教科版高中物理选择性必修第二册精品课件 第2章 电磁感应及其应用 专题提升6 电磁感应中的动力学、能量、动量问题.ppt

第二章专题提升6电磁感应中的动力学、能量、动量问题

重难探究·能力素养全提升目录索引学以致用·随堂检测全达标

学习目标1.会用动力学的方法分析电磁感应的问题。(科学思维)2.理解电磁感应中的能量关系,会用能量观点分析电磁感应的问题。(科学思维)3.学会用动量观点分析电磁感应的有关问题。(科学思维)

重难探究·能力素养全提升

探究点一电磁感应中的动力学问题知识归纳(1)两种状态及处理方法。状态特征处理方法平衡态加速度为零根据平衡条件列式分析非平衡态加速度不为零根据牛顿第二定律结合运动学公式进行分析

(2)抓住力学对象和电学对象间的桥梁——感应电流I、切割速度v,“四步法”分析电磁感应中的动力学问题:

(3)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:(4)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。

应用体验【例1】(2023河北邢台高二期末)如图所示,MN、PQ为足够长的、间距L=0.5m的平行光滑金属导轨,导轨平面与水平面间的夹角θ=37°,N、Q间连接的电阻R=4Ω,匀强磁场垂直于导轨平面向上,磁感应强度大小B=1T。将一根质量m=0.05kg的金属棒从ab位置由静止释放,当金属棒滑行至cd处时,金属棒开始做匀速直线运动。金属棒沿导轨向下运动过程中始终与导轨垂直,且与导轨接触良好,金属棒接入回路的电阻r=1Ω,导轨的电阻不计。重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:(1)金属棒运动到cd位置时的速度大小vm;(2)当金属棒的速度大小v=1m/s时,金属棒的加速度大小。

答案(1)6m/s(2)5m/s2解析(1)金属棒到达cd位置时,金属棒切割磁感线产生的感应电动势为E=BLvm根据金属棒受力平衡有mgsinθ=F安代入数据解得vm=6m/s。(2)对金属棒受力分析,根据牛顿第二定律有代入数据解得a=5m/s2。

对点演练1如图所示,质量为m的导体棒,垂直放置于间距为d的光滑导轨上,导轨与水平方向夹角为θ,垂直导轨向下有一磁感应强度为B的匀强磁场,现有一匝数为N、横截面积为S、自感系数为L的螺线管与导轨相连(导轨足够长)。(1)若回路中总电阻为R,为了让导体棒能在导轨上保持静止,在螺线管处加上如图所示的磁场B1。求磁场B1的变化率k。(2)若不计一切电阻和导体棒的自感,撤去B1让导体棒由静止释放,已知导体棒运动过程中电流I与位移x的关系满足,求导体棒速度最大时下滑的距离x0。

解析(1)导体棒静止时,由左手定则知安培力沿斜面向上,由受力平衡条件得FA=mgsinθFA=BI1d由闭合电路欧姆定律有I1=由法拉第电磁感应定律有(2)当速度最大时有BI2d=mgsinθ

探究点二电磁感应中的能量问题知识归纳1.电磁感应现象中的能量转化

2.求解焦耳热的三种方法

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。特别提示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。

应用体验【例2】(2023陕西榆林高二开学考试)如图所示,两足够长的平行金属导轨MN、PQ倾斜放置,倾角θ=37°,导轨间距L=0.5m,导轨电阻不计,M、P间连接一个R=4.5Ω的电阻。两导轨间存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度B=1T。一质量m=0.05kg、电阻r=0.5Ω的金属棒ab以v=2m/s的速度沿导轨匀速向下滑动,下滑过程中始终与导轨垂直,且与导轨接触良好。已知g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。(1)求电阻R中电流I的大小。(2)求金属棒与导轨间的动摩擦因数的大小。(3)对金属棒施加一个垂直于金属棒且沿导轨平面向上的恒定拉力F=0.12N,若金属棒继续下滑x=2m后速度恰好减为0,求在金属棒减速过程中,电阻R上产生的焦耳热。

答案(1)0.2A(2)0.5(3)0.054J解析(1)金属棒ab产生的感应电动势为E=BLv=1V由闭合电路欧姆定律得(2)金属棒ab受到的安培力方向沿导轨向上,金属棒匀速运动,根据平衡条件可得mgsinθ=μmgcosθ+BIL联立解得μ=0.5。(3)从施加拉力F到