2019-2020學(xué)年高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 習(xí)題課 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)及能量問題課件 新人教版選修3-2.ppt

1、習(xí)題課:電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)及能量問題,探究一,探究二,電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題 問題探究 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場中,豎直放置一個(gè)“ ”形金屬框ABCD,框面垂直于磁場,寬度BC為L,質(zhì)量為m的金屬桿PQ用光滑金屬套連接在框架AB和CD上,如圖。金屬桿PQ電阻為R,其他電阻不計(jì),從桿自靜止開始沿框架下滑到達(dá)到最大速度的過程中,思考討論下列問題:,探究一,探究二,(1)開始下滑的加速度為多少? (2)金屬桿中感應(yīng)電流的方向怎樣?金屬桿受的安培力向哪?如何變化? (3)金屬桿的加速度如何變化?金屬桿的速度如何變化? (4)滿足什么條件時(shí)金屬桿達(dá)到最大速度?金屬桿下滑的最大速度是多少? 要點(diǎn)提示

2、:(1)g。(2)向左,向上,變大。(3)變小,變大。(4)當(dāng)安培力,探究一,探究二,知識歸納 由于通過導(dǎo)體的感應(yīng)電流在磁場中將受到安培力作用,因此電磁感應(yīng)問題往往和力學(xué)問題綜合在一起。 1.理解電磁感應(yīng)問題中的兩個(gè)研究對象及其之間的相互制約關(guān)系。,探究一,探究二,2.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中涉及具有收尾速度的力學(xué)問題時(shí),關(guān)鍵是做好受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析: 3.處理此類問題的基本方法: (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向。 (2)求回路中的感應(yīng)電流的大小和方向。 (3)分析研究導(dǎo)體受力情況(包括安培力)。 (4)列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解。,探究一,探究二,典例剖析 【例

3、題1】 如圖所示,空間存在B=0.5 T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場,MN、PQ是不計(jì)電阻水平放置的平行長直導(dǎo)軌,其間距L=0.2 m,電阻R=0.3 接在導(dǎo)軌一端,ab是跨接在導(dǎo)軌上質(zhì)量m=0.1 kg、電阻r=0.1 、長度與導(dǎo)軌間距相等的導(dǎo)體棒,已知導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2。從零時(shí)刻開始,對ab棒施加一個(gè)大小為F=0.45 N、方向水平向左的恒定拉力,使其從靜止開始沿導(dǎo)軌滑動(dòng),過程中棒始終保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,則:(g取10 m/s2) (1)求導(dǎo)體棒所能達(dá)到的最大速度。 (2)試定性畫出導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的速度時(shí)間圖象。,探究一,探究二,解析:ab棒在拉力F作用下運(yùn)動(dòng),隨著ab棒切割

4、磁感線運(yùn)動(dòng)的速度增大,棒中的感應(yīng)電動(dòng)勢增大,棒中感應(yīng)電流增大,棒受到的安培力也增大,最終達(dá)到勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)棒的速度達(dá)到最大值。外力在克服安培力做功的過程中,消耗了其他形式的能,轉(zhuǎn)化成了電能,最終轉(zhuǎn)化成了焦耳熱。 (1)導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢 E=BLv,導(dǎo)體棒受到的安培力F安=BIL 導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)過程中受到拉力F、安培力F安和摩擦力Ff的作用,根據(jù)牛頓第二定律得, F-mg-F安=ma 由得,探究一,探究二,由上式可以看出,隨著速度的增大,安培力增大,加速度a減小,當(dāng)加速度a減小到0時(shí),速度達(dá)到最大。,(2)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的速度時(shí)間圖象如圖所示。,答案:(1)10 m/s(2)見解析圖,

5、探究一,探究二,解決電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題的思路 解決電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題的一般思路是“先電后力”,具體思路如下:,探究一,探究二,變式訓(xùn)練1(多選)如圖所示,MN和PQ是兩根互相平行豎直放置的光滑金屬導(dǎo)軌,已知導(dǎo)軌足夠長,且電阻不計(jì)。ab是一根與導(dǎo)軌垂直而且始終與導(dǎo)軌接觸良好的金屬桿。開始時(shí),將開關(guān)S斷開,讓桿ab由靜止開始自由下落,一段時(shí)間后,再將S閉合,若從S閉合開始計(jì)時(shí),則金屬桿ab的速度v隨時(shí)間t變化的圖象可能是(),探究一,探究二,答案:ACD,探究一,探究二,電磁感應(yīng)中的能量問題 問題探究 在水平勻強(qiáng)磁場中,豎直放置一個(gè)“ ”形金屬框,框面垂直于磁場,金屬桿用光滑金屬套連接在框

