2017-2018學(xué)年同步備課套餐之物理滬科版選修3-2講義：模塊要點(diǎn)回眸 第11點(diǎn)

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第11點(diǎn)電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題電磁感應(yīng)和力學(xué)問題的綜合，其聯(lián)系橋梁是磁場對感應(yīng)電流的安培力，因?yàn)楦袘?yīng)電流與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的加速度有相互制約的關(guān)系，這類問題中的導(dǎo)體一般不是做勻變速運(yùn)動(dòng)，而是經(jīng)歷一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過程，再趨于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，故解這類題時(shí)正確的進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，確定最終狀態(tài)是解題的關(guān)鍵1受力情況、運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析及思考路線導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電流通電導(dǎo)體受安培力合力變化加速度變化速度變化感應(yīng)電動(dòng)勢變化周而復(fù)始地循環(huán)，直至最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)加速度為零，而導(dǎo)體通過加速達(dá)到最大速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)或通過減速達(dá)到穩(wěn)定速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)2解決此類問題的基本思路解決電磁感

2、應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題的一般思路是“先電后力”（1)“源”的分析分離出電路中由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電源,求出電源參數(shù)e和r；（2）“路”的分析分析電路結(jié)構(gòu)，弄清串、并聯(lián)關(guān)系，求出相關(guān)部分的電流大小,以便求解安培力；(3)“力”的分析分析研究對象（常是金屬桿、導(dǎo)體線圈等)的受力情況，尤其注意其所受的安培力；（4)“運(yùn)動(dòng)”狀態(tài)的分析根據(jù)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，判斷出正確的運(yùn)動(dòng)模型3兩種狀態(tài)處理（1)導(dǎo)體處于平衡態(tài)-靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處理方法：根據(jù)平衡條件(合外力等于零)，列式分析（2)導(dǎo)體處于非平衡態(tài)-加速度不為零處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系分析4電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)臨界問題(1）解決

3、這類問題的關(guān)鍵是通過運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析尋找過程中的臨界狀態(tài)，如由速度、加速度求最大值或最小值的條件（2)基本思路注意當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)存在臨界條件時(shí):（1)若導(dǎo)體初速度等于臨界速度，導(dǎo)體勻速切割磁感線;（2)若導(dǎo)體初速度大于臨界速度,導(dǎo)體先減速，后勻速運(yùn)動(dòng)；(3)若導(dǎo)體初速度小于臨界速度，導(dǎo)體先加速，后勻速運(yùn)動(dòng)對點(diǎn)例題如圖1所示，在距離水平地面h0。8 m的虛線的上方,有一個(gè)方向垂直于紙面水平向里的勻強(qiáng)磁場正方形線框abcd的邊長l0。2 m，質(zhì)量m0。1 kg，電阻r0。08 。一條不可伸長的輕繩繞過輕光滑滑輪,一端連線框,另一端連一質(zhì)量m0.2 kg的物體a(a未在磁場中）開始時(shí)線框的cd邊

4、在地面上，各段繩都處于伸直狀態(tài)，從如圖所示的位置由靜止釋放物體a，一段時(shí)間后線框進(jìn)入磁場運(yùn)動(dòng)，已知線框的ab邊剛進(jìn)入磁場時(shí)線框恰好做勻速運(yùn)動(dòng)當(dāng)線框的cd邊進(jìn)入磁場時(shí)物體a恰好落地，此時(shí)將輕繩剪斷,線框繼續(xù)上升一段時(shí)間后開始下落，最后落至地面整個(gè)過程線框沒有轉(zhuǎn)動(dòng),線框平面始終處于紙面內(nèi)，g取10 m/s2.求：圖1(1)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度b的大小(2）線框從開始運(yùn)動(dòng)至到達(dá)最高點(diǎn)，用了多長時(shí)間？(3)線框落地時(shí)的速度多大？解題指導(dǎo)(1）設(shè)線框到達(dá)磁場邊界時(shí)速度大小為v，由機(jī)械能守恒定律可得：mg(hl）mg（hl）(mm）v2代入數(shù)據(jù)解得：v2 m/s線框的ab邊剛進(jìn)入磁場時(shí)，感應(yīng)電流：i線框恰

