高二物理人教版選修32電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題與能量、動(dòng)量問(wèn)題

1、4/44/44/4電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題與能量、動(dòng)量問(wèn)題重/難點(diǎn)重點(diǎn)：力、電綜合問(wèn)題的解法。難點(diǎn)：電磁感應(yīng)等電學(xué)知識(shí)和力學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用。重/難點(diǎn)分析重點(diǎn)分析：電磁感應(yīng)與力的結(jié)合問(wèn)題 ,研究方法與力學(xué)相同 ,先要明確研究對(duì)象 ,搞清物理過(guò)程 ,并進(jìn)行受力分析 ,這里要特別注意伴隨感應(yīng)電流而出現(xiàn)的安培力 ,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體所受的安培力恒定 ,但變速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體受的安培力 ,隨速度的變化而變化 ,然后再求解：勻速運(yùn)動(dòng)可用平衡條件解 ,變速運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度可用牛頓第二定律解 ,變速運(yùn)動(dòng)的熱量問(wèn)題一般用能量觀點(diǎn)分析 ,應(yīng)盡量用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律解決問(wèn)題。難點(diǎn)分析：深刻理解和熟練掌握具體概念和規(guī)律

2、 ,是解決復(fù)雜問(wèn)題的前提 ,如“阻礙不是“阻止 ,只是延緩或減弱了的變化的速度；又如產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的原因不是因?yàn)橛写艌?chǎng) ,而是因?yàn)橛写磐康淖兓鹊?。在審題和求解時(shí) ,應(yīng)注意：1產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的條件；2感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)特別要分清是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)還是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；3掌握通、斷電自感現(xiàn)象的分析；4把握能量轉(zhuǎn)化和守恒定律。突破策略一、電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題這類(lèi)問(wèn)題覆蓋面廣 ,題型也多種多樣；但解決這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵在于通過(guò)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析來(lái)尋找過(guò)程中的臨界狀態(tài) ,如速度、加速度取最大值或最小值的條件等 ,根本思路是：例1. 如下圖 ,AB、CD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(zhǎng) ,導(dǎo)軌平面

3、與水平面的夾角為 ,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 AC端連接一個(gè)阻值為 R的電阻 ,一根質(zhì)量為m、垂直于導(dǎo)軌放置的金屬棒ab ,從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌下滑 ,求此過(guò)程中ab棒的最大速度。ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 ,導(dǎo)軌和金屬棒的電阻都不計(jì)。解析：ab沿導(dǎo)軌下滑過(guò)程中受四個(gè)力作用 ,即重力mg ,支持力FN、摩擦力Ff和安培力F安 ,如下圖 ,ab由靜止開(kāi)始下滑后 ,將是為增大符號(hào) ,所以這是個(gè)變加速過(guò)程 ,當(dāng)加速度減到a=0時(shí) ,其速度即增到最大v=vm ,此時(shí)必將處于平衡狀態(tài) ,以后將以vm勻速下滑,ab下滑時(shí)因切割磁感線(xiàn) ,要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

4、 ,根據(jù)電磁感應(yīng)定律：E=BLv 閉合電路ACba中將產(chǎn)生感應(yīng)電流 ,根據(jù)閉合電路歐姆定律：I=E/R 據(jù)右手定那么可判定感應(yīng)電流方向?yàn)閍ACba ,再據(jù)左手定那么判斷它受的安培力方向如圖示 ,其大小為：F安=BIL 取平行和垂直導(dǎo)軌的兩個(gè)方向?qū)b所受的力進(jìn)行正交分解 ,應(yīng)有： FN =mgcos , Ff =mgcos由可得以ab為研究對(duì)象 ,根據(jù)牛頓第二定律應(yīng)有：ab做加速度減小的變加速運(yùn)動(dòng) ,當(dāng)a=0時(shí)速度達(dá)最大因此 ,ab到達(dá)vm時(shí)應(yīng)有：由式可解得注意：1電磁感應(yīng)中的動(dòng)態(tài)分析 ,是處理電磁感應(yīng)問(wèn)題的關(guān)鍵 ,要學(xué)會(huì)從動(dòng)態(tài)分析的過(guò)程中來(lái)選擇是從動(dòng)力學(xué)方面 ,還是從能量、動(dòng)量方面來(lái)解決問(wèn)題

