习题课三11.doc

习题课三：? 电磁感应与力学规律的综合应用 教学目标： 1．综合应用电磁感应电学知识解决力、电综合问题； 2．培养学生分析解决综合问题的能力 教学重点：力、电综合问题的解法 教学难点：电磁感应等电学知识和力学知识的综合应用，主要有 、应用牛顿第二定律解决导体切割磁感线运动的问题。 、应用动量定理、动量守恒定律解决导体切割磁感线的运动问题利用能的转化和守恒定律及功能关系研究电磁感应过程中的能量转化问题 4、应用能的转化和守恒定律解决电磁感应问题。 教学方法：讲练结合，计算机辅助教学 教学过程： 一、平衡类　解决平衡类问题的基本方法是：确定研究对象；进行受力分析；根据平衡条件建立方程；结合电磁感应规律求解具体问题．　例1　如图1所示，线圈ａｂｃｄ每边长ｌ＝0.20ｍ，线圈质量ｍ1＝0.10ｋｇ、电阻Ｒ＝0.10Ω，砝码质量ｍ2＝0.14ｋｇ．线圈上方的匀强磁场磁感强度Ｂ＝0.5Ｔ，方向垂直线圈平面向里，磁场区域的宽度为ｈ＝ｌ＝0.20ｍ．砝码从某一位置下降，使ａｂ边进入磁场开始做匀速运动．求线圈做匀速运动．解析：该题的研究对象为线圈，线圈在匀速上升时受到的安培力Ｆ安、绳子的拉力Ｆ和重力ｍ1ｇ相互平衡，即　Ｆ＝Ｆ安＋ｍ1ｇ．　　①砝码受力也平衡：　Ｆ＝ｍ2ｇ．　　②线圈匀速上升，在线圈中产生的感应电流　Ｉ＝Ｂｌｖ／Ｒ，　　③因此线圈受到向下的安培力　Ｆ安＝ＢＩｌ．　　④联解①②③④式得ｖ＝（ｍ2－ｍ1）ｇＲ／Ｂ2ｌ2．　代入数据解得：ｖ＝4（ｍ／ｓ）二、加速类　解决加速类问题的基本方法是：确定研究对象（一般为在磁场中做切割磁感线运动的导体）；根据牛顿运动定律和运动学公式分析导体在磁场中的受力与运动情况． 一般思路是：根据电磁感应现象——感应电动势——感应电流——安培力——合外力——加速度——速度 例2　如图2所示，ＡＢ、ＣＤ是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间距离为ｌ，导轨平面与水平面的夹角为θ．在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感强度为Ｂ．在导轨的Ａ、Ｃ端连接一个阻值为Ｒ的电阻．一根垂直于导轨放置的金属棒ａｂ，质量为ｍ，从静止开始沿导轨下滑．求ａｂ棒的最大速度．（已知ａｂ和导轨间的动摩擦因数为μ，导轨和金属棒的电阻不计） 动态分析． 学生：ab棒沿导轨下滑会切割磁感线，产生感应电动势，进而在闭合电路中产生感应电流．这是电磁感应现象．ab棒在下滑过程中因所受的安培力逐渐增大而使加速度逐渐减小，因此做加速度越来越小的加速下滑． 教师：（肯定学生的答案）你能否按题目要求画出ab棒在运动中的受力图？ 学生画图（图3-9-2）． 教师指出：本题要求解的是金属棒的最大速度，就要求我们去分析金属棒怎样达到最大速度，最大速度状态下应满足什么物理条件．本质上，仍然是要回答出力学的基本问题：物体受什么力，做什么运动，力与运动建立什么关系式？在电磁现象中，除了分析重力、弹力、摩擦力之外，需考虑是否受磁场力（安培力）作用． 提问：金属棒在速度达到最大值时的力学条件是什么？ 要点：金属棒沿斜面加速下滑，随v↑→感应电动势 =Blv↑→感 力F=BIl↑→合力↓→a↓．当合力为零时，a=0，v达最大vm，以后一直以vm匀速下滑． （让学生写出v达最大的平衡方程并解出vm．） 板书：当v最大时，沿斜面方向的平衡方程为 师：通过上述分析，你能说出何时金属棒的加速度最大？最大加速度为多少？ 生：金属棒做a减小的加速下滑，故最初刚开始下滑时，加速度a最大．由牛顿第二定律有：mgsinθ-μmgcosθ=ma 得　　　a=g（sinθ-μcosθ） 师设问：如果要求金属棒ab两端的电压Uab最终为多大，应该运用什么知识去思考？ 引导：求电路两端的电压应从金属棒所在电路的组成去分析，为此应先画出等效电路模型图． （学生画图．） 板书：（将学生画出的正确电路图画在黑板上，见图3-9-3） 师：根据电路图可知Uab指什么电压？（路端电压） （让学生自己推出Uab表达式及Uab的最大值．） 板书：Uab= -Ir=Blv-Ir 由于金属棒电阻不计，则r=0，故Uab=Blv随金属棒速度 v↑ →↑→Uab↑，最终 提醒：若金属棒的电阻不能忽略，其电阻为r，则Uab结果又怎样？ （有的学生会想当然，认为将上式中的R改为（R+r）即可．） 师指出：仍然应用基本方法去分析，而不能简单从事，“一改了之”．应该用本题的方法考虑一遍：用力学方法确定最大速度， 用电路分析方法确定路端电压 题后语：由例1可知，解答电磁感应与力、电综合题，对于运动与力的分析用力学题的分析方法，只需增加对安培力的分析；而电路的电流、电压分析与电学分析方法一样，只是需要先明确电路的组成模型，画出等效电路图．这是力、电、磁综合题的典型解题方法．分析