高中物理-电磁感应力学综合专题-课件完整版

1、 电磁感应现象中的电磁感应现象中的 力学力学综合问题综合问题 电磁感应现象电磁感应现象自感现象自感现象 产生电磁感应现象的条件产生电磁感应现象的条件 感应电动势的大小感应电动势的大小 E=n/t E=BLv 感应电流的方向感应电流的方向 楞次定律楞次定律 右手定则右手定则 应用牛顿第二定律，解决导体切割磁感应线运动问题应用牛顿第二定律，解决导体切割磁感应线运动问题 应用动量定理、动量守恒定律解决导体切割磁感应线运动问题应用动量定理、动量守恒定律解决导体切割磁感应线运动问题 应用能的转化和守恒定律解决电磁感应问题应用能的转化和守恒定律解决电磁感应问题 知识结构知识结构 如图所示，在方向竖直向上的

2、磁感应强度如图所示，在方向竖直向上的磁感应强度 为为B B的匀强磁场中，有两条足够长的光滑平行金属的匀强磁场中，有两条足够长的光滑平行金属 导轨，其电阻不计，间距为导轨，其电阻不计，间距为L L，导轨平面与磁场方，导轨平面与磁场方 向垂直。向垂直。abab、cdcd为两根垂直导轨放置的、电阻都为两根垂直导轨放置的、电阻都 为为R R、质量都为、质量都为m m的金属棒的金属棒, ,两者相距为两者相距为x x0 0。棒。棒cdcd用用 能承受最大拉力为能承受最大拉力为T T0 0的水平细线拉住，问：的水平细线拉住，问： （一）（一）用水平向右的恒力用水平向右的恒力F F拉动拉动abab棒，棒，设细

3、线始终设细线始终 未被拉断未被拉断，则则abab棒此后做什么运动？最终速度为棒此后做什么运动？最终速度为 多少？多少？ 【例题】【例题】 【分析】 FA a I ab 在在F作用下向右加速运动，切割磁感应线，产生作用下向右加速运动，切割磁感应线，产生 感应电流，感应电流又受到磁场的作用力感应电流，感应电流又受到磁场的作用力FA， 怎样表述清楚一个运动？怎样表述清楚一个运动？三要素：初状态、加速度、速度三要素：初状态、加速度、速度 a=(F- FA)/m ，FA =BIL，I=BLV/2R 最后，当最后，当FA =F 时，时，a=0，速度达到最大，速度达到最大 F= FA =BIL=B2 L2

4、vm /2R vm=2FR / B2 L2 可见可见a减小减小 vm称为收尾速度称为收尾速度. 又解又解：匀速运动时，拉力：匀速运动时，拉力 所做的功使机械能转化为所做的功使机械能转化为 电阻电阻R上的内能，即上的内能，即机械功机械功 率热功率。率热功率。 F vm=I2 。 。2R= B2 L2 v2 m /2R vm=2FR / B2 L2 你还有其它解法吗？你还有其它解法吗？ v ？运动运动 （二）（二）棒棒abab在水平拉力在水平拉力F F的作用下以加速度的作用下以加速度a a 由静止开始向右做匀加速直线运动，由静止开始向右做匀加速直线运动， 在时刻在时刻t，ab棒的速度棒的速度va

5、t 棒中感应电动势为棒中感应电动势为EB L vB L a t 棒中的感应电流为棒中的感应电流为 I R BLat 2 由牛顿第二定律由牛顿第二定律 FBILma 得得 F= mat R aLB 2 22 解：解： 【分析】F BILmaIE/2REB L vva t （1 1）线断以前）线断以前力力F随时间随时间t 的变化规律的变化规律? 解：细线拉断时满足解：细线拉断时满足 BIL=T0 FA （2）经时间）经时间t t0 0细线将被拉断，则细线将被拉断，则t t0 0 为多大？此时拉为多大？此时拉 力力F F为多大？为多大？ 即 T0 ft R aLB 2 22 t t0 0 = T F

