电磁感应功能问题-课件

电磁感应中的功能问题电磁感应中的功能问题山西大学附属中学物理组山西大学附属中学物理组 夯实基础，提高能力夯实基础，提高能力p功和能的关系（不同形式的力做功伴随着不同形不同形式的力做功伴随着不同形不同形式的力做功伴随着不同形不同形式的力做功伴随着不同形式能量的变化）式能量的变化）式能量的变化）式能量的变化）（）pE（电动势）W非/q （）pE=BLV ()p焦耳定律：QIRt （）pP=Fv （）pF安BIL （）关键：清楚问题中的功能关系关键：清楚问题中的功能关系关键中的关键：关键中的关键：熟悉安培力做功伴随的能量变化熟悉安培力做功伴随的能量变化p安培力做正功：电能转化为其它形式能安培力做正功：电能转化为其它形式能p克服安力做功：其它形式能转化为电能克服安力做功：其它形式能转化为电能F=BiLw=Fx=BiLxBLxw=i i=q/tw=q /t=qE感BL把握关键，突破难点把握关键，突破难点分类解析，熟练解题分类解析，熟练解题例例L例例以上四种情况导轨都固定在水平面内，以上四种情况导轨都固定在水平面内，不计导体棒与导轨之间的摩擦不计导体棒与导轨之间的摩擦情况一p导体棒的运动规律p导体棒稳定下来后做什么运动p分析导体棒达到稳定状态之前的功能关系p分析导体棒达到稳定状态的功能关系例L情况二p导体棒的运动规律导体棒的运动规律p导体棒稳定下来后做什导体棒稳定下来后做什么运动么运动p分析导体棒达到稳定状分析导体棒达到稳定状态之前的功能关系态之前的功能关系p分析导体棒达到稳定状分析导体棒达到稳定状态后的功能关系态后的功能关系例情况三p分析分析a、b导体棒的运导体棒的运动规律动规律p分析分析a、b导体棒稳定导体棒稳定下来后的运动规律，下来后的运动规律，它们的速度关系如何它们的速度关系如何p分析导体棒达到稳定分析导体棒达到稳定状态之前的功能关系状态之前的功能关系p分析导体棒达到稳定分析导体棒达到稳定状态后的功能关系状态后的功能关系情况四p分析导体棒的运动规分析导体棒的运动规律律p分析导体棒稳定下来分析导体棒稳定下来后的运动规律，它们后的运动规律，它们的速度关系如何的速度关系如何p分析导体棒达到稳定分析导体棒达到稳定状态之前的功能关系状态之前的功能关系p分析导体棒达到稳定分析导体棒达到稳定状态后的功能关系状态后的功能关系例预测高考，争取胜利预测高考，争取胜利练习一图练习一图练习一练习一两根导体运动状态分析pa导体棒的运动规律导体棒的运动规律:加速加速度越来越小的加速运动；度越来越小的加速运动；pb导体棒的运动规律：加导体棒的运动规律：加速度越来越大的加速运动速度越来越大的加速运动p稳定后两导体棒做加速度稳定后两导体棒做加速度相同的匀加速运动相同的匀加速运动题中的功能关系C物体减少物体减少的重力势的重力势能能增加物体增加物体C的动能的动能克服拉克服拉力做功力做功增加增加a导导体棒的动体棒的动能能克服克服a导体棒导体棒的安培的安培力做功力做功增加增加b导体导体棒的动能棒的动能转为转为a、b导体导体与导轨组成回与导轨组成回路的焦耳热路的焦耳热电能电能做题与思考p根据刚才分析写出原理表根据刚才分析写出原理表达式达式p思考一下，思考一下，a、b导体棒最导体棒最后加速度怎么求后加速度怎么求PQ练习二图练习二图举例二举例二p如图所示，电动机牵引一根原来静止的，长如图所示，电动机牵引一根原来静止的，长L为为1m的质量为的质量为0.1kg的导体棒的导体棒MN，其电阻，其电阻R为为1。导体棒架在处于磁感应强度。导体棒架在处于磁感应强度B为为1T、竖直、竖直放置的框架上，当导体棒上升为放置的框架上，当导体棒上升为3.8m时获得稳时获得稳定的速度，导体棒上产生的热量为定的速度，导体棒上产生的热量为2J。电动机牵。电动机牵引导体棒时，电压表、电流表的示数分别为引导体棒时，电压表、电流表的示数分别为7V、1A。电动机内阻。电动机内阻r为为1。