電磁感應(yīng)的動(dòng)態(tài)分析和能量分析初步課件

安培(Ampére，1775—1836)法國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家

法拉第

(Faraday,1791-1867)英國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家

楞次（Ленц，1804-1865）俄國(guó)物理學(xué)家和地球物理學(xué)家電磁感應(yīng)奧斯特（Oersted，1777-1851）丹麥物理學(xué)家安培(Ampére，1775—1836)法國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家1833年，楞次在圣彼得堡科學(xué)院宣讀了他的題為“關(guān)于用電動(dòng)力學(xué)方法決定感生電流方向”的論文，提出了楞次定律。1820年安培發(fā)現(xiàn)安培定則、安培定律。

1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象、1851年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律。安培還進(jìn)一步探索了磁的本質(zhì)，提出了分子電流假說，為正確認(rèn)識(shí)物質(zhì)磁性指出了方向．安培把磁和電流聯(lián)系起來，從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)了磁和電的統(tǒng)一。1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)，開辟了物理學(xué)的新領(lǐng)域——電磁學(xué)。杰出成就1833年，楞次在圣彼得堡科學(xué)院宣讀了他的題為“關(guān)于用電動(dòng)力電磁感應(yīng)現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)分析和能量分析初步電磁感應(yīng)現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)分析和能量分析初步

在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬棒沿“U”型框架或平行導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的問題，要涉及磁場(chǎng)對(duì)電流的作用，法拉第電磁感應(yīng)定律，閉合電路的計(jì)算等電學(xué)知識(shí)；要依據(jù)物體的受力情況對(duì)速度和加速度的動(dòng)態(tài)變化運(yùn)行分析；還要對(duì)能量轉(zhuǎn)化和能量守恒有深刻的理解，有些問題還涉及動(dòng)量定理以及動(dòng)量是否守恒的判斷和應(yīng)用。

在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬棒沿“U”型框架或平行導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的[探究主題]如圖所示，在豎直向下的磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有兩根水平放置相距L且足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌AB、CD，在導(dǎo)軌的AC端連接一阻值為R的電阻，一根垂直于導(dǎo)軌放置的金屬棒ab，質(zhì)量為m，導(dǎo)軌和金屬棒的電阻及它們間的摩擦均不計(jì)，若用恒力F沿水平向右拉棒運(yùn)動(dòng).探究（1）：金屬棒的最大速度.探究（2）：如果ab棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，其它條件均不變，則ab棒的最大速度為多少？[探究主題]如圖所示，在豎直向下的磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)探究（3）：如圖所示，若將質(zhì)量為M的重物跨過一光滑的定滑輪，通過一根不可伸長(zhǎng)，質(zhì)量不計(jì)的細(xì)繩與ab相連，繩與導(dǎo)軌平行，將M從靜止開始釋放，當(dāng)ab棒產(chǎn)生的電功率最大時(shí)，求此時(shí)棒的速度？（設(shè)ab棒的阻值為r，ab棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)仍為μ）探究（3）：如圖所示，若將質(zhì)量為M的重物跨過一光滑的定滑輪，探究（4）：在探究（2）中如果電阻R換成額定電壓為U、額定功率為P的小燈泡，且金屬棒在導(dǎo)軌間的電阻仍為r，那么需要施加多大的外力時(shí)才能使燈泡亮度趨于穩(wěn)定，正常發(fā)光？探究（4）：在探究（2）中如果電阻R換成額定電壓為U、額定功探究（5）：如圖所示，將線圈串接一只靈敏電流計(jì)，放在U形導(dǎo)線框附近，用一恒力向右拉ab并始終保持ab與導(dǎo)軌良好接觸，則通過靈敏電流計(jì)的電流（）A．方向N→G→MB．方向M→G→NC．不斷增加D．逐漸減小到零探究（5）：如圖所示，將線圈串接一只靈敏電流計(jì)，放在U形導(dǎo)線探究（6）：若不計(jì)摩擦和金屬棒ab的電阻①若拉力恒定，棒ab最終速度可達(dá)2v，則當(dāng)速度為v時(shí)，棒ab的加速度a1多大？②若拉力功率恒定，最終速度可達(dá)2v，則當(dāng)速度為v時(shí)，棒加速度a2多大？探究（6）：若不計(jì)摩擦和金屬棒ab的電阻探究（7）：設(shè)金屬棒ab的電阻為r，不計(jì)摩擦,當(dāng)棒ab在恒力F的作用下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，撤去F，求以后電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱以及通過電阻R的電荷量.撤去F探究（7）：設(shè)金屬棒ab的電阻為r，不計(jì)摩擦,當(dāng)棒ab在恒力導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)→感應(yīng)電流→導(dǎo)體受安培力→合外力變化→加速度變化→速度變化→感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變化→…動(dòng)態(tài)變化過程結(jié)束時(shí)，加速度為零，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài).[小結(jié)]一般在動(dòng)態(tài)變化過程中，導(dǎo)體做加速度不斷減小的變加速運(yùn)動(dòng)，動(dòng)態(tài)變化過程結(jié)束后，導(dǎo)體做勻速運(yùn)動(dòng).一般在動(dòng)態(tài)變化過程中，其他形式的能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的動(dòng)能和回路的電能；動(dòng)態(tài)變化過程結(jié)束后，導(dǎo)體的動(dòng)能不變，其他形式的能轉(zhuǎn)化為回路的電能.（1）受力分析：（2）運(yùn)動(dòng)分析：（3）能量分析：導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)→感應(yīng)電流→導(dǎo)體受安培力→合外力變[例2]如圖所示，豎直光滑導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒ab由靜止開始下落，下落過程中與導(dǎo)軌接觸良好，經(jīng)過充分長(zhǎng)的時(shí)間后合上開關(guān)S，則合上S后的一小段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒ab將做（）A．向下勻速運(yùn)動(dòng)B．向下加速運(yùn)動(dòng)C．向下減速運(yùn)動(dòng)

