高考物理大一轮复习 第十章 电磁感应 能力课2 电磁感应中的动力学和能量问题课件 粤教版

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能力课能力课2电磁感应中的动力学和能量问题电磁感应中的动力学和能量问题电磁感应中的动力学问题电磁感应中的动力学问题1两种状态及处理方法两种状态及处理方法状态状态特征特征处理方法处理方法平衡态平衡态加速度为零加速度为零根据平衡条件列式分析根据平衡条件列式分析非平衡态非平衡态加速度不为零加速度不为零根据牛顿第二定律进行根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关动态分析或结合功能关系进行分析系进行分析2.电学对象与力学对象的转换及关系电学对象与力学对象的转换及关系图图1(1)cd下滑的过程中,下滑的过程中,ab中的电流方向;中的电流方向;(2)ab刚要向上滑动时,刚要向上滑动时,cd的速度的速度v多大;多大;(3)从从cd开始下滑到开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中,刚要向上滑动的过程中,cd滑动的滑动的距离距离s3.8 m,此过程中,此过程中ab上产生的热量上产生的热量Q是多少。是多少。答案答案(1)由由a流向流向b(2)5 m/s(3)1.3 J【拓展延伸】【拓展延伸】在在【模拟示例【模拟示例1】中若两平行金属导轨光滑,两区域中磁场中若两平行金属导轨光滑,两区域中磁场方向均垂直导轨平面向上,其他条件不变。现对金属条方向均垂直导轨平面向上,其他条件不变。现对金属条ab施施加平行于轨道向上的拉力,使之匀速向上运动。在金属条加平行于轨道向上的拉力,使之匀速向上运动。在金属条ab匀速向上运动的过程中,导体棒匀速向上运动的过程中,导体棒cd始终能静止在轨道上。求:始终能静止在轨道上。求: (1)通过导体棒通过导体棒cd的电流的电流I; (2)金属条金属条ab受到的拉力受到的拉力F的大小;的大小;(3)导体棒导体棒cd每产生每产生Q10 J的热量,拉力的热量,拉力F做的功做的功W。解析解析(1)对对cd棒受力分析如图所示棒受力分析如图所示根据平衡条件得:根据平衡条件得:BILm2gsin 30所以所以I10 A(2)对对ab受力分析如图受力分析如图则则Fm1gsin 30BIL0代入数据得:代入数据得:F2.5 N答案答案(1)10 A(2)2.5 N(3)25 J用用“四步法四步法”分析电磁感应中的动力学问题分析电磁感应中的动力学问题解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是“先电后力先电后力”,具体思路如下:具体思路如下:方法技巧方法技巧图图2(1)当金属杆的速度为当金属杆的速度为4 m/s时,金属杆的加速度大小;时,金属杆的加速度大小;(2)当金属杆沿导轨的位移为当金属杆沿导轨的位移为6.0 m时,通过金属杆的电荷量。时,通过金属杆的电荷量。解析解析(1)对金属杆对金属杆ab应用牛顿第二定律有:应用牛顿第二定律有:Fmgsin F安安fmafFNFNmgcos ab杆所受安培力大小为:杆所受安培力大小为:F安安BILab杆切割磁感线产生的感应电动势为:杆切割磁感线产生的感应电动势为:EBLv答案答案(1)4 m/s2(2)3 C电磁感应中的能量问题电磁感应中的能量问题1电磁感应中的能量转化电磁感应中的能量转化2求解焦耳热求解焦耳热Q的三种方法的三种方法3解电磁感应现象中的能量问题的一般步骤解电磁感应现象中的能量问题的一般步骤(1)在电磁感应中,切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回在电磁感应中,切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势,该导体或回路就相当于电源。路将产生感应电动势,该导体或回路就相当于电源。(2)分析清楚有哪些力做功,就可以知道有哪些形式的能量发分析清楚有哪些力做功,就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化。生了相互转化。(3)根据能量守恒列方程求解。根据能量守恒列方程求解。图图3 (1)求求v1与与v2的比值;的比值; (2)写出写出H与与h的关系式;的关系式; (3)若地面离磁场若地面离磁场B2的下边界的高度为的下边界的高度为h,求金属线框下落到地,求金属线框下落到地面所产生的热量。面所产生的热量。