不计框架电阻及一切摩。不计框架电阻及一切摩擦，擦，g取取10m/s2,求：求：p（1）棒能达到的稳定速度？）棒能达到的稳定速度？p（2）棒从静止到达稳定速度所需时间？）棒从静止到达稳定速度所需时间？分析与思考p分析细线拉力在导体棒向上运动过程中功率和大小如何变分析细线拉力在导体棒向上运动过程中功率和大小如何变化化p分析导体棒分析导体棒MN的运动规律；的运动规律；p分析此题所包含的功能关系分析此题所包含的功能关系电源输电源输出的电出的电能能电机线圈电机线圈焦耳热焦耳热电机输电机输出机械出机械能能线细拉线细拉力做功力做功克服导体棒克服导体棒MN的重力做功的重力做功增加导体棒增加导体棒MN的动能的动能增加导体棒增加导体棒MN的机械的机械能能克服导体克服导体棒棒MN的的安培力做安培力做功功以焦耳热以焦耳热耗散了耗散了电能电能做题p根据刚才的分析写出原理表达式，并解题pm/s,1s练习三图练习三图练习三练习三p如图（如图（a）所示，光滑的平行长直金属导轨置于水）所示，光滑的平行长直金属导轨置于水平面内，间距为平面内，间距为L、导轨左端接有阻值为、导轨左端接有阻值为R的电阻，的电阻，质量为质量为m的导体棒垂直跨接在导轨上。导轨和导的导体棒垂直跨接在导轨上。导轨和导体棒的电阻均不计，且接触良好。在导轨平面上体棒的电阻均不计，且接触良好。在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场，磁有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为感应强度大小为B。开始时，导体棒静止于磁场。开始时，导体棒静止于磁场区域的右端，当磁场以速度区域的右端，当磁场以速度v1匀速向右移动时，匀速向右移动时，导体棒随之开始运动，同时受到水平向左、大小导体棒随之开始运动，同时受到水平向左、大小为为f的恒定阻力，并很快达到恒定速度，此时导体的恒定阻力，并很快达到恒定速度，此时导体棒仍处于磁场区域内。棒仍处于磁场区域内。p求导体棒所达到的恒定速度求导体棒所达到的恒定速度v2；p为使导体棒能随磁场运动，阻力最大不能为使导体棒能随磁场运动，阻力最大不能超过多少？超过多少？p导体棒以恒定速度运动时，单位时间内克导体棒以恒定速度运动时，单位时间内克服阻力所做的功和电路中消耗的焦耳热功率服阻力所做的功和电路中消耗的焦耳热功率各为多大？各为多大？p若若t0时磁场由静止开始水平向右做匀加时磁场由静止开始水平向右做匀加速直线运动，经过较短时间后，导体棒也做速直线运动，经过较短时间后，导体棒也做匀加速直线运动，其匀加速直线运动，其vt关系如图（关系如图（b）所）所示，已知在时刻示，已知在时刻t导体棒瞬时速度大小为导体棒瞬时速度大小为vt，求导体棒做匀加速直线运动时的加速度大，求导体棒做匀加速直线运动时的加速度大小。小。分析与思考p分析当磁场匀速运动时导体棒的运动状态p讨论当磁场匀加速运动时，导体棒做匀加速运动时，磁场的加速度与导体的加速度有何关系p分析当磁场匀速运动时直到导体棒匀速运动，此过程中包含的功能关系磁场克磁场克服安培服安培力做功力做功电能回路中的回路中的焦耳热焦耳热安培力对导体安培力对导体棒做功棒做功增加导增加导体的动体的动能能克服阻力克服阻力做功做功转为转为内能内能做题p根据刚才的分析写出原理表达式，并解题最后寄语最后寄语“知知”和和“会会”之间差距很大，好多同学平之间差距很大，好多同学平时只注重在时只注重在“知知”上下功夫而忘了在上下功夫而忘了在“会会”上下功夫，希望同学们下来后反复练习，达上下功夫，希望同学们下来后反复练习，达到从到从“知知”到到“会会”的转变，使物理成绩有的转变，使物理成绩有个质的飞跃！最后个质的飞跃！最后强化一强化一p如图所示，一边长如图所示，一边长L=0.2m，质量，质量m1=0.5kg，电阻，电阻R=0.1的正方形导体线框的正方形导体线框abcd，与一质量为，与一质量为m2=2kg的物块通过轻质细线跨过两定滑轮相连。