D．向上減速運(yùn)動(dòng)[例2]如圖所示，豎直光滑導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒ab由靜止開始下落[例3]如圖所示，MN、PQ是兩根足夠長(zhǎng)的固定平行金屬導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌間的距離為l，導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角為θ，在整個(gè)導(dǎo)軌平面內(nèi)都有垂直于導(dǎo)軌平面斜向上方的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.在導(dǎo)軌的M、P端連接一個(gè)阻值為R的電阻，一根垂直于導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)質(zhì)量為m的金屬棒ab，從靜止釋放開始沿導(dǎo)軌下滑，求ab棒的最大速度.（要求畫出ab棒的受力圖，已知ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，導(dǎo)軌和金屬棒的電阻不計(jì)）[例3]如圖所示，MN、PQ是兩根足夠長(zhǎng)的固定平行金屬導(dǎo)軌，[例4]如圖所示，水平放置的平行金屬導(dǎo)軌左邊接有電阻R，軌道所在處有豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng).金屬棒ab橫跨導(dǎo)軌，它在外力作用下向右勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度由v變成2v時(shí)，（除R外其余電阻不計(jì)，導(dǎo)軌光滑）那么（）A．原來作用在ab上的外力應(yīng)裝置加到4倍B．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將增中為原來的2倍C．感應(yīng)電流的功率將增為原來的4倍

D．外力的功率將曾為原來的2倍[例4]如圖所示，水平放置的平行金屬導(dǎo)軌左邊接有電阻R，軌[例5]如圖所示，兩根足夠長(zhǎng)的固定的平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi)，兩導(dǎo)軌間的距離為l，導(dǎo)軌上面橫放著兩根導(dǎo)體棒ab和cd，構(gòu)成矩形回路。兩根導(dǎo)體棒的質(zhì)量皆為m，電阻皆為R，回路中其余部分的電阻可不計(jì)，在整個(gè)導(dǎo)軌平面內(nèi)都有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，設(shè)兩導(dǎo)體棒均可沿導(dǎo)軌無摩擦地滑行。開始時(shí)，棒cd靜止，棒ab有指向棒cd的初速度v0。若兩導(dǎo)體棒在運(yùn)動(dòng)中始終不接觸，求：

（1）在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的焦耳熱最多是多少？（2）當(dāng)ab棒的速度變?yōu)槌跛俣鹊?/4時(shí)，cd棒的加速度是多少？[例5]如圖所示，兩根足夠長(zhǎng)的固定的平行金屬導(dǎo)軌位于同一[例6]放在絕緣水平面上的兩條平行導(dǎo)軌MN和PQ之間寬度為L(zhǎng)，置于磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，B的方向垂直于導(dǎo)軌平面.導(dǎo)軌左端接有阻值為R的電阻.其它部分電阻不計(jì)，導(dǎo)軌右端接有一電容為C的電容器，長(zhǎng)為2L的金屬棒放在導(dǎo)軌上與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，其a端放在導(dǎo)軌PQ上.現(xiàn)將金屬棒以a端為軸以角速度ω沿導(dǎo)軌平面順時(shí)針轉(zhuǎn)過90°角，如下圖所示.求這個(gè)過程中的通過電阻R的總電量是多少？（設(shè)導(dǎo)軌長(zhǎng)度比2L長(zhǎng)得多）[例6]放在絕緣水平面上的兩條平行導(dǎo)軌MN和PQ之間寬度