6、A 平衡平衡F合 合=0 【分析】 v E I FA cd棒原先静止状态棒原先静止状态 T 随之增大随之增大. aLB RT 22 0 2 即即 TFA 对对ab根据牛顿第二定律有根据牛顿第二定律有 F FAma 得 FT0ma 两棒的安培力大小相等两棒的安培力大小相等,对对ab棒棒: ？能否从以上三题能否从以上三题 归纳出解力学题的归纳出解力学题的 基本步骤基本步骤 1.【分析】 受力受力 运动运动 研究对象研究对象一个确定一个确定 二个分析二个分析 状态状态 过程过程 初初 末末 2.【找出正确物理规律】【找出正确物理规律】 3.【列方程】【列方程】 解题基本步骤解题基本步骤 FAFA （

7、3）若经过时间）若经过时间t0线断的同时撤去外力线断的同时撤去外力F，此后两，此后两 根棒各做什么运动？根棒各做什么运动？ 此后的运动过程中两棒产生的热量是多少？此后的运动过程中两棒产生的热量是多少？ 此后的过程中此后的过程中cd棒消耗的电能是多少？棒消耗的电能是多少？ 运动情况运动情况：ab棒向右减速运动棒向右减速运动(a减小减小)， cd 棒向棒向 右加速运动右加速运动(a减小减小)，当两者速度相等时，当两者速度相等时,a=0,两者两者 一起以共同速度一起以共同速度V匀速运动。匀速运动。 *最终两棒运动稳定时相距多远？最终两棒运动稳定时相距多远？ 此后的运动过程中两棒产生的热量是多少？此后

8、的运动过程中两棒产生的热量是多少？ mv0=2mv 根据能量转化和守恒定律，两棒产生的热量根据能量转化和守恒定律，两棒产生的热量 Q=E初E末 mvmv0 02 2 - 2mv - 2mv2 2 2 1 2 1 得得 v=v0/2 = mv v0 02 2 4 1 ? V0 ab棒匀加速运动直到线拉断，故棒匀加速运动直到线拉断，故 a t t0 0 22 0 2 LB RT 由以上解得由以上解得 Q 44 2 0 2 LB TmR 系统合外力为零，根据动量守恒系统合外力为零，根据动量守恒 这一小题分数这一小题分数 得全了吗得全了吗 此后的过程中此后的过程中cdcd棒消耗的电能是多少？棒消耗的电

9、能是多少？ 【分析】1.是否就等于是否就等于cd棒产生的热量棒产生的热量? 2.是否为安培力对是否为安培力对cd棒做的功棒做的功? Ecd=Qcd+Ek 根据能量守恒和转化定律根据能量守恒和转化定律,对对cd棒有棒有 = Q+ mvmv2 2 2 1 2 1 = mv v0 02 2 4 1 44 2 0 2 LB TmR = A.ab棒克服安培力做的功是否等于安培力对棒克服安培力做的功是否等于安培力对cd做的功做的功? C.该系统的能量转化情况究竟是怎样的呢该系统的能量转化情况究竟是怎样的呢? 思考思考? B.系统产生的热量跟那个功有关系统产生的热量跟那个功有关? 怎么会等于总怎么会等于总

10、热量热量? ? B =BL t t S t x * *最终两棒运动稳定时相距多远？最终两棒运动稳定时相距多远？ (提示提示1: 【分析】两棒都是变加速运动，求距离不能运用运两棒都是变加速运动，求距离不能运用运 动学公式，能否用功和能观点呢？动学公式，能否用功和能观点呢？ 从电量的角度从电量的角度) 设线断后经过时间设线断后经过时间两棒达共同速度，则通两棒达共同速度，则通 过每一根金属棒的电量过每一根金属棒的电量 q t I R E 2 IE而而 故故 q R BL 2 x R BL 2 （x2x1） 其中其中x1为线断时刻为线断时刻ab棒距棒距cd棒的距离棒的距离 X2为两棒最终的相对距离为两

