電磁感應專題2—電磁感應動力學問題

1、編寫：宋明文 審核：李兆洋日照實驗高級中學 2018級物理導學案第四章 電磁感應專題(二)一電磁感應動力學問題課堂探究城知識點一電磁感應中的非平衡問題例1 .如圖所示，光滑金屬直軌道MN和PQ固定在同一水平面內(nèi)，MN、PQ平行且足夠長，兩軌道間的寬度L = 0.50 m,軌道左端接一阻值 R=0.50 皿電阻.軌道處于磁感應強度B=0.40 T,方向豎直向下的勻強磁場中.質(zhì)量 m=0.50 kg的導體棒ab垂直于軌道放置。在沿著軌道方向向右的力F作用下，導體棒由靜止開始運動，導體棒與軌道始終接觸良好并且相互垂直。不計軌道和導體棒的電阻，不計空氣阻力。 TOC o 1-5 h z 若力F的大小保

2、持不變，且 F = 1.0 N,求：X產(chǎn)X垣jD r戶(1)導體棒能達到最大速度大小Vm；X X 1rx乂(2)導體棒的速度v=5.0 m/s時，導體棒的加速度大小a;xp X 力 X X(3)若導體棒與導軌間的動摩擦因數(shù)為0.1 ,則導體棒能達到最大速度大小Vm；練習1 (1).如圖所示，兩根足夠長的直金屬導軌MN、PQ平行放置在傾角為 。的絕緣斜面上，兩導軌間距為L , M、P兩點間接有阻值為 R的電阻.一根質(zhì)量為 m的均勻直金屬桿 ab放在兩導軌上，并與導軌垂直.整套裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直于斜面向下.導軌和金屬桿的電阻可忽略，讓ab桿沿導軌由靜止開始下滑，導軌和

3、金屬桿接觸良好，不計它們之間的摩擦.(1)在加速下滑過程中，當 ab桿的速度為v時，求此時ab桿中的電流及其加速度的大小.(2)求在下滑過程中，ab桿可以達到的速度最大值.N練習1 (2).如圖，MN和PQ是兩根互相平行豎直放置的光滑金屬導軌，已知導軌足夠長，且電阻不計.ab是一根與導軌垂直而且始終與導軌接觸良好的金屬桿.開始時，將開關(guān) S斷開，讓桿ab由靜止開始自由 下落，過段時間后，再將 S閉合，若從S閉合開始計時，且已知金屬桿接入電路的電阻為R,則金屬桿ab的速度v隨時間t變化的圖像可能是圖中的 ()1編寫：宋明文 審核：李兆洋日照實驗高級中學 2018級物理導學案【小結(jié)】：電磁感應和力

4、學問題的綜合，其聯(lián)系橋梁是磁場對感應電流的安培力，因為感應電流與導體運動的加速度有相互制約的關(guān)系，這類問題中的導體一般不是做勻變速運動，而是經(jīng)歷一個動態(tài)變化過程，再趨于一個穩(wěn)定狀態(tài)，故解這類問題時正確的進行動態(tài)分析，確定最終狀態(tài)是解題的關(guān)鍵.受力情況、運動情況的動態(tài)分析及思考路線導體受力運動產(chǎn)生感應電動勢一感應電流一通電導體受安培力一合力變化一加速度變化一速度變化一感應電動勢變化一周而復始地循環(huán)，直至最終達到穩(wěn)定狀態(tài)，此時加速度為零，而導體通過加速達到最大速度做勻速直線運動或通過減速達到穩(wěn)定速度做勻速直線運動.解決此類問題的基本思路解決電磁感應中的動力學問題的一般思路是“先電后力”.“源”的分

5、析 一一分析出電路中由電磁感應所產(chǎn)生的電源，求出電源參數(shù) E和r；“路”的分析一一分析電路結(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；“力”的分析一一分析研究對象(常是金屬桿、導體線圈等)的受力情況，尤其注意其所受的安培力；“運動”狀態(tài)的分析一一根據(jù)力和運動的關(guān)系，判斷出正確的運動模型.兩種狀態(tài)處理(1)導體處于平衡狀態(tài)靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài).處理方法：根據(jù)平衡條件(合外力等于零)列式分析.(2)導體處于非平衡狀態(tài) 一一加速度不為零.處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進行動態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系分析.電磁感應中的動力學臨界問題(1)解決這類問題的關(guān)鍵是通過運動狀態(tài)的分析尋找過程中