起初的物块通过轻质细线跨过两定滑轮相连。起初ad边距磁场下边界为边距磁场下边界为d1=0.8m，磁感应强度，磁感应强度B=2.5T，磁场宽度，磁场宽度d2=0.3m，物块放在倾角，物块放在倾角=530的斜面上，的斜面上，物块与斜面间的动摩擦因数物块与斜面间的动摩擦因数=0.5。现将物块由静止释放，。现将物块由静止释放，经一段时间后发现当经一段时间后发现当ad边从磁场上边缘穿出时，线框恰边从磁场上边缘穿出时，线框恰好做匀速运动。（好做匀速运动。（g取取10m/s2，sin530=0.8，cos530=0.6）求：）求：p线框线框ad边从磁场上边缘穿出时速度的大小？边从磁场上边缘穿出时速度的大小？p线框刚刚全部进入磁场时动能的大小？线框刚刚全部进入磁场时动能的大小？p整个运动过程线框中产生的焦耳热为多少？整个运动过程线框中产生的焦耳热为多少？强化强化二二强化强化三三强化四强化四强化五强化五强化六强化六强化七强化七强化八强化八强化九强化九强化十强化十31强化十一强化十一如图所示，如图所示，MN、PQ是相互交叉成是相互交叉成60角的光滑金属导轨，角的光滑金属导轨，O是是它们的交点接触良好。两导轨处在同一水平面内，并置于有理它们的交点接触良好。两导轨处在同一水平面内，并置于有理想边界的匀强磁场中（图中经过想边界的匀强磁场中（图中经过O点的线即为磁场的左边界）。点的线即为磁场的左边界）。质量为质量为m的导体棒的导体棒ab与导轨始终保持良好接触，并在弹簧与导轨始终保持良好接触，并在弹簧S的作的作用下沿导轨以速度用下沿导轨以速度v0向左匀速运动。已知在导体棒运动的过程向左匀速运动。已知在导体棒运动的过程中，弹簧始终处于弹性限度内，磁感应强度大小为中，弹簧始终处于弹性限度内，磁感应强度大小为B，方向如图。，方向如图。当导体棒运动到当导体棒运动到O点时，弹簧恰好处于原长，导轨和导体单位长点时，弹簧恰好处于原长，导轨和导体单位长度的电阻均为度的电阻均为r，已知弹簧的弹力与形变量成正比，即，已知弹簧的弹力与形变量成正比，即Fkx，k为弹簧的劲度系数求：为弹簧的劲度系数求：（1）导体棒）导体棒ab第一次经过第一次经过O点前，通过它的电流大小；点前，通过它的电流大小；（2）弹簧的劲度系数）弹簧的劲度系数k；（3）从导体棒第一次经过）从导体棒第一次经过O点开始直到它静止的过程中，导体点开始直到它静止的过程中，导体棒棒ab中产生的热量。中产生的热量。强化十二强化十二如图所示，如图所示，P、Q为水平面内平行放置的金属长直导轨，间距为为水平面内平行放置的金属长直导轨，间距为L1，处在磁感应强度大小为，处在磁感应强度大小为B1、方向竖直向下的匀强磁场中。、方向竖直向下的匀强磁场中。一根质量为一根质量为M、电阻为、电阻为r的导体杆的导体杆ef垂直于垂直于P、Q放在导轨上，导放在导轨上，导体杆体杆ef与与P、Q导轨之间的动摩擦因素为导轨之间的动摩擦因素为。在外力作用下导体杆。在外力作用下导体杆ef向左做匀速直线运动。质量为向左做匀速直线运动。质量为m、每边电阻均为、每边电阻均为r、边长为、边长为L2的正方形金属框的正方形金属框abcd置于竖直平面内，两顶点置于竖直平面内，两顶点a、b通过细导线通过细导线与导轨相连，金属框处在磁感应强度大小为与导轨相连，金属框处在磁感应强度大小为B2、方向垂直框面、方向垂直框面向里的匀强磁场中，金属框恰好处于静止状态。不计其余电阻向里的匀强磁场中，金属框恰好处于静止状态。不计其余电阻和细导线对和细导线对a、b点的作用力。求：点的作用力。求：（1）通过）通过ab边的电流边的电流Iab；（2）导体杆）导体杆ef做匀速直线运动的速度做匀速直线运动的速度v；（3）外力做功的功率）外力做功的功率P外；外；（4）t时间内，导体杆时间内，导体杆ef向左移动时向左移动时克服摩擦力所做的功。