5、。2在分析運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體的受力時(shí) ,常畫(huà)出平面示意圖和物體受力圖。二、電磁感應(yīng)中的能量、動(dòng)量問(wèn)題無(wú)論是使閉合回路的磁通量發(fā)生變化 ,還是使閉合回路的局部導(dǎo)體切割磁感線(xiàn) ,都要消耗其它形式的能量 ,轉(zhuǎn)化為回路中的電能。這個(gè)過(guò)程不僅表達(dá)了能量的轉(zhuǎn)化 ,而且保持守恒 ,使我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)包含電和磁在內(nèi)的能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律的普遍性。分析問(wèn)題時(shí) ,應(yīng)當(dāng)牢牢抓住能量守恒這一根本規(guī)律 ,分析清楚有哪些力做功 ,就可知道有哪些形式的能量參與了相互轉(zhuǎn)化 ,如有摩擦力做功 ,必然有內(nèi)能出現(xiàn)；重力做功 ,就可能有機(jī)械能參與轉(zhuǎn)化；安培力做負(fù)功就將其它形式能轉(zhuǎn)化為電能 ,做正功將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能；然后利用能量守恒列出方

6、程求解。例2. 如下圖 ,兩根間距為l的光滑金屬導(dǎo)軌不計(jì)電阻 ,由一段圓弧局部與一段無(wú)限長(zhǎng)的水平段局部組成。其水平段加有豎直向下方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng) ,其磁感應(yīng)強(qiáng)度為B ,導(dǎo)軌水平段上靜止放置一金屬棒cd ,質(zhì)量為2m ,電阻為2r。另一質(zhì)量為m ,電阻為r的金屬棒ab ,從圓弧段M處由靜止釋放下滑至N處進(jìn)入水平段 ,圓弧段MN半徑為R ,所對(duì)圓心角為60 ,求：1ab棒在N處進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)速度多大？此時(shí)棒中電流是多少？2ab棒能到達(dá)的最大速度是多大？3ab棒由靜止到達(dá)最大速度過(guò)程中 ,系統(tǒng)所能釋放的熱量是多少？解析：1ab棒由靜止從M滑下到N的過(guò)程中 ,只有重力做功 ,機(jī)械能守恒 ,所以到N處速度可求

7、 ,進(jìn)而可求ab棒切割磁感線(xiàn)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和回路中的感應(yīng)電流。ab棒由M下滑到N過(guò)程中 ,機(jī)械能守恒 ,故有： 解得進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)瞬間 ,回路中電流強(qiáng)度為 。 2設(shè)ab棒與cd棒所受安培力的大小為F ,安培力作用時(shí)間為 t ,ab 棒在安培力作用下做減速運(yùn)動(dòng) ,cd棒在安培力作用下做加速運(yùn)動(dòng) ,當(dāng)兩棒速度到達(dá)相同速度時(shí) ,電路中電流為零 ,安培力為零 ,cd到達(dá)最大速度。運(yùn)用動(dòng)量守恒定律得 解得 3系統(tǒng)釋放熱量應(yīng)等于系統(tǒng)機(jī)械能減少量 ,故有 解得。突破反思本節(jié)課在教師的引導(dǎo)下分別處理了電磁感應(yīng)規(guī)律與電路、動(dòng)力學(xué)、能量綜合應(yīng)用的問(wèn)題 ,通過(guò)教師細(xì)致入微的講解 ,富有激情的啟發(fā)和引導(dǎo)使學(xué)生認(rèn)識(shí)到這三類(lèi)問(wèn)題實(shí)際都是以電磁感應(yīng)規(guī)律為解題的切入點(diǎn)和突破口 ,處理這局部題目有著共同的規(guī)律 ,其具體的思路是：確定發(fā)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的電路或?qū)w相當(dāng)于電源