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课件 新人教版选修

1、第四章 电磁感应,习题课：电磁感应中的动力学及能量问题,内容索引,题型探究,达标检测,题型探究,1,一、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，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

2、1,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；,解析,答案,见解析图,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.,图1,(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；,解析,答案,当ab杆的速度大小为v时，感应电动势EBLv，,根据牛顿第二定律，有mgsin F安ma,图1,(3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值.,解析,答案,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

3、化的图象可能是,图2,图2,答案,解析,设ab杆的有效长度为l，S闭合时，,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L1.0 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.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，co

4、s 370.8，g10 m/s2),图3,(1)金属棒匀速运动时的速度大小v；,图3,4 m/s,解析,答案,由平衡条件有Fmgsin BIL 代入数据解得v4 m/s.,(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.,图3,1.28 J,解析,答案,设整个电路中产生的热量为Q，由能量守恒定律有,A.撤去外力后，ab做匀减速运动 B.合力对ab做的功为Fx C.R上释放的热量为 D.R上释放的热量为Fx,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达到最大速度vm.此时撤去外力，最后ab静止在导轨上.在ab运动的整个过程中，下列说法正确的是,图4,答案,解析,F安随v的变化而变化，故导体棒做加速度变化的变速运动，A错； 对整个过程由动能定理得W合Ek0，B错； 由能量守恒定律知，恒力F做的功等于整个回路产生的电能，电能又转化为R上释放的热量，即QFx

5、，C错，D正确.,2,达标检测,A.导体棒ef的加速度可能大于g B.导体棒ef的加速度一定小于g C.导体棒ef最终的速度随S闭合时刻的不同而不同 D.导体棒ef的机械能与回路内产生的热量之和一定守恒,1.(多选)如图5所示，不计电阻的平行金属导轨ab、cd竖直放置，上端接有电阻R，ef是一根电阻不计的水平放置的导体棒，质量为m，棒的两端分别与ab、cd保持良好接触，且能沿导轨无摩擦下滑，整个装置放在与导轨垂直的匀强磁场中，当导体棒ef由静止下滑一段时间后闭合开关S，则S闭合后,答案,解析,图5,1,2,3,开关S闭合前，导体棒只受重力而加速下滑.闭合开关时有一定的初速度v0，若此时F安mg，则F安mgma.若F安mg，则mgF安ma，F安不确定，故加速度的大小也不确定，选项A正确，选项B错误； 无论闭合开关时初速度为多大，导体棒最终所受的安培力和重力都平衡，故选项C错误； 根据能量守恒定律可知，选项D正确.,1,2,3,A.作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于零 B.作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于 mgh与电阻R上产生的焦耳热之和 C.恒力F与安培力的合力所做的功等于

6、零 D.恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生 的焦耳热,2. (多选)如图6所示，两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角为的斜面上，导轨的左端接有电阻R，导轨自身的电阻可忽略不计.斜面处在一匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上.质量为m、电阻可以忽略不计的金属棒ab，在沿着斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑，且上升的高度为h，在这一过程中,图6,答案,解析,1,2,3,金属棒匀速上滑的过程中，对金属棒受力分析可知，有三个力对金属棒做功，恒力F做正功，重力做负功，安培力阻碍相对运动，沿斜面向下，做负功.匀速运动时，所受合力为零，故合力做功为零，A正确； 克服安培力做多少功就有多少其他形式的能转化为电路中的电能，电能又等于R上产生的焦耳热，故外力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热，D正确.,1,2,3,3.如图7所示，空间存在B0.5 T，方向竖直向下的匀强磁场，MN、PQ是水平放置的平行长直导轨，其间距L0.2 m，电阻R0.3 接在导轨一端，ab是跨接在导轨上质量m0.1 kg、电阻r0.1 的导体棒，已知导体棒和导轨间的动摩擦因数为0.2.从零时刻开始，对ab棒施加一个大小为F0.45 N、方向水平向左的恒定拉力，使其从静止开始沿导轨滑动，该过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好，求：,图7,1,2,3,(1)导体棒所能达到的最大速度；,10 m/s,答案,解析,图7,1,2,3,导体棒受到的安培力F安BIL 导体棒运动过程中受到拉力F、安培力F安和摩擦力Ff的作用，根据牛顿第二定律：FmgF安ma,由上式可以看出，随着速度的增大，安培力增大，加速度a减小，,1,2,3,(2)试定性画出导体棒运动的速度时间图象.,答案,图7,见解析图,解析,导体棒运动的速度时间图象如图所示.,1,2,3,

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