人教版高中物理选择性必修第2册 第二章 习题课 电磁感应中的动力学、能量和动量问题.pptVIP

习题课:电磁感应中的动力学、能量和动量问题第二章

课堂篇探究学习

探究一电磁感应中的动力学问题情境探究在磁感应强度为B的水平匀强磁场中,竖直放置一个“”形金属框ABCD,框面垂直于磁场,宽度BC为l,质量为m的金属杆PQ用光滑金属套垂直连接在框架AB和CD上,如图。金属杆PQ电阻为R,其他电阻不计,忽略空气阻力,在杆自静止开始沿框架下滑到达最大速度的过程中,思考讨论下列问题:(1)开始下滑的加速度为多少?(2)金属杆中感应电流的方向怎样?金属杆受的安培力向哪?如何变化?(3)金属杆的加速度如何变化?金属杆的速度如何变化?(4)满足什么条件时金属杆达到最大速度?金属杆下滑的最大速度是多少?

要点提示(1)g。(2)向左,向上,变大。(3)变小,变大。(4)当安培力等于重力

知识归纳由于通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用,故电磁感应问题往往和力学问题综合在一起。1.理解电磁感应问题中的两个研究对象及其之间的相互制约关系。

2.电磁感应现象中涉及具有收尾速度的力学问题时,关键是做好受力情况和运动情况的动态分析:

3.处理此类问题的基本方法:(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向。(2)求回路中的感应电流的大小和方向。(3)分析研究导体受力情况(包括安培力)。(4)列动力学方程或平衡方程求解。

实例引导例1如图所示,空间存在B=0.5T、方向竖直向下的匀强磁场,MN、PQ是不计电阻、水平放置的平行长直导轨,其间距l=0.2m,电阻R=0.3Ω接在导轨一端,ab是跨接在导轨上质量m=0.1kg、电阻r=0.1Ω、长度与导轨间距相等的导体棒,已知导体棒和导轨间的动摩擦因数为0.2。从零时刻开始,对ab棒施加一个大小为F=0.45N、方向水平向左的恒定拉力,使其从静止开始沿导轨滑动,过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好。(g取10m/s2)(1)求导体棒所能达到的最大速度。(2)试定性画出导体棒运动的速度—时间图像。

解析ab棒在拉力F作用下运动,随着ab棒切割磁感线运动的速度增大,棒中的感应电动势增大,棒中感应电流增大,棒受到的安培力也增大,最终达到匀速运动时棒的速度达到最大值。外力在克服安培力做功的过程中,消耗了其他形式的能,转化成了电能,最终转化成了焦耳热。(1)导体棒切割磁感线运动,产生的感应电动势E=Blv①导体棒受到的安培力F安=BIl③

导体棒运动过程中受到拉力F、安培力F安和摩擦力Ff的作用,根据牛顿第二定律得F-μmg-F安=ma④由①②③④得由上式可以看出,随着速度的增大,安培力增大,加速度a减小,当加速度a减小到0时,速度达到最大。

(2)导体棒运动的速度—时间图像如图所示。答案(1)10m/s(2)见解析图

规律方法解决电磁感应中的动力学问题的思路解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是“先电后力”,具体思路如下:

变式训练1(多选)如图所示,MN和PQ是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨,已知导轨足够长,且电阻不计。ab是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆。开始时,将开关S断开,让杆ab由静止开始自由下落,一段时间后,再将S闭合,若从S闭合开始计时,则金属杆ab的速度v随时间t变化的图像可能是()

答案ACD

探究二电磁感应中的能量问题情境探究在水平匀强磁场中,竖直放置一个“”形金属框,框面垂直于磁场,金属杆用光滑金属套垂直连接在框架上,不计空气阻力,如图所示。杆自静止开始沿框架下滑,试分析杆自静止下滑一段时间(未达到最大速度)内,有哪些力做了功?有哪些能量发生了变化?简述这些功能关系。要点提示重力做功和安培力做功。重力势能减少,动能增加,电能增加。重力做的功等于重力势能的减少量,克服安培力做的功等于电能的增加量,合力做的功等于动能的增加量。

知识归纳1.电磁感应现象中的能量转化安培力

做功

2.求解焦耳热Q的三种方法

3.求解电磁感应现象中能量问题的一般思路(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向。(2)画出等效电路,求出回路中电阻消耗的电功率表达式。(3)分析导体机械能的变化,用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程。要点笔记产生和维持感应电流的过程是其他形式的能向感应电流的电能转化的过程,安培力做的功是其他形式的能和电能之间转化的量度。

实例引导例2(多选)如图所示,两根电阻不计的光滑平行金属导轨倾角为θ,导轨下端接有电阻R,匀强磁场垂直斜面向上。质量为m、电阻不计的金属棒ab在沿斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑,上升高度为h,在这个过程中()A.金属棒所受各力的合力所做的功等于零B.金属棒所受各力的合力所做的功等于mgh和