(用用m、h、g表示表示)【拓展延伸】【拓展延伸】在在【模拟示例【模拟示例2】中把正方形金属线框中把正方形金属线框abcd的运动改为的运动改为“始终始终做加速度为做加速度为g的匀加速直线运动,有时需对线框施加竖直方的匀加速直线运动,有时需对线框施加竖直方向的外力向的外力F,且,且H2h,线框的电阻为,线框的电阻为R”。求:。求: (1)当正方形金属线框当正方形金属线框abcd的的bc边恰好进入磁场边恰好进入磁场B2时的竖直外时的竖直外力力F; (2)当正方形金属线框当正方形金属线框abcd从静止开始运动到从静止开始运动到bc边离开磁场边离开磁场B1,通过线框,通过线框a点的电荷量点的电荷量Q。在较复杂的电磁感应现象中,经常涉及变力做功问题,一般在较复杂的电磁感应现象中,经常涉及变力做功问题,一般应用能量守恒的方法研究,可不必追究变力作用下运动的细应用能量守恒的方法研究,可不必追究变力作用下运动的细节问题;若涉及恒力或恒定加速度,一般用动力学的观点研节问题;若涉及恒力或恒定加速度,一般用动力学的观点研究,可以研究运动的细节问题。究,可以研究运动的细节问题。反思总结反思总结图图4(1)线框线框eb边进入磁场中运动时,边进入磁场中运动时,e、b两点间的电势差两点间的电势差Ueb为多少?为多少?(2)线框匀速穿过磁场区域的过程中产生的焦耳热线框匀速穿过磁场区域的过程中产生的焦耳热Q为多少?为多少?(3)若在线框若在线框eb边刚进入磁场时,立即给物体边刚进入磁场时,立即给物体P施加一竖直向下施加一竖直向下的力的力F,使线框保持进入磁场前的加速度做连续的匀加速运动,使线框保持进入磁场前的加速度做连续的匀加速运动穿过磁场区域,已知此过程中力穿过磁场区域,已知此过程中力F做功做功WF3.6 J,求,求eb边上产边上产生的焦耳热生的焦耳热Qeb为多少?为多少?答案答案(1)1.2 V(2)3.2 J(3)0.9 J1(天津理综天津理综)如图如图5所示,纸面内有一矩形导体闭合线框所示,纸面内有一矩形导体闭合线框abcd,ab边长大于边长大于bc边长,置于垂直纸面向里、边界为边长,置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁的匀强磁场外,线框两次匀速地完全进入磁场,两次速度大小相同,场外,线框两次匀速地完全进入磁场,两次速度大小相同,方向均垂直于方向均垂直于MN。第一次。第一次ab边平行边平行MN进入磁场,线框上产进入磁场,线框上产生的热量为生的热量为Q1,通过线框导体横截面的电荷量为,通过线框导体横截面的电荷量为q1;第二次;第二次bc边平行边平行MN进入磁场,线框上产生的热量为进入磁场,线框上产生的热量为Q2,通过线框导,通过线框导体横截面的电荷量为体横截面的电荷量为q2,则,则()AQ1Q2,q1q2 BQ1Q2,q1q2CQ1Q2,q1q2 DQ1Q2,q1q2图图5答案答案A2(2016全国卷全国卷,24)如图如图6,水平面,水平面(纸面纸面)内间距为内间距为l的平行的平行金属导轨间接一电阻,质量为金属导轨间接一电阻,质量为m、长度为、长度为l的金属杆置于导轨的金属杆置于导轨上,上,t0时,金属杆在水平向右、大小为时,金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下的恒定拉力作用下由静止开始运动,由静止开始运动,t0时刻,金属杆进入磁感应强度大小为时刻,金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀速运动。杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂持匀速运动。杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为。重力加速度大小。重力加速度大小为为g。求。求图图6(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小;金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小;(2)电阻的阻值。电阻的阻值。图图7(1)金属棒中产生感应电动势的最大值金属棒中产生感应电动势的最大值Em;(2)金属棒下滑过程中电阻金属棒下滑过程中电阻R上产生的热量上产生的热量Q;(3)金属棒能否通过圆形轨道的最高点金属棒能否通过圆形轨道的最高点D?若能通过,求在此点?若能通过,求在此点时金属棒对轨道的压力。时金属棒对轨道的压力。
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