g=10m/s2求：（1）导体棒运动过程中的最大速度？ （2）导体棒ab的速度大小为10m/s时，导体棒的加速度为多大？ （3）导体棒由静止到最大速度的过程中，电阻R产生的总的热量为200J，则这一过程中导体棒沿斜面下滑的位移为多大？Kab2、如图所示，竖直平行导轨间距L=20cm，导轨顶端接有一电键K。导体棒ab与导轨接触良好且无摩擦，ab的电阻R=0.4，质量m=10g，导轨的电阻不计，整个装置处在与轨道平面垂直的匀强磁场中，磁感强度B=1T。当ab棒由静止释放0.8s 后，突然接通电键，不计空气阻力，设导轨足够长。求ab棒的最大速度和最终速度的大小。（g取10m/s2）3、 如图所示，足够长的平行U形导轨倾斜放置，动摩擦因素=0.1，所在平面倾角=370，导轨间的距离L=1.0m，下端连接R=1.6的电阻，导轨电阻不计，所在空间均存在磁感应强度B=1.0T，方向垂直于导轨平面的匀强磁场，质量m=0.5kg，电阻r=0.4的金属棒ab垂直置于导轨上，现用沿轨道平面且垂直于金属棒，大小F=5.0N的恒力使金属棒ab从静止起沿导轨向上滑行，当金属棒滑行2.8m后速度保持不变。（sin370=0.6cos370=0.8,g=10m/s2)（1） 金属棒匀速运动时的速度大小v（2） 当金属棒向上滑行的速度为v=2m/s时，导体棒的加速度大小？（3） 导体棒从静止开始直到开始匀速运动的过程中，电阻R上产生的热量为多少？4、如图所示，两条互相平行的光滑金属导轨位于水平面内，距离为L=0.2m。在导轨的一端接有阻值为R=0.5,的电阻，在X=0处有一与水平面垂直的匀强磁场，磁感应强度为B=0.5T。一质量为m=0.1kg的金属杆垂直放置在导轨上，并以v0=2m/s的初速度进入磁场，在安培力和一垂直于杆的水平外力F的作用下做匀变速直线运动，加速度大小为a=2m/s2