专题九电磁感应中动力学和能量问题课件

单击此处编辑母版文本样式,专题九电磁感应中的动力学和能量问题,专题九电磁感应中的动力学和能量问题,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,(2)安培力的方向判断,(3)牛顿第二定律及功能关系,(2)安培力的方向判断,2,导体的两种运动状态,(1)导体的平衡状态静止状态或匀速直线运动状态,(2)导体的非平衡状态加速度不为零,3,两大研究对象及其关系,电磁感应中导体棒既可看作电学对象(因为它相当于电源)，又可看作力学对象(因为感应电流产生安培力)，而感应电流,I,和导体棒的速度,v,则是联系这两大对象的纽带：,2导体的两种运动状态,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,(3)过程分析：,由于安培力是变力，导体棒做变加速或变减速运动，当加速度为零时，达到稳定状态，最后做匀速直线运动，根据共点力平衡条件列平衡方程：,F,合,0.,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,【典例1】,如图1所示，光滑斜面的倾角,30，在斜面上放置一矩形线框,abcd,，,ab,边的边长,l,1,1 m，,bc,边的边长,l,2,0.6 m，线框的质量,m,1 kg，电阻,R,0.1，线框通过细线与重物相连，重物质量,M,2 kg，斜面上,ef,(,ef,gh,)的右方有垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度,B,0.5 T，如果线框从静止开始运动，进入磁场的最初一段时间做匀速运动，,ef,和,gh,的距离,s,11.4 m，(取,g,10 m/s,2,)，求：,图,1,【典例1】如图1所示，光滑斜面的倾角30，在斜面上放,(1)线框进入磁场前重物的加速度；,(2)线框进入磁场时匀速运动的速度,v,；,(3),ab,边由静止开始到运动到,gh,处所用的时间,t,；,(4),ab,边运动到,gh,处的速度大小及在线框由静止开始运动到,gh,处的整个过程中产生的焦耳热,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,审题指导,审题指导,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,答案,见解析,答案见解析,反思总结,分析电磁感应中动力学问题的基本思路,电磁感应中产生的感应电流使导体棒在磁场中受到安培力的作用，从而影响导体棒的受力情况和运动情况分析如下：,反思总结分析电磁感应中动力学问题的基本思路,即学即练1,如图2所示，两光滑平行导轨水平放置在匀强磁场中，磁场垂直导轨所在平面，金属棒,ab,可沿导轨自由滑动，导轨一端连接一个定值电阻,R,，金属棒和导轨电阻不计现将金属棒沿导轨由静止向右拉，若保持拉力,F,恒定，经时间,t,1,后速度为,v,，加速度为,a,1,，最终以速度2,v,做匀速运动；若保持拉力的功率,P,恒定，棒由静止经时间,t,2,后速度为,v,，加速度为,a,2,，最终也以速度2,v,做匀速运动，则(),图,2,即学即练1如图2所示，两光滑平行导轨水平放置在匀强磁场中，,A,t,2,t,1,B,t,1,t,2,C,a,2,2,a,1,D,a,2,5,a,1,At2t1Bt1t2,答案,B,答案B,即学即练2,如图3甲所示，,MN,、,PQ,两条平行的光滑金属轨道与水平面成,30角固定，,M,、,P,之间接电阻箱,R,，导轨所在空间存在匀强磁场，磁场方向垂直于轨道平面向上，磁感应强度为,B,0.5 T质量为,m,的金属杆,ab,水平放置在轨道上，其接入电路的电阻值为,r,.现从静止释放杆,ab,，测得其在下滑过程中的最大速度为,v,m,.改变电阻箱的阻值,R,，得到,v,m,与,R,的关系如图乙所示已知轨道间距为,L,2 m，重力加速度,g,取10 m/s,2,，轨道足够长且电阻不计,即学即练2如图3甲所示，MN、PQ两条平行的光滑金属轨道与,图3,图3,(1)当,R,0时，求杆,ab,匀速下滑过程中产生的感应电动势,E,的大小及杆中电流的方向；,(2)求杆,ab,的质量,m,和阻值,r,；,(3)当,R,4 时，求回路瞬时电功率每增加1 W的过程中合外力对杆做的功,W,.,解析,(1)由图可知，当,R,0时，杆,ab,最终以,v,2 m/s的速度匀速运动，杆,ab,切割磁感线产生的电动势为：,E,BL,v,2 V,根据楞次定律可知杆,ab,中电流方向为,b,a,.,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,答案,(1)2 V,b,a,(2)0.2 kg2(3)0.6 J,答案(1)2 Vba(2)0.2 kg2(3,二、电磁感应中的能量问题,1,电磁感应中的能量转化,二、电磁感应中的能量问题,2,求解焦耳热,Q,的三种方法,2求解焦耳热Q的三种方法,【典例2】,间距为,L,2 m的足够长的金属直角导轨如图4甲所示放置，它们各有一边在同一水平面内，另一边垂直于水平面质量均为,m,0.1 kg的金属细杆,ab,、,cd,与导轨垂直放置形成闭合回路杆与导轨之间的动摩擦因数均为,0.5，导轨的电阻不计，细杆,ab,、,cd,的电阻分别为,R,1,0.6，,R,2,0.4.