（1）雙金屬棒在導(dǎo)軌上滑動(dòng)時(shí)，要特別注意兩棒的運(yùn)動(dòng)方向，從而確定兩“電源”的電動(dòng)勢(shì)方向，據(jù)閉合電路歐姆定律計(jì)算電路中的電流強(qiáng)度，從而求出要求的其它問題。（2）和單金屬棒棒在導(dǎo)軌上滑動(dòng)一樣，要認(rèn)真進(jìn)行受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析，還要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的分析。

[小結(jié)]（1）雙金屬棒在導(dǎo)軌上滑動(dòng)時(shí)，要特別注意兩棒的運(yùn)動(dòng)方——“這個(gè)世界最令人不解的事情是，它是可以理解的。”

——“探索奧秘對(duì)于我們?nèi)祟惗允亲顬槊烂畹氖虑?。它是真正藝術(shù)和科學(xué)的起源?！?/p>

——“想像力比知識(shí)更重要?！?/p>

——“這個(gè)世界最令人不解的事情是，它是可以理解的。”——“謝謝指導(dǎo)！謝謝指導(dǎo)！安培(Ampére，1775—1836)法國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家

法拉第

(Faraday,1791-1867)英國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家

楞次（Ленц，1804-1865）俄國(guó)物理學(xué)家和地球物理學(xué)家電磁感應(yīng)奧斯特（Oersted，1777-1851）丹麥物理學(xué)家安培(Ampére，1775—1836)法國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家1833年，楞次在圣彼得堡科學(xué)院宣讀了他的題為“關(guān)于用電動(dòng)力學(xué)方法決定感生電流方向”的論文，提出了楞次定律。1820年安培發(fā)現(xiàn)安培定則、安培定律。

1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象、1851年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律。安培還進(jìn)一步探索了磁的本質(zhì)，提出了分子電流假說，為正確認(rèn)識(shí)物質(zhì)磁性指出了方向．安培把磁和電流聯(lián)系起來，從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)了磁和電的統(tǒng)一。1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)，開辟了物理學(xué)的新領(lǐng)域——電磁學(xué)。杰出成就1833年，楞次在圣彼得堡科學(xué)院宣讀了他的題為“關(guān)于用電動(dòng)力電磁感應(yīng)現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)分析和能量分析初步電磁感應(yīng)現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)分析和能量分析初步

在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬棒沿“U”型框架或平行導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的問題，要涉及磁場(chǎng)對(duì)電流的作用，法拉第電磁感應(yīng)定律，閉合電路的計(jì)算等電學(xué)知識(shí)；要依據(jù)物體的受力情況對(duì)速度和加速度的動(dòng)態(tài)變化運(yùn)行分析；還要對(duì)能量轉(zhuǎn)化和能量守恒有深刻的理解，有些問題還涉及動(dòng)量定理以及動(dòng)量是否守恒的判斷和應(yīng)用。