6、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)基本思路知識點二 電磁感應中的平衡問題例2.如圖所示，L1 = 0.5 m , L2=0.8 m,回路總電阻為 R= 0.2 Q , M = 0.04 kg ,導軌光滑，開始時磁場Bo=1 T.現(xiàn)使磁感應強度以4t=0.2 T/s的變化率均勻地增大，問：當 0A tt為多少時,777777777取 10 m/s2)編寫：宋明文 審核：李兆洋日照實驗高級中學 2018級物理導學案練習2 (1).如圖所示，光滑導軌豎直放置，勻強磁場的磁感應強度為B=1 T,磁場方向垂直于導軌平面向外，導體棒ab的長度與導軌寬度均為L=0.5 m,電阻R=

7、2.0 W體棒與導軌接觸良好，導軌電阻不計當導體棒ab沿導軌勻速下滑時，標有 “3 V 1.5 W”字樣的小燈泡恰好正常發(fā)光，g=10 m/s2,求：(1)導體棒ab中的電流I的大小和方向;(2)導體棒ab的速度v的大小；(3)電路的總電功率 P;(4)導體棒ab的質(zhì)量m.練習2 (2) .如圖所示，金屬棒 ab置于水平放置白光滑框架cdef上，棒與框架接觸良好，勻強磁場垂直F使金屬棒ab保持靜止,于ab斜向下.從某時刻開始磁感應強度均勻減小，同時施加一個水平方向上的外力則F ()A.方向向右，且為恒力B .方向向右，且為變力C.方向向左，且為變力D.方向向左，且為恒力練習2 (3). (20

8、16高考全國卷n)如圖，水平面(紙面)內(nèi)間距為 l的平行金屬導軌間接一電阻，質(zhì)量為m、長度為l的金屬桿置于導軌上，t=0時，金屬桿在水平向右、大小為 F的恒定拉力作用下由靜止開始 運動小時刻，金屬桿進入磁感應強度大小為B、方向垂直于紙面向里的勻強磁場區(qū)域，且在磁場中恰好能保持勻速運動.桿與導軌的電阻均忽略不計，兩者始終保持垂直且接觸良好，兩者之間的動摩擦因數(shù)為重力加速度大小為 g.求：(1)金屬桿在磁場中運動時產(chǎn)生的電動勢的大小;(2)電阻的阻值.日照實驗高級中學 2018級物理導學案編寫：宋明文 審核：李兆洋綜合練習:1.(選做)如圖甲所示，兩根足夠長的平行金屬導軌MN、PQ相距為L,導軌平

9、面與水平面夾角為“金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導軌上，且始終與導軌接觸良好，金屬棒的質(zhì)量為m,導軌處于勻強磁場中，磁場的方向垂直于導軌平面斜向上，磁感應強度大小為 B.金屬導軌的上端與開關(guān)S、阻值為Ri的定值電阻和電阻箱 R2相連，不計一切摩擦，不計導軌、導線、金屬棒的電阻，重力加速度為g.現(xiàn)在閉合開關(guān)S, 將金屬棒由靜止釋放.(1)判斷金屬棒ab中電流的方向；(2)若電阻箱R2接入電路的阻值為 0,當金屬棒下降高度為 h時，速度為v,求此過程中定值電阻 Ri上產(chǎn)生 的焦耳熱Q;(3)當B=0.40 T、L=0.50 m、a= 37 時，金屬棒能達到的最大速度vm隨電阻箱R2阻值的變化關(guān)系

10、如圖乙所示，取 g= 10 m/s2, sin 37 =0.6, cos 37 =0.8,求R1的大小和金屬棒的質(zhì)量m.編寫：宋明文 審核：李兆洋日照實驗高級中學 2018級物理導學案第四章 電磁感應專題（二）一電磁感應動力學問題課后練習課后鞏固城班級：姓名：1.如圖所示，在光滑水平桌面上有一邊長為L、電阻為R的正方形導線框；在導線框右側(cè)有一寬度為d（d L）的條形勻強磁場區(qū)域，磁場的邊界與導線框的一邊平行，磁場方向豎直向下.導線框以某一初速度向右運動，t = 0時導線框的右邊恰與磁場的左邊界重合，隨后導線框進入并通過磁場區(qū)域.下列v-1圖像中，正確描述上述過2.如圖所示，勻強磁場存在于虛線框

