2018-19学年高考物理主题三电磁感应及其应用提升课2电磁感应中的动力学及能量问题课件.pptx

1、提升课2电磁感应中的动力学及能量问题,电磁感应中的动力学问题,1.具有感应电流的导体在磁场中将受到安培力作用，所以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)求回路中的感应电流的大小和方向。 (3)分析导体的受力情况(包括安培力)。 (4)列动力学方程或平衡方程求解。,要点归纳,2.两种状态处理 (1)导体处于平衡状态静止或匀速直线运动状态。 处理方法：根据平衡条件合力等于零列式分析。 (2)导体处于非平衡状态加速度不为零。 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。,例1 如图1所示，

2、空间存在B0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场，MN、PQ是水平放置的平行长直导轨，其间距L0.2 m，电阻R0.3 接在导轨一端，ab是跨接在导轨上质量m0.1 kg、电阻r0.1 的导体棒，已知导体棒和导轨间的动摩擦因数为0.2。从t0时刻开始，对ab棒施加一个大小为F0.45 N、方向水平向左的恒定拉力，使其从静止开始沿导轨滑动，滑动过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好，求：(g10 m/s2) 图1 (1)导体棒所能达到的最大速度； (2)试定性画出导体棒运动的速度时间图象。,导体棒受到的安培力F安BIL,由上式可以看出，随着速度的增大，安培力增大，加速度a减小，当加速度a减小到0时，速

3、度达到最大。,答案(1)10 m/s(2)见解析图,(2)导体棒运动的速度时间图象如图所示。,电磁感应动力学问题中的动态分析思路,例2 如图2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。 图2,(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

4、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。,解析(1)由右手定则知，产生的感应电流方向ab。如图所示，ab杆受重力mg，竖直向下；支持力FN，垂直于斜面向上；安培力F安，沿斜面向上。,电磁感应中力学问题的解题技巧 (1)受力分析时，要把立体图转换为平面图，同时标明电流方向及磁场B的方向，以便准确地画出安培力的方向。 (2)要特别注意安培力的大小和方向都有可能变化，不像重力或其他力一样是恒力。 (3)根据牛顿第二定律分析a的变化情况，以求出稳定状态的速度。 (4)列出稳定状态下的受力平衡方程往往是解题的突破口。,针对训

5、练1 如图3所示，两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内，其右端接一阻值为R的电阻。质量为m的金属杆静置在导轨上，其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度大小为B、方向竖直向下。当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后，金属杆的速度变为v。导轨和金属杆的电阻不计，导轨光滑且足够长，杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。求： 图3,(1)MN刚扫过金属杆时，杆中感应电流的大小I； (2)MN刚扫过金属杆时，杆的加速度大小a； (3)PQ刚要离开金属杆时，感应电流的功率P。 解析(1)感应电动势EBdv0,(3)金属杆切割磁感线的速度vv0v，则感应电动势EBd(v0v)

6、,(2)安培力FBid 牛顿第二定律Fma,电磁感应中的能量问题,1.电磁感应中能量的转化 电磁感应过程实质是不同形式的能量相互转化的过程，其能量转化方式为：,要点归纳,2.求解电磁感应现象中能量问题的一般思路 (1)确定回路，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： 有滑动摩擦力做功，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。,例3 如图4所示，足够长的平行光滑U形导轨倾斜放置，所

7、在平面的倾角37，导轨间的距离L1.0 m，下端连接R1.6 的电阻，导轨电阻不计，所在空间存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度B1.0 T。质量m0.5 kg、电阻r0.4 的金属棒ab垂直置于导轨上，现用沿导轨平面且垂直于金属棒、大小为F5.0 N的恒力使金属棒ab从静止开始沿导轨向上滑行，当金属棒滑行s2.8 m后速度保持不变。求：(sin 370.6，cos 370.8，g10 m/s2) 图4,(1)金属棒匀速运动时的速度大小v； (2)金属棒从静止到刚开始匀速运动的过程中，电阻R上产生的热量QR。,安培力F安BIL，金属棒ab受力如图所示。,由平衡条件有Fmgsin BIL

8、 代入数据解得v4 m/s。,答案(1)4 m/s(2)1.28 J,电磁感应中焦耳热的计算技巧 (1)电流恒定时，根据焦耳定律求解，即QI2Rt。 (2)感应电流变化，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。,针对训练2 水平放置的光滑平行导轨上放置一根长为L、质量为m的导体棒ab，ab处在磁感应强度大小为B、方向如图5所示的匀强磁场中，导轨的一端接一阻值为R的电阻，导轨及导体棒电阻不计。现使ab在水平恒力F作用下由静止沿垂直于磁场的方向运动，当通过的位移为x

9、时，ab达到最大速度vm。此时撤去外力，最后ab静止在导轨上。在ab运动的整个过程中，下列说法正确的是(),图5,答案D,1.(电磁感应中的动力学问题)如图6所示，在一匀强磁场中有一U形导线框abcd，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，它可在ab、cd上无摩擦地滑动。杆ef及线框中导线的电阻都可不计。开始时，给ef一个向右的初速度，则() 图6 A.ef将减速向右运动，但不是匀减速B.ef将匀减速向右运动，最后停止 C.ef将匀速向右运动D.ef将往返运动,答案A,2.(电磁感应中的动力学问题)(多选)如图7所示，MN和PQ是两根互相平行竖直放置的

10、光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计。ab是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆。开始时，将开关S断开，让杆ab由静止开始自由下落，一段时间后，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变化的图象可能是(),图7,答案ACD,3.(电磁感应中的能量问题)如图8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.棒的机械能增加量 B.棒的动能增加

11、量 C.棒的重力势能增加量 D.电阻R上产生的热量,图8,解析棒加速上升时受到重力、拉力F及安培力。根据功能关系可知，力F与安培力做的功的代数和等于棒的机械能的增加量，选项A正确。 答案A,4.(电磁感应中的动力学综合问题)如图9所示，质量m10.1 kg，电阻R10.3 ，长度l0.4 m的导体棒ab横放在U型金属框架上。框架固定在绝缘水平面上，相距0.4 m的MM、NN相互平行，电阻不计且足够长。电阻R20.1 的MN垂直于MM。整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B1.0 T。现垂直于ab施加F2 N的水平恒力，使棒ab从静止开始无摩擦地运动，棒始终与MM、NN保持良好接触。 图9,(1)求棒ab能达到的最大速度； (2)若棒ab从静止到刚好