第4課時(shí)電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題和能量問(wèn)題

1、海門(mén)市四甲中學(xué)高三物理一體化講義第 4 課時(shí)電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題和能量問(wèn)題制卷：汪蘭平審核：張建榮審批：教學(xué)目標(biāo)： 掌握電場(chǎng)中動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的基本處理方法【變式訓(xùn)練 1】如下圖所示，兩足夠長(zhǎng)平行光滑的一、感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中所受的安培力金屬導(dǎo)軌 MN 、PQ 相距為 L ，導(dǎo)軌平面與水平面夾BLEB2 L2v角 30°，導(dǎo)軌電阻不計(jì) 磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面向上，長(zhǎng)為L(zhǎng) 的金屬棒 ab 垂1.安培力的大小 :F=BIL=RR直于 MN 、PQ 放置在導(dǎo)軌上，且始終與導(dǎo)軌接觸2.安培力的方向判斷(1)右手定則和左手定則相結(jié)合,先用確良好，金屬棒的質(zhì)量為m、電阻為 R.兩金屬導(dǎo)

2、軌的定感應(yīng)電流方向 ,再用判斷感應(yīng)電流所受上端連接右端電路，燈泡的電阻RL 4R，定值電安培力的方向 .阻 R1 2R，電阻箱電阻調(diào)到使R2 12R，重力加(2)用楞次定律判斷 , 感應(yīng)電流所受安培力的方向一速度為 g，現(xiàn)將金屬棒由靜止釋放，試求：定和導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的方向.(1)金屬棒下滑的最大速度為多大？3、運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)(2)當(dāng)金屬棒下滑距離為s0 時(shí)速度恰達(dá)到最大， 求金屬棒由靜止開(kāi)始下滑2s0 的過(guò)程中，整個(gè)電路產(chǎn)生的 電熱二、電磁感應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是和之間的轉(zhuǎn)化 .2. 感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受安培力,外力克服安培力,將的能轉(zhuǎn)化為,電流做功再將電能轉(zhuǎn)化為.題型一：電磁

3、感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題例 1、(甲 )所示 ,兩根足夠長(zhǎng)的直金屬導(dǎo)軌MN 、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上 , 兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng).M 、P 兩點(diǎn)間接有阻值為R 的電阻 .一根質(zhì)量為 m的均勻直金屬桿ab 放在兩導(dǎo)軌上 ,并與導(dǎo)軌垂直 .整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 ,磁場(chǎng)方向垂直斜面向下.導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略.讓ab 桿沿導(dǎo)軌由靜止開(kāi)始下滑,導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好,不計(jì)它們之間的摩擦.(1)由 b 向 a 方向看到的裝置如圖3(乙 )所示 ,請(qǐng)?jiān)诖藞D中畫(huà)出 ab 桿下滑過(guò)程中某時(shí)刻的受力示意圖.(2)在加速下滑過(guò)程中,當(dāng) ab 桿的速度大小為v 時(shí) ,求此時(shí) ab 桿中的電流及其加速

4、度的大小.(3)求在下滑過(guò)程中,ab 桿可以達(dá)到的速度最大值.第1頁(yè)共4頁(yè)海門(mén)市四甲中學(xué)【變式訓(xùn)練2 】如圖2 所示 ,光滑斜面的傾角=30°,在斜面上放置一矩形線(xiàn)框 abcd,ab 邊的邊長(zhǎng) l 1=1 m,bc 邊的邊長(zhǎng) l2=0.6 m,線(xiàn)框的質(zhì)量 m=1 kg, 電阻 R=0.1 ,線(xiàn)框通過(guò)細(xì)線(xiàn)與重物相連 ,重物質(zhì)量M=2kg,斜面上ef 線(xiàn) (ef gh ab)的右方有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T.如果線(xiàn)框從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),進(jìn)入磁場(chǎng)最初一段時(shí)間是勻速的,ef 線(xiàn)和 gh 線(xiàn)的距離 s=11.4 m(取 g=10 m/s2).求 :(1)線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)勻速運(yùn)

5、動(dòng)的速度v.(2)ab 邊由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到 gh 線(xiàn)所用的時(shí)間 t.題型二：電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題【例 1】如圖 4 所示 ,兩條足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌 ,與水平面的夾角均為, 該空間存在著兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域和,區(qū)域的磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向下, 區(qū)域的磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向上,兩勻強(qiáng)磁場(chǎng)在斜面上的寬度均為L(zhǎng),一個(gè)質(zhì)量為m、電阻為R、邊長(zhǎng)為L(zhǎng) 的正方形金屬線(xiàn)框,由靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌下滑,當(dāng)線(xiàn)圈運(yùn)動(dòng)到 ab 邊剛越過(guò) ee即做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng); 當(dāng)線(xiàn)框剛好有一半進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí),線(xiàn)框又恰好做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) . 求:(1)當(dāng)線(xiàn)框剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度v.(2)當(dāng)線(xiàn)框剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的加速度

