專題九電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問題.ppt

專題九 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問題,(2)安培力的方向判斷 (3)牛頓第二定律及功能關(guān)系,2導(dǎo)體的兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài) (1)導(dǎo)體的平衡狀態(tài)靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài) (2)導(dǎo)體的非平衡狀態(tài)加速度不為零 3兩大研究對(duì)象及其關(guān)系 電磁感應(yīng)中導(dǎo)體棒既可看作電學(xué)對(duì)象(因?yàn)樗喈?dāng)于電源)，又可看作力學(xué)對(duì)象(因?yàn)楦袘?yīng)電流產(chǎn)生安培力)，而感應(yīng)電流I和導(dǎo)體棒的速度v則是聯(lián)系這兩大對(duì)象的紐帶：,(3)過程分析： 由于安培力是變力，導(dǎo)體棒做變加速或變減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加速度為零時(shí)，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，最后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件列平衡方程：F合0.,【典例1】 如圖1所示，光滑斜面的傾角30，在斜面上放置一矩形線框abcd，ab邊的邊長(zhǎng)l11 m，bc邊的邊長(zhǎng)l20.6 m，線框的質(zhì)量m1 kg，電阻R0.1 ，線框通過細(xì)線與重物相連，重物質(zhì)量M2 kg，斜面上ef(efgh)的右方有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T，如果線框從靜止開始運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入磁場(chǎng)的最初一段時(shí)間做勻速運(yùn)動(dòng)，ef和gh的距離s11.4 m，(取g10 m/s2)，求：,圖1,(1)線框進(jìn)入磁場(chǎng)前重物的加速度； (2)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)的速度v； (3)ab邊由靜止開始到運(yùn)動(dòng)到gh處所用的時(shí)間t； (4)ab邊運(yùn)動(dòng)到gh處的速度大小及在線框由靜止開始運(yùn)動(dòng)到gh處的整個(gè)過程中產(chǎn)生的焦耳熱,審題指導(dǎo),答案 見解析,反思總結(jié) 分析電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)問題的基本思路 電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流使導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中受到安培力的作用，從而影響導(dǎo)體棒的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況分析如下：,即學(xué)即練1 如圖2所示，兩光滑平行導(dǎo)軌水平放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌所在平面，金屬棒ab可沿導(dǎo)軌自由滑動(dòng)，導(dǎo)軌一端連接一個(gè)定值電阻R，金屬棒和導(dǎo)軌電阻不計(jì)現(xiàn)將金屬棒沿導(dǎo)軌由靜止向右拉，若保持拉力F恒定，經(jīng)時(shí)間t1后速度為v，加速度為a1，最終以速度2v做勻速運(yùn)動(dòng)；若保持拉力的功率P恒定，棒由靜止經(jīng)時(shí)間t2后速度為v，加速度為a2，最終也以速度2v做勻速運(yùn)動(dòng)，則 ( ),圖2,At2t1 Bt1t2 Ca22a1 Da25a1,答案 B,即學(xué)即練2 如圖3甲所示，MN、PQ兩條平行的光滑金屬軌道與水平面成30角固定，M、P之間接電阻箱R，導(dǎo)軌所在空間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于軌道平面向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0.5 T質(zhì)量為m的金屬桿ab水平放置在軌道上，其接入電路的電阻值為r.現(xiàn)從靜止釋放桿ab，測(cè)得其在下滑過程中的最大速度為vm.改變電阻箱的阻值R，得到vm與R的關(guān)系如圖乙所示已知軌道間距為L(zhǎng)2 m，重力加速度g取10 m/s2，軌道足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì),圖3,(1)當(dāng)R0時(shí)，求桿ab勻速下滑過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小及桿中電流的方向； (2)求桿ab的質(zhì)量m和阻值r； (3)當(dāng)R4 時(shí)，求回路瞬時(shí)電功率每增加1 W的過程中合外力對(duì)桿做的功W. 