鲁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 习题课 电磁感应中的能量和动量问题 (4).ppt

第2章习题课:电磁感应中的能量和动量问题

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重难探究·能力素养全提升

探究一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“”形金属框架,框面垂直于磁场,金属杆PQ用光滑金属套连接在金属框架上,不计空气阻力,如图所示。金属杆PQ自静止开始沿金属框架下滑,试分析金属杆PQ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,并简述这些功能关系。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(内能)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(内能)的增加量,合力做的功等于动能的增加量。

知识归纳解决电磁感应能量问题的策略是“先源后路、先电后力,再是运动、能量”,即

闪光语录能量转化

应用体验【例题1】如图甲所示,相距d的两根足够长的金属制成的导轨,导轨左端ef间连接一阻值为2R的定值电阻,并用电压传感器实际监测两端电压,倾斜部分与水平面夹角为37°。长度也为d、质量为m的金属棒ab电阻为R,通过固定在棒两端的金属轻滑环套在导轨上,滑环与导轨上MG、NH段动摩擦因数μ=(其余部分摩擦不计)。MN、PQ、GH相距为L,MN、PQ间有垂直轨道平面向下、磁感应强度为B1的匀强磁场,PQ、GH间有平行于斜面但大小、方向未知的匀强磁场B2,其他区域无磁场,除金属棒及定值电阻外,其余电阻均不计,sin37°=0.6,cos37°=0.8,当ab棒从MN上方一定距离由静止释放通过MN、PQ区域(运动过程中ab棒始终保持水平),电压传感器监测到U-t关系如图乙所示。

(1)求ab棒刚进入磁场B1时的速度大小。(2)求定值电阻上产生的热量Q1。(3)多次操作发现,当ab棒从MN以某一特定速度进入MNQP区域的同时,另一质量为2m,电阻为2R的金属棒cd只要以等大的速度从PQ进入PQHG区域,两棒均可同时匀速通过各自场区,试求B2的大小和方向。

解析(1)ab棒刚进入磁场B1时电压传感器的示数为U,根据闭合电路欧姆定解得E1=1.5U根据法拉第电磁感应定律得E1=B1dv1

(2)设金属棒ab离开PQ时的速度为v2,根据题图乙可知,定值电阻此时两端

(3)两棒以相同的初速度进入场区,匀速经过相同的位移,对ab棒,根据共点对cd棒,因为2mgsin37°-μ·2mgcos37°0,故cd棒安培力必须垂直导轨平面向下,根据左手定则可知磁感应强度B2沿导轨平面向上,cd棒也匀速运动,则有

规律方法求解焦耳热Q的三种方法焦耳定律功能关系能量转化Q=I2RtQ=W克服安培力Q=ΔE其他能的减少量

针对训练1(多选)两个完全相同的正方形匀质金属框,边长为l,通过长为l的绝缘轻质杆相连,构成如图所示的组合体。距离组合体下底边h处有一方向水平、垂直于纸面向里的匀强磁场。磁场区域上下边界水平,高度为l,左右宽度足够大。把该组合体在垂直于磁场的平面内以初速度v0水平无旋转抛出,设置合适的磁感应强度大小B使其匀速通过磁场,不计空气阻力。下列说法正确的是()

A.B与v0无关,与成反比B.通过磁场的过程中,金属框中电流的大小和方向保持不变C.通过磁场的过程中,组合体克服安培力做功的功率与重力做功的功率相等D.调节h、v0和B,只要组合体仍能匀速通过磁场,则其通过磁场的过程中产生的热量不变答案CD

解析本题考查电磁感应的综合问题,考查分析综合能力。金属框匀速通过选项A错误。通过磁场过程中根据右手定则,金属框下边进入时电流为逆时针方向,金属框上边进入时电流为顺时针方向,选项B错误。因为金属框匀速通过磁场,重力做功与克服安培力做功相等,所以克服安培力做功的功率与重力做功的功率相等,选项C正确。因为通过磁场,重力做功不变,根据能量守恒定律得,产生的热量不变,选项D正确。

探究二用“三大观点”解决电磁感应问题知识归纳会利用动量、能量的观点解决电磁感应问题,会根据相关条件分析双杆切割磁感线运动问题,会用“三大观点”解决此类问题。动力学观点通常情况下,一个金属杆做加速度逐渐减小的加速运动,而另一个金属杆做加速度逐渐减小的减速运动,最终两金属杆以共同的速度匀速运动能量观点其中一个金属杆机械能的减少量等于另一个金属杆机械能的增加量与回路中产生的焦耳热之和

动量观点对于两导体棒在平直的光滑导轨上运动的情况,如果两棒所受的外力之和为零,则考虑应用动量守恒定律处理问题由可知,当题目中涉及电荷量或平均电流时,可应用动量定理来解决问题

应用体验【例题2】如图甲所示,绝缘水平面上固定着两根足够长的光滑金属导轨PQ、MN,相距为