在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬棒沿“U”型框架或平行導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的[探究主題]如圖所示，在豎直向下的磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有兩根水平放置相距L且足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌AB、CD，在導(dǎo)軌的AC端連接一阻值為R的電阻，一根垂直于導(dǎo)軌放置的金屬棒ab，質(zhì)量為m，導(dǎo)軌和金屬棒的電阻及它們間的摩擦均不計(jì)，若用恒力F沿水平向右拉棒運(yùn)動(dòng).探究（1）：金屬棒的最大速度.探究（2）：如果ab棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，其它條件均不變，則ab棒的最大速度為多少？[探究主題]如圖所示，在豎直向下的磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)探究（3）：如圖所示，若將質(zhì)量為M的重物跨過一光滑的定滑輪，通過一根不可伸長(zhǎng)，質(zhì)量不計(jì)的細(xì)繩與ab相連，繩與導(dǎo)軌平行，將M從靜止開始釋放，當(dāng)ab棒產(chǎn)生的電功率最大時(shí)，求此時(shí)棒的速度？（設(shè)ab棒的阻值為r，ab棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)仍為μ）探究（3）：如圖所示，若將質(zhì)量為M的重物跨過一光滑的定滑輪，探究（4）：在探究（2）中如果電阻R換成額定電壓為U、額定功率為P的小燈泡，且金屬棒在導(dǎo)軌間的電阻仍為r，那么需要施加多大的外力時(shí)才能使燈泡亮度趨于穩(wěn)定，正常發(fā)光？探究（4）：在探究（2）中如果電阻R換成額定電壓為U、額定功探究（5）：如圖所示，將線圈串接一只靈敏電流計(jì)，放在U形導(dǎo)線框附近，用一恒力向右拉ab并始終保持ab與導(dǎo)軌良好接觸，則通過靈敏電流計(jì)的電流（）A．方向N→G→MB．方向M→G→NC．不斷增加D．逐漸減小到零探究（5）：如圖所示，將線圈串接一只靈敏電流計(jì)，放在U形導(dǎo)線探究（6）：若不計(jì)摩擦和金屬棒ab的電阻①若拉力恒定，棒ab最終速度可達(dá)2v，則當(dāng)速度為v時(shí)，棒ab的加速度a1多大？②若拉力功率恒定，最終速度可達(dá)2v，則當(dāng)速度為v時(shí)，棒加速度a2多大？探究（6）：若不計(jì)摩擦和金屬棒ab的電阻探究（7）：設(shè)金屬棒ab的電阻為r，不計(jì)摩擦,當(dāng)棒ab在恒力F的作用下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，撤去F，求以后電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱以及通過電阻R的電荷量.撤去F探究（7）：設(shè)金屬棒ab的電阻為r，不計(jì)摩擦,當(dāng)棒ab在恒力導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)→感應(yīng)電流→導(dǎo)體受安培力→合外力變化→加速度變化→速度變化→感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變化→…動(dòng)態(tài)變化過程結(jié)束時(shí)，加速度為零，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài).[小結(jié)]一般在動(dòng)態(tài)變化過程中，導(dǎo)體做加速度不斷減小的變加速運(yùn)動(dòng)，動(dòng)態(tài)變化過程結(jié)束后，導(dǎo)體做勻速運(yùn)動(dòng).一般在動(dòng)態(tài)變化過程中，其他形式的能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的動(dòng)能和回路的電能；動(dòng)態(tài)變化過程結(jié)束后，導(dǎo)體的動(dòng)能不變，其他形式的能轉(zhuǎn)化為回路的電能.（1）受力分析：（2）運(yùn)動(dòng)分析：（3）能量分析：導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)→感應(yīng)電流→導(dǎo)體受安培力→合外力變[例2]如圖所示，豎直光滑導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒ab由靜止開始下落，下落過程中與導(dǎo)軌接觸良好，經(jīng)過充分長(zhǎng)的時(shí)間后合上開關(guān)S，則合上S后的一小段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒ab將做（）A．向下勻速運(yùn)動(dòng)B．向下加速運(yùn)動(dòng)C．向下減速運(yùn)動(dòng)

D．向上減速運(yùn)動(dòng)[例2]如圖所示，豎直光滑導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒ab由靜止開始下落[例3]如圖所示，MN、PQ是兩根足夠長(zhǎng)的固定平行金屬導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌間的距離為l，導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角為θ，在整個(gè)導(dǎo)軌平面內(nèi)都有垂直于導(dǎo)軌平面斜向上方的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.在導(dǎo)軌的M、P端連接一個(gè)阻值為R的電阻，一根垂直于導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)質(zhì)量為m的金屬棒ab，從靜止釋放開始沿導(dǎo)軌下滑，求ab棒的最大速度.（要求畫出ab棒的受力圖，已知ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，導(dǎo)軌和金屬棒的電阻不計(jì)）[例3]如圖所示，MN、PQ是兩根足夠長(zhǎng)的固定平行金屬導(dǎo)軌，[例4]如圖所示，水平放置的平行金屬導(dǎo)軌左邊接有電阻R，軌道所在處有豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng).金屬棒ab橫跨導(dǎo)軌，它在外力作用下向右勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度由v變成2v時(shí)，（除R外其余電阻不計(jì)，導(dǎo)軌光滑）那么（）A．原來作用在ab上的外力應(yīng)裝置加到4倍B．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將增中為原來的2倍C．感應(yīng)電流的功率將增為原來的4倍

D．外力的功率將曾為原來的2倍[例4]如圖所示，水平放置的平行金屬導(dǎo)軌左邊接有電阻R，軌[例5]如圖所示，兩根足夠長(zhǎng)的固定的平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi)，兩導(dǎo)軌間的距離為l，導(dǎo)軌上面橫放著兩根導(dǎo)體棒ab和cd，構(gòu)成矩形回路。兩根導(dǎo)體棒的質(zhì)量皆為m，電阻皆為R，回路中其余部分的電阻可不計(jì)，在整個(gè)導(dǎo)軌平面內(nèi)都有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，設(shè)兩導(dǎo)體棒均可沿導(dǎo)軌無摩擦地滑行。開始時(shí)，棒cd靜止，棒ab有指向棒cd的初速度v0。若