解析 (1)由圖可知，當(dāng)R0時(shí)，桿ab最終以v2 m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)，桿ab切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為：EBLv2 V 根據(jù)楞次定律可知桿ab中電流方向?yàn)閎a.,答案 (1)2 V ba (2)0.2 kg 2 (3)0.6 J,二、電磁感應(yīng)中的能量問題 1電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化,2求解焦耳熱Q的三種方法,【典例2】 間距為L(zhǎng)2 m的足夠長(zhǎng)的金屬直角導(dǎo)軌如圖4甲所示放置，它們各有一邊在同一水平面內(nèi)，另一邊垂直于水平面質(zhì)量均為m0.1 kg的金屬細(xì)桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直放置形成閉合回路桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.5，導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，細(xì)桿ab、cd的電阻分別為R10.6 ，R20.4 .整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0.50 T、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中(圖中未畫出)當(dāng)ab在平行于水平導(dǎo)軌的拉力F作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd桿也同時(shí)從靜止開始沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)測(cè)得拉力F與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示g10 m/s2.,圖4,(1)求ab桿的加速度a. (2)求當(dāng)cd桿達(dá)到最大速度時(shí)ab桿的速度大小 (3)若從開始到cd桿達(dá)到最大速度的過程中拉力F做了5.2 J的功，通過cd桿橫截面的電荷量為2 C，求該過程中ab桿所產(chǎn)生的焦耳熱,解析 (1)由題圖乙可知，在t0時(shí)，F(xiàn)1.5 N 對(duì)ab桿進(jìn)行受力分析，由牛頓第二定律得Fmgma 代入數(shù)據(jù)解得a10 m/s2,答案 見解析,反思總結(jié) 分析“雙桿模型”問題時(shí)，要注意雙桿之間的制約關(guān)系，即“動(dòng)”桿與“被動(dòng)”桿之間的關(guān)系，需要注意的是，最終兩桿的收尾狀態(tài)的確定是分析該類問題的關(guān)鍵,即學(xué)即練3 (2013天津卷，3)如圖5所示，紙面內(nèi)有一矩形導(dǎo)體閉合線框abcd，ab邊長(zhǎng)大于bc邊長(zhǎng)，置于垂直紙面向里、邊界為MN的勻強(qiáng)磁場(chǎng)外，線框兩次勻速地完全進(jìn)入磁場(chǎng)，兩次速度大小相同，方向均垂直于MN.第一次ab邊平行MN進(jìn)入磁場(chǎng)，線框上產(chǎn)生的熱量為Q1，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q1；第二次bc邊平行MN進(jìn)入磁場(chǎng)，線框上產(chǎn)生的熱量為Q2，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q2，則 ( ),圖5,AQ1Q2，q1q2 BQ1Q2，q1q2 CQ1Q2，q1q2 DQ1Q2，q1q2,答案 A,即學(xué)即練4 如圖6所示，足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ豎直放置，一勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過導(dǎo)軌平面，導(dǎo)軌的上端M與P間連接阻值為R0.40 的電阻，質(zhì)量為m0.01 kg、電阻為r0.30 的金屬棒ab緊貼在導(dǎo)軌上現(xiàn)使金屬棒ab由靜止開始下滑，其下滑距離與時(shí)間的關(guān)系如下表所示，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，重力加速度g取10 m/s2.試求：,圖6,(1)當(dāng)t0.7 s時(shí)，重力對(duì)金屬棒ab做功的功率； (2)金屬棒ab在開始運(yùn)動(dòng)的0.7 s內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱； (3)從開始運(yùn)動(dòng)到t0.4 s的時(shí)間內(nèi)，通過金屬棒ab的電荷量,答案 (1)0.7 W (2)0.06 J (3)0.2 C,附：對(duì)應(yīng)高考題組 1(2011福建高考，17)如圖，足夠長(zhǎng)的U型光滑金屬導(dǎo)軌平面與水平面成角(090)，其中MN與PQ平行且間距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直，導(dǎo)軌電阻不計(jì)金屬棒ab由靜止開始沿導(dǎo)軌下滑，并與兩導(dǎo)軌始終保持垂直且良