2015年第3.3电磁感应中的动力学和能量问题.ppt

(2)安培力的方向判断 (3)牛顿第二定律及功能关系 一、单棒问题 二、含容式单棒问题 三、无外力双棒问题 四、有外力双棒问题 * 热点三 电磁感应中的力学和能量问题 第3讲　 电磁感应综合问题 例1. 水平放置于匀强磁场中的光滑导轨上，有一根长为L的导体棒ab，用恒力F作用在ab上，由静止开始运动，回路总电阻为R，试分析ab 的运动情况，并求ab棒的最大速度。 a b B R F 分析：ab 在F作用下向右加速运动，切割磁感应线，产生感应电流，感应电流又受到磁场的作用力f，画出受力图： a=(F-f)/m v E=BLv I= E/R f=BIL 最后，当f=F 时，a=0，速度达到最大， F=f=BIL=B2 L2 Vm /R Vm=FR / B2 L2 Vm称为收尾速度. 这类问题覆盖面广,题型也多种多样;但解决这类问题的关键在于通过运动状态的分析来寻找过程中的临界状态,如速度、加速度取最大值或最小值的条件等. 基本思路是: F=BIL 临界状态 v与a方向关系 运动状态的分析 a变化情况 F=ma 合外力 运动导体所 受的安培力 感应电流 确定电源（E，r） a b B R F 变化 Q B P C D A 竖直 倾斜 例2.如图所示，竖直平面内的平行导轨，间距l=20cm，金属导体ab可以在导轨上无摩檫的向下滑动，金属导体ab的质量 为0.2 g，电阻为0.4Ω，导轨电阻不计，水平方向的匀强磁场的磁感应强度为0.1T，当金属导体ab从静止自由下落0.8s时，突然接通电键K。（设导轨足够长，g取10m/s2）求： （1）电键K接通前后，金属导体ab的运动情况 （2）金属导体ab棒的最大速度和最终速度的大小。 K a b Vm =8m/s V终 = 2m/s 若从金属导体ab从静止下落到接通电键K的时间间隔为t,ab棒以后的运动情况有几种可能？试用v-t图象描述。 mg F （1）若安培力F G： 则ab棒先做变加速运动，再做匀速直线运动 （2）若安培力F G： 则ab棒先做变减速运动，再做匀速直线运动 （3）若安培力F =G： 则ab棒始终做匀速直线运动 K a b mg F 例3 几种变化 (4)拉力变化 (3) 导轨面变化（竖直或倾斜） (1) 电路变化 (2)磁场方向变化 F F F B F Q B P C D A 竖直 倾斜 4.如图甲所示，一边长L＝2.5 m、质量m＝0.5 kg的正方形金属线框，放在光滑绝缘的水平面上，整个装置放在方向竖直向上、磁感应强度B＝0.8 T的匀强磁场中，金属线框的一边与磁场的边界MN重合．在水平力F作用下金属线框由静止开始向左运动，经过5 s金属线框被拉出磁场，测得金属线框中的电流随时间变化的图象如图乙所示． (1)在金属线框被拉出的过程中，求通过线框截面的电荷量及线框的电阻． (2)写出水平力F随时间变化的表达式． (3)已知在这5 s内力F做功1.92 J， 那么在此过程中，线框产生的 焦耳热是多少？ 5.如图，PQ、MN为平行导轨，导轨平面倾角θ=37°，电容器的电容C = 1.0×10-3F，原来不带电．垂直导轨平面的匀强磁场穿过整个导轨平面．质量m = 32 g 的金属棒AB从高h = 1.44m 处由静止滑下，它与轨道间的动摩擦因数μ=1/8，不计一切电阻，当棒AB滑离轨道时，电容器带电量Q = 1.6×10-2c． (1)分析AB下滑的运动状态，求出表征此运动的特征量与其他有关量之间的关系式； (2)求出AB滑离轨道瞬间的速度. 6．(多选)如图所示，两足够长平行金属导轨固定在水平面上，匀强磁场方向垂直导轨平面向下，金属棒ab、cd与导轨构成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动，两金属棒ab、cd的质量之比为2∶1.用一沿导轨方向的恒力F水平向右拉金属棒cd，经过足够长时间以后(　　) A．金属棒ab、cd都做匀速运动 B．金属棒ab上的电流方向是由b向a C．金属棒cd所受安培力的大小等于2F/3 D．两金属棒间距离保持不变 “杆＋导轨”模型是电磁感应问题高考命题的“基本道具”，也是高考的热点，考查的知识点多，题目的综合性强，物理情景变化空间大，是我们复习中的难点．“杆＋导轨”模型又分为“单杆”型和“双杆”型(“单杆”型为重点)；导轨放置方式可分为水平、竖直和倾斜；杆的运动状态可分为匀速、匀变速、非匀变速运动等． 二、电磁感应中的能量问题 1． 过程分析 (1)电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质上是能量的转化过程． (2)电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用，因此，要