克服摩擦力所做的功。强化十三强化十三两两个个沿沿水水平平方方向向且且磁磁感感应应强强度度大大小小均均为为B的的有有水水平平边边界界的的匀匀强强磁磁场场，如如图图所所示示，磁磁场场高高度度均均为为L一一个个框框面面与与磁磁场场方方向向垂垂直直、质质量量为为m、电电阻阻为为R、边边长长为为L的的正正方方形形金金属属框框abcd，从从某某一一高高度度由由静静止止释释放放，当当ab边边刚刚进进入入第第一一个个磁磁场场时时，金金属属框框恰恰好好做做匀匀速速直直线线运运动动；当当ab边边下下落落到到GH和和JK之之间间的的某某位位置置时时，又又恰恰好好开开始始做做匀匀速速直直线线运运动动整整个个过过程程空空气气阻阻力力不不计计 求金属框从求金属框从ab边开始进入第一个边开始进入第一个 磁场至刚刚到达第二个磁场下边界磁场至刚刚到达第二个磁场下边界 JK过程中产生的热量过程中产生的热量QLLKEFGHJdabc强化十四强化十四解：解：设设ab边边刚刚进进入入第第一一个个磁磁场场时时的的速速度度为为v1、安安培培力为力为F1，因框作匀速运动，有因框作匀速运动，有LLKEFGHJdabcF1mgmgF1BI1L EBLv1 由由、可得可得 设设ab边边到到达达GH和和JK的的之之间间某某位位置置时时，线线框框的的速速度度为为v2、ab边的安培力为边的安培力为F2、cd边的安培力为边的安培力为F3，LLKEFGHJdabcF2F3mgF2F3 mg2F22BI2L 由由、得得 线线框框ab从从开开始始进进入入第第一一个个磁磁场场上上边边界界至至刚刚刚刚到到达达第第二个磁场下边界二个磁场下边界JK的过程，由能量守恒得：的过程，由能量守恒得：由由、得：得：图15练习十五练习十五AC 如图所示，一个电阻如图所示，一个电阻R.，宽度，宽度L.m的矩形金属线框，放在的矩形金属线框，放在xy平面内，非匀强磁场垂直于平面内，非匀强磁场垂直于xy平面，磁场强度平面，磁场强度B沿沿y方向没有变化，沿方向没有变化，沿x方向均匀增方向均匀增加，且每经过加，且每经过m增加增加.T（即（即Bt=1.010-2T/m),线框在拉力线框在拉力F作用下以作用下以v.m/s的速度沿的速度沿x轴轴正方向匀速移动试求：（）线框中的感应电动势；正方向匀速移动试求：（）线框中的感应电动势；（）线框消耗的电功率；（）拉力（）线框消耗的电功率；（）拉力F的大小及对线的大小及对线框的功率框的功率如图甲所示，如图甲所示，“目目”字形轨道的每一短边的长度都等于字形轨道的每一短边的长度都等于a，只有四根平行的短边有，只有四根平行的短边有电阻，阻值都是电阻，阻值都是r，不计其它各边电阻。使导轨平面与水平面成夹角，不计其它各边电阻。使导轨平面与水平面成夹角固定放置，固定放置，如图乙所示。一根质量为如图乙所示。一根质量为m的条形磁铁，其横截面是边长为的条形磁铁，其横截面是边长为a的正方形，磁铁与导的正方形，磁铁与导轨间的动摩擦因数为轨间的动摩擦因数为，磁铁与导轨间绝缘。假定导轨区域内的磁场全部集中在磁，磁铁与导轨间绝缘。假定导轨区域内的磁场全部集中在磁铁的端面，并可视为匀强磁场，磁感应强度为铁的端面，并可视为匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直导轨平面。开始时磁，方向垂直导轨平面。开始时磁铁端面恰好与正方形铁端面恰好与正方形3重合，现使其以某一初速度下滑，磁铁恰能匀速滑过正方形重合，现使其以某一初速度下滑，磁铁恰能匀速滑过正方形2，直至磁铁端面恰好与正方形，直至磁铁端面恰好与正方形1重合。已知重力加速度为重合。已知重力加速度为g。求：。求：（1）上述过程中磁铁运动经历的时间；）上述过程中磁铁运动经历的时间；（2）上述过程中所有电阻消耗的电能。）上述过程中所有电阻消耗的电能。