5、好做勻速運(yùn)動(dòng),有：mgmgibl代入數(shù)據(jù)解得：b1 t.（2）設(shè)線框進(jìn)入磁場之前運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t1，有:hlvt1代入數(shù)據(jù)解得:t10。6 s線框進(jìn)入磁場過程做勻速運(yùn)動(dòng)，所用時(shí)間：t20。1 s此后輕繩拉力消失，線框做豎直上拋運(yùn)動(dòng),到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)所用時(shí)間:t30。2 s線框從開始運(yùn)動(dòng)至到達(dá)最高點(diǎn),所用時(shí)間：tt1t2t30.9 s(3）線框從最高點(diǎn)下落至磁場邊界時(shí)速度大小為2 m/s，線框所受安培力大小也不變，即ibl(mm）g因此，線框穿出磁場過程還是做勻速運(yùn)動(dòng),離開磁場后做豎直下拋運(yùn)動(dòng)由機(jī)械能守恒定律可得：mvmv2mg(hl）代入數(shù)據(jù)解得線框落地時(shí)的速度：v14 m/s。答案(1)1 t（2)

6、0.9 s（3）4 m/s方法提煉解決此類問題，應(yīng)從電路分析入手，求出電流,然后進(jìn)行受力分析，正確的受力分析是關(guān)鍵再用牛頓第二定律求加速度以及其他的運(yùn)動(dòng)學(xué)量涉及極值問題時(shí)，要分析出臨界條件，根據(jù)臨界條件求出極值1。(多選)如圖2所示，電阻阻值為r,其他電阻均可忽略，ef是一電阻可不計(jì)的水平放置的導(dǎo)體棒，質(zhì)量為m,棒的兩端分別與ab、cd保持良好接觸，又能沿框架無摩擦下滑，整個(gè)裝置放在與框架垂直的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)導(dǎo)體棒ef從靜止下滑一段時(shí)間后閉合開關(guān)s，則s閉合后 （)圖2a導(dǎo)體棒ef的加速度可能大于gb導(dǎo)體棒ef的加速度一定小于gc導(dǎo)體棒ef最終速度隨s閉合時(shí)刻的不同而不同d導(dǎo)體棒ef的機(jī)械能與

7、回路內(nèi)產(chǎn)生的電能之和一定守恒答案ad2.一個(gè)剛性矩形銅制線圈從高處自由下落,進(jìn)入一水平的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，然后穿出磁場區(qū)域繼續(xù)下落,如圖3所示，則 （）圖3a若線圈進(jìn)入磁場過程是勻速運(yùn)動(dòng)，則離開磁場過程也是勻速運(yùn)動(dòng)b若線圈進(jìn)入磁場過程是加速運(yùn)動(dòng)，則離開磁場過程也是加速運(yùn)動(dòng)c若線圈進(jìn)入磁場過程是減速運(yùn)動(dòng)，則離開磁場過程也是減速運(yùn)動(dòng)d若線圈進(jìn)入磁場過程是減速運(yùn)動(dòng)，則離開磁場過程是加速運(yùn)動(dòng)答案c3如圖4甲所示,水平面上兩根足夠長的金屬導(dǎo)軌平行固定放置,間距為l，一端通過導(dǎo)線與阻值為r的電阻連接；導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m的金屬桿,金屬桿與導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì);勻強(qiáng)磁場垂直水平面向里，用與導(dǎo)軌平行的恒定拉力f作用在金屬桿上，桿最終將做勻速運(yùn)動(dòng)當(dāng)改變拉力的大小時(shí),相對應(yīng)的勻速運(yùn)動(dòng)速度v也會(huì)變化，v和f的關(guān)系如圖乙所示(重力加速度g取10 m/s2)問：（1）金屬桿在做勻速運(yùn)動(dòng)之前做什么運(yùn)動(dòng)？圖4（2）若m0。5 kg，l0.5 m，r0。5 ,則磁感應(yīng)強(qiáng)度b為多大？(3)由vf圖線的截距可求得什么物理量?其值為多少？答案(1）見解析（2)1 t（3)見解析解析（1)變速運(yùn)動(dòng)（或變加速運(yùn)動(dòng)或加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)或加速運(yùn)動(dòng)）（2)感應(yīng)電動(dòng)勢:eblv感應(yīng)電流：i，安培力：f安bil由題圖乙中圖線可知金屬桿受拉力、安培力和阻力的作用，勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)合力為零故ff，vfr由題圖乙中圖線可知直線的