鲁科版电磁感应的综合应用ppt课件.ppt

,高中物理选修3-2鲁科版,第二章楞次定律和自感现象,第六讲电磁感应的综合应用（二）动力学和能量问题,目标定位,电磁感应中的动力学和能量问题,预习导学,1楞次定律BLv右手定则,2BIL左手定则,3ma增大减小匀速直线运动,4.能量转化转化功(1)动能(2)重力势能(3)弹性势能(4)机械能(5)电能,5I2Rt,电磁感应中的动力学和能量问题,课堂讲义,一、电磁感应中的动力学问题,电磁感应中产生感应电流，在磁场中受到安培力的作用，因此电磁感应问题往往与力学问题联系在一起,1在解决此类问题时要注意内部各量之间的两个制约关系：,(1)力和运动关系,(2)动力学量和电学量之间的关系，表示如图所示,2解决此类问题的主要方法：,(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向,(2)依据闭合电路欧姆定律，求出回路中的电流,(3)分析导体的受力情况,(4)依据牛顿第二定律列出动力学方程或平衡方程，求解,电磁感应中的动力学和能量问题,课堂讲义,电磁感应中的动力学和能量问题,例1如图所示，电阻不计的金属导轨MN和OP放置在水平面内，MO间接有阻值为R3的电阻，导轨相距d1m，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B0.5T，质量m0.1kg，电阻r1的导体棒CD垂直于导轨放置，并接触良好现用平行于MN的恒力F1N向右拉动CD，CD所受摩擦力f恒为0.5N，求：(1)CD运动的最大速度是多少？(2)当CD的速度为最大速度一半时，CD的加速度是多少？,课堂讲义,例2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,电磁感应中的动力学和能量问题,课堂讲义,针对训练如图所示，竖直平面内有足够长的金属导轨，轨距0.2m，金属导体ab可在导轨上无摩擦地上下滑动，ab的电阻为0.4，导轨电阻不计，导体ab的质量为0.2g，垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.2T，且磁场区域足够大，当导体ab自由下落0.4s时，突然接通电键S，则：(1)试说出S接通后，导体ab的运动情况；(2)导体ab匀速下落的速度是多少？(g取10m/s2),(1)S闭合前：,v0gt4m/s.,S闭合后：,ab做竖直向下的加速度逐渐减小的减速运动当速度减小至F安mg时，ab做竖直向下的匀速运动,电磁感应中的动力学和能量问题,课堂讲义,二、电磁感应中的能量问题,1电磁感应现象中的能量守恒：电磁感应现象中的“阻碍”就是能量守恒的具体体现，在这种“阻碍”的过程中，其他形式的能转化为电能,2电磁感应现象中的能量转化方式,(1)与感生电动势有关的电磁感应现象中，磁场能转化为电能，若电路是纯电阻电路，转化过来的电能将全部转化为电阻的内能,(2)与动生电动势有关的电磁感应现象中，通过克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化为电能，克服安培力做多少功，就产生多少电能，若电路是纯电阻电路，转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能,电磁感应中的动力学和能量问题,课堂讲义,3分析求解电磁感应现象中能量问题的一般思路：,(1)分析回路，分清电源和外电路,(2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化如：,有摩擦力做功，必有内能产生；,有重力做功，重力势能必然发生变化；,克服安培力做功，必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能；,如果是安培力做正功，就是电能转化为其他形式的能,(3)列有关能量的关系式,电磁感应中的动力学和能量问题,课堂讲义,4电磁感应中焦耳热的计算技巧,(1)感应电路中电流恒定，则电阻产生的焦耳热等于电流通过电阻做的功，即QI2Rt.,(2)感应电路中电流变化，可用以下方法分析：,利用动能定理，求出克服安培力做的功，产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即QW安,利用能量守恒，即感应电流产生的焦耳热等于其他形式能量的减少，即QE其他,电磁感应中的动力学和能量问题,课堂讲义,例3如图所示，两根电阻不计的光滑平行金属导轨倾角为，导轨下端接有电阻R，匀强磁场垂直斜面向上质量为m、电阻不计的金属棒ab在沿斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑，上升高度为h，在这个过程中()A金属棒所受各力的合力所做的功等于零B金属棒所受各力的合力所做的功等于mgh和电阻R上产生的焦耳热之和C恒力F与重力的合力所做的功等于棒克服安培力所做的功与电阻R上产生的焦耳热之和D恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热,棒匀速上升的过程,动能定理,WWFWGW安0,A对B错,QW安WFWG,C错D对,电磁感应中的动力学和能量问题,课堂讲义,(1)下滑过程中,QR3Qr0.3J,W安QQRQr0.4J,(2)金属棒下滑时,所以a3.2m/s2,(3)正确,表明,由动能定理可以得到棒的最大速度，上述解法正确,a随v增大而减小，棒做a减小的加速运动,到达底端时速度最大,所以,电磁感应中的动力学和能量问题,对点练习,电磁感应中的动力学问题,1如图所示，在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框；在导线框右侧有一宽度为d(dL)的条形匀强磁场区域，磁场的边界与导线框的一边平行，磁场方向竖直向下导线框以某一初速度向右运动，t0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合，随后导线框进入并通过磁场区域下列vt图象中，可能正确描述上述过程的是(),进入时F安阻碍运动,v减小,a减小,进入后F安0,v不变,离开时F安阻碍运动,v减小,a减小,综上所述，正确答案为D,电磁感应中的动力学和能量问题,2如图所示，相距为L的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为，上端接有定值电阻R，匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为B.将质量为m的导体棒由静止释放，当速度达到v时开始匀速运动，此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力，并保持拉力的功率恒为P，导体棒最终以2v的速度匀速运动导体棒始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨和导体棒的电阻，重力加速度为g.下列选项正确的是()AP2mgvsinBP3mgvsinC当导体棒速度达到v/2时加速度大小为(gsin)/2D在速度达到2v以后匀速运动的过程中，R上产生的焦耳热等于拉力所做的功,受力分析如图甲,图甲,mgsinBIL,受力分析如图乙,图乙,功率PF2v2mgvsin，故A正确,由(1)(2)可得Fmgsin,受力分析如图丙,图丙,由(1)(3)可知a=(gsin)/2，C正确,等于拉力和重力做功之和，故D错误,对点练习,电磁感应中的动力学和能量问题,对点练习,有磁场时，ab切割磁感线产生感应电流，重力和安培力均做负功，机械能减小，有电热产生，故ab上升的最大高度变小A、B错误，D正确,电磁感应中的能量问题,3.如图所示，两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ平行放置，导轨平面与水平面的夹角为，导轨的下端接有电阻当导轨所在空间没有磁场时，使导体棒ab以平行导轨平面的初速度v0冲上导轨，ab上升的最大高度为H；当导轨所在空间存在方向与导轨平面垂直的匀强磁场时，再次使ab以相同的初速度从同一位置冲上导轨