整个装置处于磁感应强度大小为,B,0.50 T、方向竖直向上的匀强磁场中(图中未画出)当,ab,在平行于水平导轨的拉力,F,作用下从静止开始沿导轨匀加速运动时，,cd,杆也同时从静止开始沿导轨向下运动测得拉力,F,与时间,t,的关系如图乙所示,g,10 m/s,2,.,【典例2】间距为L2 m的足够长的金属直角导轨如图4甲所,图4,图4,(1)求,ab,杆的加速度,a,.,(2)求当,cd,杆达到最大速度时,ab,杆的速度大小,(3)若从开始到,cd,杆达到最大速度的过程中拉力,F,做了5.2 J的功，通过,cd,杆横截面的电荷量为2 C，求该过程中,ab,杆所产生的焦耳热,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,解析,(1)由题图乙可知，在,t,0时，,F,1.5 N,对,ab,杆进行受力分析，由牛顿第二定律得,F,mg,ma,代入数据解得,a,10 m/s,2,解析(1)由题图乙可知，在t0时，F1.5 N,答案,见解析,答案见解析,反思总结,分析“双杆模型”问题时，要注意双杆之间的制约关系，即“动”杆与“被动”杆之间的关系，需要注意的是，最终两杆的收尾状态的确定是分析该类问题的关键,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,即学即练3,(2013天津卷，3),如图5所示，纸面内有一矩形导体闭合线框,abcd,，,ab,边长大于,bc,边长，置于垂直纸面向里、边界为,MN,的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于,MN,.第一次,ab,边平行,MN,进入磁场，线框上产生的热量为,Q,1,，通过线框导体横截面的电荷量为,q,1,；第二次,bc,边平行,MN,进入磁场，线框上产生的热量为,Q,2,，通过线框导体横截面的电荷量为,q,2,，则(),即学即练3(2013天津卷，3)如图5所示，纸面内有一矩,图5,A,Q,1,Q,2,，,q,1,q,2,B,Q,1,Q,2,，,q,1,q,2,C,Q,1,Q,2,，,q,1,q,2,D,Q,1,Q,2,，,q,1,q,2,图5AQ1Q2，q1q2BQ1Q2，q1q2,答案,A,答案A,即学即练4,如图6所示，足够长的光滑平行金属导轨,MN,、,PQ,竖直放置，一匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端,M,与,P,间连接阻值为,R,0.40 的电阻，质量为,m,0.01 kg、电阻为,r,0.30 的金属棒,ab,紧贴在导轨上现使金属棒,ab,由静止开始下滑，其下滑距离与时间的关系如下表所示，导轨电阻不计，重力加速度,g,取10 m/s,2,.试求：,图,6,即学即练4如图6所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ竖,(1)当,t,0.7 s时，重力对金属棒,ab,做功的功率；,(2)金属棒,ab,在开始运动的0.7 s内，电阻,R,上产生的焦耳热；,(3)从开始运动到,t,0.4 s的时间内，通过金属棒,ab,的电荷量,时间,t,(s),0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,下滑距离,s,(m),0,0.1,0.3,0.7,1.4,2.1,2.8,3.5,(1)当t0.7 s时，重力对金属棒ab做功的功率；时间t,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,答案,(1)0.7 W(2)0.06 J(3)0.2 C,答案(1)0.7 W(2)0.06 J(3)0.2 C,附：对应高考题组,1,(2011福建高考，17),如图，足够长的U型光滑金属导轨平面与水平面成,角(0,90)，其中,MN,与,PQ,平行且间距为,L,，导轨平面与磁感应强度为,B,的匀强磁场垂直，导轨电阻不计金属棒,ab,由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，,ab,棒接入电路的电阻为,R,，当流过,ab,棒某一横截面的电量为,q,时，棒的速度大小为,v,，则金属棒,ab,在这一过程中(),附：对应高考题组,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,答案,B,答案B,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,(1)线圈切割磁感线时，感应电动势的大小,E,m,；,(2)线圈切割磁感线时，,bc,边所受安培力的大小,F,；,(3)外接电阻上电流的有效值,I,.,(1)线圈切割磁感线时，感应电动势的大小Em；,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,专题九电磁感应中动力学和能量问题课件,