6、架上,如圖。桿自靜止開始沿框架下滑,試分析桿自靜止下滑一段時(shí)間(未達(dá)到最大速度)內(nèi),有哪些力做了功?有哪些能量發(fā)生了變化?簡述這些功能關(guān)系。,探究一,探究二,要點(diǎn)提示:重力做功和安培力做功。重力勢能減少,動(dòng)能增加,電能增加。重力做的功等于重力勢能的減少量,克服安培力做的功等于電能的增加量,合力的功等于動(dòng)能的增加量。,探究一,探究二,知識歸納 1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化,2.求解焦耳熱Q的三種方法,探究一,探究二,3.求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量問題的一般思路 (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向。 (2)畫出等效電路,求出回路中電阻消耗的電功率表達(dá)式。 (3)分析導(dǎo)體機(jī)械

7、能的變化,用能量守恒關(guān)系得到機(jī)械功率的改變與回路中電功率的改變所滿足的方程。 產(chǎn)生和維持感應(yīng)電流的過程是其他形式的能向感應(yīng)電流的電能轉(zhuǎn)化的過程,安培力做功是其他形式的能和電能之間轉(zhuǎn)化的量度。,探究一,探究二,典例剖析 【例題2】 (多選)如圖所示,兩根電阻不計(jì)的光滑平行金屬導(dǎo)軌傾角為,導(dǎo)軌下端接有電阻R,勻強(qiáng)磁場垂直斜面向上。質(zhì)量為m、電阻不計(jì)的金屬棒ab在沿斜面與棒垂直的恒力F作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑,上升高度為h,在這個(gè)過程中(),A.金屬棒所受各力的合力所做的功等于零 B.金屬棒所受各力的合力所做的功等于mgh和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱之和 C.恒力F與重力的合力所做的功等于棒克服安培力所做的功

8、與電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱之和 D.恒力F與重力的合力所做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱,探究一,探究二,解析:棒勻速上升的過程有三個(gè)力做功:恒力F做正功、重力G做負(fù)功、安培力F安做負(fù)功。根據(jù)動(dòng)能定理得,W=WF+WG+W安=0,故A對,B錯(cuò);恒力F與重力G的合力所做的功等于棒克服安培力做的功。而棒克服安培力做的功等于回路中電能(最終轉(zhuǎn)化為焦耳熱)的增加量,克服安培力做功與焦耳熱不能重復(fù)考慮,故C錯(cuò),D對。 答案:AD,探究一,探究二,變式訓(xùn)練2如圖所示,勻強(qiáng)磁場方向豎直向下,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。正方形金屬框abcd可繞光滑軸OO轉(zhuǎn)動(dòng),邊長為L,總電阻為R,ab邊質(zhì)量為m,其他三邊質(zhì)量不計(jì),現(xiàn)將abcd

9、拉至水平位置,并由靜止釋放,經(jīng)一定時(shí)間到達(dá)豎直位置,ab邊的速度大小為v,則在金屬框內(nèi)產(chǎn)生熱量大小等于(),探究一,探究二,解析:金屬框繞光滑軸轉(zhuǎn)下的過程中機(jī)械能有損失但能量守恒,答案:C,1,2,3,1.如圖所示,在一勻強(qiáng)磁場中有一U形導(dǎo)線框abcd,線框處于水平面內(nèi),磁場與線框平面垂直,R為一電阻,ef為垂直于ab的一根導(dǎo)體桿,它可在ab、cd上無摩擦地滑動(dòng)。桿ef及線框中導(dǎo)線的電阻都可不計(jì)。開始時(shí),給ef一個(gè)向右的初速度,則() A.ef將減速向右運(yùn)動(dòng),但不是勻減速 B.ef將勻減速向右運(yùn)動(dòng),最后停止 C.ef將勻速向右運(yùn)動(dòng) D.ef將往返運(yùn)動(dòng) 解析:ef向右運(yùn)動(dòng),切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流,會(huì)受到向左的安培力而做減速運(yùn)動(dòng),直到停止,但不是勻減速,由,答案:A,1,2,3,2.如圖所示,質(zhì)量為m、高為h的矩形導(dǎo)線框在豎直面內(nèi)自由下落,其上下兩邊始終保持水平,途中恰好勻速穿過一有理想邊界、高亦為h的勻強(qiáng)磁場區(qū)域,線框在此過程中產(chǎn)生的內(nèi)能為() A.mgh B.2mgh C.大于mgh而小于2mgh D.大于2mgh 解析:因線框勻速穿過磁場,在穿過磁