第二章电磁感应及其应用电磁感应中的动力学和能量问题课件高二下学期物理教科版选择性

电磁感应中的动力学和能量问题知识点回顾楞次定律楞次定律右手定则右手定则的内容右手定则与楞次定律的关系右手定则、左手定则、安培定则的区别楞次定律的内容楞次定律的应用“增反减同“的应用“增缩减扩“的应用”来拒去留“的应用法拉第电磁感应定律感应电动势感应电动势的大小适用于一切电磁感应，多用于计算平均值适用于B、L、v互相垂直电磁感应中的综合应用电磁感应现象中的电路分析电磁感应中的电荷量问题电磁感应现象中的综合问题分析电磁感应中的图像问题电磁感应定律中的动力学问题一1、电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理此类问题的基本方法是：(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向.(2)用闭合电路欧姆定律求回路中感应电流的大小.(3)分析导体的受力情况(包括安培力).(4)列动力学方程(a≠0)或平衡方程(a＝0)求解.2、动力学问题

(1)导体的平衡态——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)导体的非平衡态——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．v变→F变→a变，

3、

动态分析的基本思路导体受外力运动感应电动势感应电流导体受安培力合力变化加速度变化速度变化临界状态4、电磁感应现象中的受力与运动分析（先电后力）【例1】如图所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ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电阻为r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，磁场方向垂直斜面向下，导轨的电阻可忽略。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。求：（1）画出杆的受力分析图。解析：【例1】如图所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ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电阻为r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，磁场方向垂直斜面向下，导轨的电阻可忽略。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。求：（2）加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流和安培力；(2)

【例1】如图所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ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电阻为r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，磁场方向垂直斜面向下，导轨的电阻可忽略。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。求：（3）当ab杆的速度大小为v时的加速度大小；(4)

【例1】如图所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ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电阻为r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，磁场方向垂直斜面向下，导轨的电阻可忽略。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。求：（4）导体棒在下滑过程中做什么样的运动？

ab棒做加速度减小的加速运动，达到最大速度后做匀速直线运动。vF安a(4)

【例1】如图所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ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电阻为r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，磁场方向垂直斜面向下，导轨的电阻可忽略。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。求：（5）求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度的最大值。(5)

【例2】水平面上有两根相距为L的足够长光滑平行金属导轨MN和PQ，它们的电阻可忽略不计，在M和P之间接有阻值为R的定值电阻。导体棒ab垂直导轨放置与导轨接触良好，其质量为m、电阻为r。整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B。开始时，给ab棒一个向右的初速度v，请分析ab棒的运动情况。ab棒做加速度减小的减速运动，直至停止。解：【变式】在上例中如果对ab棒施加一水平向右的恒力F，使其从静止开始向右运动（1）请分析ab棒的运动情况；（2）求ab棒可以达到的速度最大值；（1）ab棒做加速度减小的加速运动，达到最大速度后做匀速直线运动。水平向右v水平向右vF安a解：（2）电磁感应定律中的能量问题二

1、电磁感应现象中的能量转化其他形式的能量如机械能电流做功焦耳热或其他形式的能量电能克服安培力做功★电磁感应现象中总是伴随着能量的转化与守恒，外力克服安培力做多少功，就有多少其他形式能转化为电能；安培力做多少正功，就有多少电能转化为其他形式能。

2、求解焦耳热Q的三种方法

例1、

如图所示，质量为m、高为h的矩形导线框在竖直面内自由下落，其上下两边始终保持水平，途中恰好匀速穿过一有理想边界、高亦为

h的匀强磁场区域，线框在此过程中产生的内能为(

)A．mgh

B．2mghC．大于mgh而小于2mgh

D．大于2mgh

解析：因线框匀速穿过磁场，故在穿过磁场的过程中合外力做功为零，故克服安培力做功为2mgh，产生的内能亦为2mgh。故选B。B

例2、如图所示，长

l1、宽

l2的矩形线圈电阻为R，处于磁感应强度为

B的匀强磁场边缘，线圈与磁感线垂直，在将线圈以向右的速度

v匀速拉出磁场的过程中，求：

（1）拉力的大小F。

（2）线圈中产生的电热Q。例3、如图所示，一对平行的粗糙金属导轨固定于同一水平面上，导轨间距L＝0.2m，左端接有阻值R＝0.3Ω的电阻，右侧平滑连接一对弯曲的光滑轨道。仅在水平导轨的整个区域内存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小B＝1.0T。一根质量m＝0.2kg、电阻r＝0.1Ω的金属棒ab垂直放置于导轨上，在水平向右的恒力F作用下从静止开始运动，当金属棒通过位移x＝9m时离开磁场，在离开磁场前已达到最大速度。当金属棒离开磁场时撤去外力F，接着金属棒沿弯曲轨道上升到最大高度