11、內(nèi)，矩形線圈豎直下落.如果線圈中受到的磁場力總小于其重力,則它在1、2、3、4位置時的加速度關(guān)系為 （）A . ai a2 a3 a4B . ai = a2 = a3 = a4C. ai = a? a2 也D . ai = a3 a2 = a4 TOC o 1-5 h z .如圖所示，有兩根和水平方向成 口角的光滑平行金屬軌道，上端接有可變電阻 R,下端足夠長，空間有 垂直于軌道平面的勻強磁場，磁感應強度為 B, 一根質(zhì)量為 m的金屬桿（電阻忽略不計）從軌道上由靜止滑 下，經(jīng)過足夠長的時間后，金屬桿的速度會趨近于一個最大速度vm,則（ ）苴A.如果B增大，Vm將變大（S&B.如果a增大，Vm將

12、變大艾 弋/C.如果R變小，Vm將變大/D.如果m變小，Vm將變大備.如圖所示，兩根豎直放置的光滑平行導軌，其中一部分處于方向垂直導軌所在平面并且有上下水平邊界的勻強磁場中.一根金屬桿 MN保持水平并沿導軌滑下（導軌電阻不計），當金屬桿 MN進入磁場區(qū)后，.如圖所示，兩足夠長的光滑金屬導軌豎直放置，相距L,理想電流表與兩導軌相連，勻強磁場與導軌平面垂直.一質(zhì)量為 m、有效電阻為 R的導體棒在距磁場上邊界 h處靜止釋放.導體棒進入磁場后，流經(jīng)電流表的電流逐漸減小，最終穩(wěn)定為I。整個運動過程中，導體棒與導軌接觸良好，且始終保持水平，不計導軌的電阻.求：磁感應強度的大小 B;X X X X K -X

13、 X X X X（2）電流穩(wěn)定后，導體棒運動速度的大小v;編寫：宋明文 審核：李兆洋日照實驗高級中學 2018級物理導學案流經(jīng)電流表電流的最大值 I m.如圖所示，有兩根足夠長、不計電阻、相距 L的平行光滑金屬導軌 cd、ef與水平面成。角固定放置，底端接一阻值為 R的電阻，在軌道平面內(nèi)有磁感應強度為B的勻強磁場、方向垂直軌道平面斜向上.現(xiàn)有一平行于ce、垂直于導軌、質(zhì)量為 m、電阻不計白金屬桿 ab,在沿軌道平面向上的恒定拉力F作用下，從底端ce由靜止沿導軌向上運動，當 ab桿速度達到穩(wěn)定后，撤去拉力F,最后ab桿又沿軌道勻速回到ce端.已知ab桿向上和向下運動的最大速度相等.求：拉力F和桿

14、ab最后回到ce端的速度V。.（選做）如圖所示，兩根相距為L = 1m的足夠長的平行光滑金屬導軌，位于水平的xOy平面內(nèi)，一端接有阻值為R= 6a的電阻.在x0的一側(cè)存在垂直紙面向里的磁場，磁感應強度B只隨t的增大而增大，且它們間的關(guān)系為 B=kt,其中k=4T/s。一質(zhì)量為m = 0.5kg的金屬桿與金屬導軌垂直，可在導軌上滑動，當t=0時金屬桿靜止于 x= 0處，有一大小可調(diào)節(jié)的外力F作用于金屬桿，使金屬桿以恒定加速度 a=2m/s2沿x軸正向做勻加速直線運動.除電阻R以外其余電阻都可以忽略不計.求：當t=4s時施加于金屬桿上的外力為多大。PJL X X X X X X X 利F0 x.（選做）如圖甲所示，水平面上兩根足夠長的金屬導軌平行固定放置，間距為 L, 一端通過導線與阻值 為R的電阻連接；導