《（通用）高中物理 第四章 電磁感應 微型專題練3 電磁感應中的動力學及能量問題課件 新人教選修32》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《（通用）高中物理 第四章 電磁感應 微型專題練3 電磁感應中的動力學及能量問題課件 新人教選修32（27頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、微型專題3 電磁感應中的動力學及能量問題 第四章 電磁感應 學習目標 1.掌握電磁感應中動力學問題的分析方法. 2.理解電磁感應過程中能量的轉化情況，能用能量的觀點分析和解決電磁感應問題. 內(nèi)容索引 重點探究 啟迪思維 探究重點 達標檢測 檢測評價 達標過關 重點探究 1.電磁感應問題往往與力學問題聯(lián)系在一起，處理此類問題的基本方法是： (1)用法拉第電磁感應定律和楞次定律求感應電動勢的大小和方向. (2)用閉合電路歐姆定律求回路中感應電流的大小和方向. (3)分析研究導體受力情況(包括安培力). (4)列動力學方程或平衡方程求解. 2.兩種狀態(tài)處理 (1)導體處于平衡狀態(tài)靜止或勻速直線運動狀
2、態(tài). 處理方法：根據(jù)平衡條件合力等于零列式分析. (2)導體處于非平衡狀態(tài)加速度不為零. 處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進行動態(tài)分析或結合功能關系分析. 一、電磁感應中的動力學問題 例例1 如圖1所示，空間存在B0.5 T、方向豎直向下的勻強磁場，MN、PQ是水平放置的平行長直導軌，其間距L0.2 m，電阻R0.3 接在導軌一端，ab是跨接在導軌上質量m0.1 kg、接入電路的電阻r0.1 的導體棒，已知導體棒和導軌間的動摩擦因數(shù)為0.2.從零時刻開始，對ab棒施加一個大小為F0.45 N、方向水平向左的恒定拉力，使其從靜止開始沿導軌滑動，過程中棒始終保持與導軌垂直且接觸良好，求：(g10 m/s
3、2) (1)導體棒所能達到的最大速度； 圖1 答案答案 10 m/s 答案 解析 (2)試定性畫出導體棒運動的速度時間圖象. 答案 解析 答案答案 見解析圖 解析解析 由(1)中分析可知，導體棒運動的速度時間圖象如圖所示. 電磁感應動力學問題中，要把握好受力情況、運動情況的動態(tài)分析. 總結提升總結提升 基本思路是：導體受外力運動 EBlv產(chǎn)生感應電動勢 IERr 產(chǎn)生感應電流 FBIl導體受安培力 合外力變化 F合ma加速度變化 速度變化 感應電動勢變化a0，v 達到最大值. 例例2 如圖2甲所示，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
4、值為R的電阻，一根質量為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，導軌和金屬桿接觸良好，不計它們之間的摩擦.(重力加速度為g) 圖2 (1)由b向a方向看到的裝置如圖乙所示，請在此圖中畫出ab桿下滑過程中某時刻的受力示意圖； 答案 解析 答案答案 見解析圖 解析解析 如圖所示，ab桿受重力mg，方向豎直向下；支持力FN，方向垂直于斜面向上；安培力F安，方向沿導軌向上. (2)在加速下滑過程中，當ab桿的速度大小為v時，求此時ab桿中的電流及其加速度的大?。?答案 解析
5、答案答案 BLvR gsin B2L2vmR (3)求在下滑過程中，ab桿可以達到的速度最大值. 答案 解析 答案答案 mgRsin B2L2 即 mgsin B2L2vmR，解得 vmmgRsin B2L2. 解析解析 當a0時，ab桿有最大速度vm， 電磁感應中動力學問題的解題技巧電磁感應中動力學問題的解題技巧 1.受力分析時，要把立體圖轉換為平面圖，同時標明電流方向及磁場B的方向，以便準確地畫出安培力的方向. 2.要特別注意安培力的大小和方向都有可能變化. 3.根據(jù)牛頓第二定律分析a的變化情況，以求出穩(wěn)定狀態(tài)的速度. 4.列出穩(wěn)定狀態(tài)下的受力平衡方程往往是解題的突破口. 總結提升總結提升
6、 1.電磁感應中能量的轉化電磁感應中能量的轉化 電磁感應過程的實質是不同形式的能量相互轉化的過程，其能量轉化方式為： 二、電磁感應中的能量問題 2.求解電磁感應現(xiàn)象中能量問題的一般思路求解電磁感應現(xiàn)象中能量問題的一般思路 (1)確定回路，分清電源和外電路. (2)分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉化.如： 有滑動摩擦力做功，必有內(nèi)能產(chǎn)生； 有重力做功，重力勢能必然發(fā)生變化； 克服安培力做功，必然有其他形式的能轉化為電能，并且克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能；如果安培力做正功，就是電能轉化為其他形式的能. (3)列有關能量的關系式. 例例3 如圖3所示，MN和PQ是電阻不計的平
