高中物理 第四章 电磁感应 习题课电磁感应中的动力学及能量问题教学案 新人教版选修
14页1、我带领班子成员及全体职工,积极参加县委、政府和农牧局组织的政治理论学习,同时认真学习业务知识,全面提高了自身素质,增强职工工作积极性,杜绝了纪律松散习题课:电磁感应中的动力学及能量问题课时要求1.掌握电磁感应中动力学问题的分析方法. 2.理解电磁感应过程中能量的转化情况,能用能量的观点分析和解决电磁感应问题.一、电磁感应中的动力学问题1电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力作用,所以电磁感应问题往往与力学问题联系在一起,处理此类问题的基本方法是:(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向(2)求回路中的感应电流的大小和方向(3)分析研究导体受力情况(包括安培力)(4)列动力学方程或平衡方程求解2两种状态处理(1)导体处于平衡状态静止或匀速直线运动状态处理方法:根据平衡条件合力等于零列式分析(2)导体处于非平衡状态加速度不为零处理方法:根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析例1如图1甲所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为的绝缘斜面上,两导轨间距为L,M、P两点间接有阻值为R的电阻,一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直,
2、整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于斜面向下,导轨和金属杆的电阻可忽略,让ab杆沿导轨由静止开始下滑,导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦图1(1)由b向a方向看到的装置如图乙所示,请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图;(2)在加速下滑过程中,当ab杆的速度大小为v时,求此时ab杆中的电流及其加速度的大小;(3)求在下滑过程中,ab杆可以达到的速度最大值答案(1)见解析图 (2)gsin (3)解析(1)如图所示,ab杆受重力mg,竖直向下;支持力FN,垂直于斜面向上;安培力F安,沿斜面向上(2)当ab杆的速度大小为v时,感应电动势EBLv,此时电路中的电流Iab杆受到安培力F安BIL根据牛顿第二定律,有mgsin F安ma联立解得agsin .(3)当a0时,ab杆有最大速度:vm.电磁感应现象中涉及到具有收尾速度的力学问题时,关键是做好受力情况和运动情况的动态分析:周而复始地循环,达到最终状态时,加速度等于零,导体达到稳定运动状态,即平衡状态,根据平衡条件建立方程,所求解的收尾速度也是导体运动的最大速度针对训练1(多选)如图2所示,MN和PQ是两根
3、互相平行竖直放置的光滑金属导轨,已知导轨足够长,且电阻不计ab是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆开始时,将开关S断开,让杆ab由静止开始自由下落,一段时间后,再将S闭合,若从S闭合开始计时,则金属杆ab的速度v随时间t变化的图象可能是()图2答案ACD解析设ab杆的有效长度为l,S闭合时,若mg,杆先减速再匀速,D项有可能;若mg,杆匀速运动,A项有可能;若mg,杆先加速再匀速,C项有可能;由于v变化,mgma中的a不恒定,故B项不可能二、电磁感应中的能量问题1电磁感应中能量的转化电磁感应过程实质是不同形式的能量相互转化的过程,其能量转化方式为:2求解电磁感应现象中能量问题的一般思路(1)确定回路,分清电源和外电路(2)分析清楚有哪些力做功,明确有哪些形式的能量发生了转化如:有滑动摩擦力做功,必有内能产生;有重力做功,重力势能必然发生变化;克服安培力做功,必然有其他形式的能转化为电能,并且克服安培力做多少功,就产生多少电能;如果安培力做正功,就是电能转化为其他形式的能(3)列有关能量的关系式例2如图3所示,足够长的平行光滑U形导轨倾斜放置,所在平面的倾角37,导轨间的距离L
4、1.0 m,下端连接R1.6 的电阻,导轨电阻不计,所在空间存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度B1.0 T.图3质量m0.5 kg、电阻r0.4 的金属棒ab垂直置于导轨上,现用沿导轨平面且垂直于金属棒、大小为F5.0 N的恒力使金属棒ab从静止开始沿导轨向上滑行,当金属棒滑行s2.8 m后速度保持不变求:(sin 370.6,cos 370.8,g10 m/s2)(1)金属棒匀速运动时的速度大小v;(2)金属棒从静止到刚开始匀速运动的过程中,电阻R上产生的热量QR.答案(1)4 m/s(2)1.28 J解析(1)金属棒匀速运动时产生的感应电流为I由平衡条件有Fmgsin BIL代入数据解得v4 m/s.(2)设整个电路中产生的热量为Q,由能量守恒定律有QFsmgssin mv2而QRQ,代入数据解得QR1.28 J.针对训练2水平放置的光滑平行导轨上放置一根长为L、质量为m的导体棒ab,ab处在磁感应强度大小为B、方向如图4所示的匀强磁场中,导轨的一端接一阻值为R的电阻,导轨及导体棒电阻不计现使ab在水平恒力F作用下由静止沿垂直于磁场的方向运动,当通过的位移为x时,ab达到
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