11、棒最终的相对距离 + x0 故故 x1 a t t0 02 2 2 1 X1=? 图示图示 * *最终两棒运动稳定时相距多远？最终两棒运动稳定时相距多远？ F v0vv c d c d a b a b a b x2 x0 线断线断 B =BL t t S t x * *最终两棒运动稳定时相距多远？最终两棒运动稳定时相距多远？ (提示提示1: 【分析】两棒都是变加速运动，求距离不能运用运两棒都是变加速运动，求距离不能运用运 动学公式，能否用功和能观点呢？动学公式，能否用功和能观点呢？ 从电量的角度从电量的角度) 设线断后经过时间设线断后经过时间两棒达共同速度，则通两棒达共同速度，则通 过每一根金

12、属棒的电量过每一根金属棒的电量 q t I R E 2 IE而而 故故 q R BL 2 x R BL 2 （x2x1） 其中其中x1为线断时刻为线断时刻ab棒距棒距cd棒的距离棒的距离 X2为两棒最终的相对距离为两棒最终的相对距离 + x0 故故 x1 a t t0 02 2 2 1 X X1 1= =? ? 图示图示 * *最终两棒运动稳定时相距多远？最终两棒运动稳定时相距多远？ F v0vv c d c d a b a b a b x2 x1 x0 线断线断 B =BL t t S t x * *最终两棒运动稳定时相距多远？最终两棒运动稳定时相距多远？ (提示提示1: 【分析】两棒都是变

13、加速运动，求距离不能运用运两棒都是变加速运动，求距离不能运用运 动学公式，能否用功和能观点呢？动学公式，能否用功和能观点呢？ 从电量的角度从电量的角度) 设线断后经过时间设线断后经过时间两棒达共同速度，则通两棒达共同速度，则通 过每一根金属棒的电量过每一根金属棒的电量 q t I R E 2 IE而而 故故 q R BL 2 x R BL 2 （x2x1） 其中其中x1为线断时刻为线断时刻ab棒距棒距cd棒的距离棒的距离 X2为两棒最终的相对距离为两棒最终的相对距离 + x0 故故 x1 a t t0 02 2 2 1 X1=? 图示图示 怎么求电量呢？怎么求电量呢？ （提示（提示2： 从动量

14、定理角度）从动量定理角度） cd棒从初速为零加速到共同速度棒从初速为零加速到共同速度v,根据动量定理根据动量定理 BL t = mv0I因为因为 q t I 所以所以BLq = m v 22 0 LB RT = 由以上各式解得由以上各式解得X2 44 0 2 2 LB TR （m ） a T0 x0 电磁感应中的力学综合问题电磁感应中的力学综合问题 1.平衡平衡 2.动力学动力学 3.动量动量 4.功和能功和能 F合 合=0 F合 合0（ （ F合 合 ma） 动量守恒动量守恒动量定理动量定理 功能关系功能关系动能定理动能定理守恒定律守恒定律 运动学公式运动学公式 解题操作要点解题操作要点 一

15、个确定一个确定 二个分析二个分析 研究对象研究对象 受力受力、运动（过程、状态）、运动（过程、状态） 【小结】【小结】 找出正确的物理规律，列方程找出正确的物理规律，列方程 匀变速匀变速 2 0 2 1 mvEk m E v k 2 0 m E BLBLvE K 2 m E R BL R E I K 2 m E R LB BILF K 2 22 k mg hkhmg, QEEmgh PK PK EE k gm Q 22 （习题（习题3 3）设导体棒的初速度为）设导体棒的初速度为v v0 0， 由动能的定义式由动能的定义式 得得 设初始时刻产生的感应电动势为设初始时刻产生的感应电动势为E E，由法拉第电磁感，由法拉第电磁感 应定律得：应定律得： 设初始时刻回路中产生的电流为设初始时刻回路中产生的电流为I I， 由闭合电路的欧姆定律得：由闭合电路的欧姆定律得： 设初始时刻导体棒受到的安培力为设初始时刻导体棒受到的安培力为F F， 由安培力公式得：由安培力公式得： （2 2）从初始时刻到最终导体棒静止的过程中，导体棒减少的）从初始时刻到最终导体棒静止的过程中，导体棒减少的 机