6、.高三物理一體化講義(3) 當(dāng)線(xiàn)框剛 進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域到剛好有一半進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量 Q.【變式訓(xùn)練】如圖所示 ,將邊長(zhǎng)為 a、質(zhì)量為 m、電阻為 R 的正方形導(dǎo)線(xiàn)框豎直向上拋出 ,穿過(guò)寬度為b、磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng) ,磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里 .線(xiàn)框向上離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的速度剛好是進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的一半,線(xiàn)框離開(kāi)磁場(chǎng)后繼續(xù)上升一段高度 ,然后落下并勻速進(jìn)入磁場(chǎng) .整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終存在著大小恒定的空氣阻力 Ff, 且線(xiàn)框不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng) .求 :(1)線(xiàn)框在下落階段勻速進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度v2.(2)線(xiàn)框在上升階段剛離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的速度v1.(3)線(xiàn)框在上升階段通過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱Q.第2頁(yè)共

7、4頁(yè)海門(mén)市四甲中學(xué)題型三、電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用【例 1】光滑的平行金屬導(dǎo)軌長(zhǎng)L=2 m, 兩導(dǎo)軌間距d=0.5 m,軌道平面與水平面的夾角=30 °,導(dǎo)軌上端接一阻值為R=0.6 的電阻 , 軌道所在空間有垂直軌道平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1 T,如圖 6 所示 . 有一質(zhì)量m=0.5kg 、電阻r=0.4的 金屬棒 ab, 放在導(dǎo)軌最上端 ,其余部分電阻不計(jì).當(dāng)棒 ab 從軌道最上端由靜止開(kāi)始下滑到底端脫離軌道時(shí),電阻R 上產(chǎn)生的熱量 Q1 =0.6J,取g=10m/s 2, 試求 :(1)當(dāng)棒的速度v =2 m/s 時(shí) ,電阻 R 兩端的電壓 .(2)棒下滑到軌道最底

8、端時(shí)的速度大小.(3)棒下滑到軌道最底端時(shí)的加速度大小.高三物理一體化講義【變式訓(xùn)練1】如圖，光滑的平行金屬導(dǎo)軌水平放置，電阻不計(jì)，導(dǎo)軌間距為l ，左側(cè)接一阻值為R的電阻。區(qū)域 cdef 內(nèi)存在垂直軌道平面向下的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)寬度為s。一質(zhì)量為m，電阻為r的金屬棒MN置于導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，受到 F 0.5v0.4（ N）（v 為金屬棒運(yùn)動(dòng)速度）的水平力作用，從磁場(chǎng)的左邊界由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，測(cè)得電阻兩端電壓隨時(shí)間均勻增大。（已知l 1m，m 1kg，R 0.3， r 0.2， s 1m）（ 1）分析并說(shuō)明該金屬棒在磁場(chǎng)中做何種運(yùn)動(dòng)；（ 2）求磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的大小；（ 3）若撤去外

9、力后棒的速度v 隨位移 x 的變化規(guī)律滿(mǎn)足v v0B2l2ef 處時(shí)m(Rx 且棒在運(yùn)動(dòng)到r )恰好靜止，則外力F 作用的時(shí)間為多少？（ 4）若在棒未出磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)撤去外力，畫(huà)出棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度隨位移的變化所對(duì)應(yīng)的各種可能的圖線(xiàn)。第3頁(yè)共4頁(yè)海門(mén)市四甲中學(xué)例 2、如圖（甲）所示，一對(duì)平行光滑軌道放置在水平面上，兩軌道相距 l=1m ，兩軌道之間用 R=3 的電阻連接，一質(zhì)量m=0.5kg 、電阻 r =1 的導(dǎo)體桿與兩軌道垂直，靜止放在軌道上，軌道的電阻可忽略不計(jì)。整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中， 磁場(chǎng)方向垂直軌道平面向上，現(xiàn)用水平拉力沿軌道方向拉導(dǎo)體桿，拉力F 與導(dǎo)體桿運(yùn)動(dòng)

10、的位移 s 間的關(guān)系如圖 （乙）所示，當(dāng)拉力達(dá)到最大時(shí)，導(dǎo)體桿開(kāi)始做勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)位移s=2.5m 時(shí)撤去拉力，導(dǎo)體桿又滑行了一段距離 s' 后停下，在滑行s' 的過(guò)程中電阻 R 上產(chǎn)生的焦耳熱為 12J。求：（1）拉力 F 作用過(guò)程中，通過(guò)電阻R 上電量 q；（ 2）導(dǎo)體桿運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大速度vm；（ 3）拉力 F 作用過(guò)程中， 電阻 R 上產(chǎn)生的焦耳熱。高三物理一體化講義【變式訓(xùn)練】 如圖甲所示， 不計(jì)電阻的 “U ” 形光滑導(dǎo)體框架水平放置， 框架中間區(qū)域有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)， 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 1.0T，有一導(dǎo)體桿 AC 橫放在框架上，其質(zhì)量為 m 0.10kg，電阻為 R 4.0 現(xiàn)用細(xì)繩栓住導(dǎo)體桿，細(xì)繩的一端通過(guò)光滑的定滑輪繞在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上， 另一端通過(guò)光滑的定滑輪與物體 D 相連，物體 D