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(wèn)題課件 新人教版選修3-2.ppt

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習(xí)題課 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)及能量問(wèn)題 探究一 探究二 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題問(wèn)題探究在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 豎直放置一個(gè) 形金屬框ABCD 框面垂直于磁場(chǎng) 寬度BC為L(zhǎng) 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(kāi)始沿框架下滑到達(dá)到最大速度的過(guò)程中 思考討論下列問(wèn)題 探究一 探究二 1 開(kāi)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 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(shí)歸納由于通過(guò)導(dǎo)體的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中將受到安培力作用 因此電磁感應(yīng)問(wèn)題往往和力學(xué)問(wèn)題綜合在一起 1 理解電磁感應(yīng)問(wèn)題中的兩個(gè)研究對(duì)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(wèn)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(wèn)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(shì)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 例題1 如圖所示 空間存在B 0 5T 方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng) MN PQ是不計(jì)電阻水平放置的平行長(zhǎng)直導(dǎo)軌 其間距L 0 2m 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 1kg 電阻r 0 1 長(zhǎng)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(kāi)始 對(duì)ab棒施加一個(gè)大小為F 0 45N 方向水平向左的恒定拉力 使其從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌滑動(dòng) 過(guò)程中棒始終保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好 則 g取10m s2 1 求導(dǎo)體棒所能達(dá)到的最大速度 2 試定性畫(huà)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棒切割磁感線運(yùn)動(dòng)的速度增大 棒中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(guò)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(shì)E BLv 導(dǎo)體棒受到的安培力F安 BIL 導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)過(guò)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 10m s 2 見(jiàn)解析圖 探究一 探究二 解決電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的思路解決電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)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(zhǎng) 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(kāi)始時(shí) 將開(kāi)關(guān)S斷開(kāi) 讓桿ab由靜止開(kāi)始自由下落 一段時(shí)間后 再將S閉合 若從S閉合開(kāi)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(wèn)題問(wèn)題探究在水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 豎直放置一個(gè) 形金屬框 框面垂直于磁場(chǎng) 金屬桿用光滑金屬套連接在框架上 如圖 桿自靜止開(kāi)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(jiǎn)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(shì)能減少 動(dòng)能增加 電能增加 重力做的功等于重力勢(shì)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(shí)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(wèn)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(shì)的大小和方向 2 畫(huà)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(guò)程是其他形式的能向感應(yīng)電流的電能轉(zhuǎn)化的過(guò)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(chǎng)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(guò)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(guò)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(duì) 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(duì) 答案 AD 探究一 探究二 變式訓(xùn)練2如圖所示 勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(zhǎng)為L(zhǎng) 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(guò)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(chǎng)中有一U形導(dǎo)線框abcd 線框處于水平面內(nèi) 磁場(chǎng)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(wú)摩擦地滑動(dòng) 桿ef及線框中導(dǎo)線的電阻都可不計(jì) 開(kāi)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(shì)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(guò)一有理想邊界 高亦為h的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域 線框在此過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)能為 A mghB 2mghC 大于mgh而小于2mghD 大于2mgh解析 因線框勻速穿過(guò)磁場(chǎng) 在穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中合外力做功為零 克服安培力做功為2mgh 產(chǎn)生的內(nèi)能亦為2mgh 故選B 答案 B 1 2 3 3 如圖所示 長(zhǎng)L1 寬L2的矩形線圈電阻為R 處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)邊緣 線圈與磁感線垂直 求將線圈以向右的速度v勻速拉出磁場(chǎng)的過(guò)程中 1 拉力的大小F 2 線圈中產(chǎn)生的電熱Q