7、行金屬導軌，其間距為L，導軌彎曲部分光滑，平直部分粗糙，二者平滑連接.右端接一個阻值為R的定值電阻.平直部分導軌左邊區(qū)域有寬度為d、方向豎直向上、磁感應強度大小為B的勻強磁場.質量為m、接入電路的電阻也為R的金屬棒從高度為h處靜止釋放，到達磁場右邊界處恰好停止.已知金屬棒與平直部分導軌間的動摩擦因數(shù)為，金屬棒與導軌間接觸良好.則金屬棒穿過磁場區(qū)域的過程中 圖3 答案 解析 A.流過金屬棒的最大電流為Bd 2gh2R B.通過金屬棒的電荷量為BdLR C.克服安培力所做的功為 mgh D.金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱為12mg(hd) 電磁感應中焦耳熱的計算技巧電磁感應中焦耳熱的計算技巧 1.電流恒定時，
8、根據(jù)焦耳定律求解，即QI2Rt. 2.感應電流變化，可用以下方法分析： (1)利用動能定理，求出克服安培力做的功W安，產(chǎn)生的焦耳熱等于克服安培力做的功，即QW安. (2)利用能量守恒，即感應電流產(chǎn)生的焦耳熱等于其他形式能量的減少量. 總結提升總結提升 圖4 例例4 如圖4所示，足夠長的平行光滑U形導軌傾斜放置，所在平面的傾角37，導軌間的距離L1.0 m，下端連接R1.6 的電阻，導軌電阻不計，所在空間存在垂直于導軌平面向上的勻強磁場，磁感應強度B1.0 T.質量m0.5 kg、電阻r0.4 的金屬棒ab垂直置于導軌上，現(xiàn)用沿導軌平面且垂直于金屬棒、大小為F5.0 N的恒力使金屬棒ab從靜止開
9、始沿導軌向上滑行，當金屬棒滑行s2.8 m后速度保持不變.求：(sin 370.6，cos 370.8，g10 m/s2) (1)金屬棒勻速運動時的速度大小v； 答案 解析 答案答案 4 m/s (2)金屬棒從靜止到剛開始勻速運動的過程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量QR. 答案 解析 答案答案 1.28 J 解析解析 設整個電路中產(chǎn)生的熱量為Q，由能量守恒定律有 QFsmgs sin 12mv2 而 QRRRr Q，代入數(shù)據(jù)解得 QR1.28 J. 達標檢測 1.(電磁感應中的動力學問題電磁感應中的動力學問題)如圖5所示，在一勻強磁場中有一U形導線框abcd，線框處于水平面內(nèi)，磁場與線框平面垂直，R為
10、一電阻，ef為垂直于ab的一根導體桿，它可在ab、cd上無摩擦地滑動.桿ef及線框中導線的電阻都可忽略不計.開始時，給ef一個向右的初速度，則 A.ef將減速向右運動，但不是勻減速 B.ef將勻減速向右運動，最后停止 C.ef將勻速向右運動 D.ef將往返運動 圖5 答案 解析 1 2 3 4 2.(電磁感應中的動力學問題電磁感應中的動力學問題)如圖6所示，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是一根與導軌垂直且始終與導軌接觸良好的金屬桿，開始時，將開關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，則金屬桿ab的速度v
11、隨時間t變化的圖象不可能是下圖中的 答案 圖6 解析 1 2 3 4 3.(電磁感應中的能量問題電磁感應中的能量問題)(多選)如圖7所示，兩根光滑的金屬導軌，平行放置在傾角為的斜面上，導軌的左端接有電阻R，導軌自身的電阻可忽略不計.斜面處在一勻強磁場中，磁場方向垂直于斜面向上.質量為m、電阻可以忽略不計的金屬棒ab，在沿著斜面與棒垂直的恒力F作用下沿導軌勻速上滑，且上升的高度為h，在這一過程中 A.作用于金屬棒上的各個力的合力所做的功等于零 B.作用于金屬棒上的各個力的合力所做的功等于mgh 與電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱之和 C.恒力F與安培力的合力所做的功等于零 D.恒力F與重力的合力所做的功等于
12、電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱 答案 圖7 解析 1 2 3 4 4.(電磁感應中的力電綜合問題電磁感應中的力電綜合問題)兩根平行的金屬導軌相距L11 m，與水平方向成30角傾斜放置，如圖8甲所示，其上端連接阻值R1.5 的電阻，另有一根質量m0.2 kg，電阻r0.5 的金屬棒ab放在兩根導軌上，距離上端L24 m，棒與導軌垂直并接觸良好，導軌電阻不計，因有摩擦力作用，金屬棒處于靜止狀態(tài).現(xiàn)在垂直導軌面加上 從零均勻增強的磁場，磁感應強度的變化 規(guī)律如圖乙所示，已知在t2 s時棒與導軌 間的摩擦力剛好為零(g取10 m/s2)，則在棒 發(fā)生滑動之前： 圖8 (1)t2 s時，磁感應強度B為多大？ 答案 答案答案 1 T 解析 1 2 3 4 (2)假如t5 s時棒剛要發(fā)生滑動，則棒與導軌間最大靜摩擦力多大？ 答案 答案答案 1.5 N 解析 解析解析 當t5 s時，對棒由平衡條件得 B5IL1mgsin Ffmax 由題圖乙及第(1)問可得t5 s時，B52.5 T 聯(lián)立解得Ffmax1.5 N 1 2 3 4 (3)從t0到t3 s內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的電熱有多少？ 答案 答案答案 4.5 J 解析 解析解析 由焦耳定律得：QRI2Rt 代入數(shù)據(jù)解得：QR4.5 J 1 2 3 4
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