《2018版高中物理 第2章 楞次定律和自感現(xiàn)象 習(xí)題課 電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用(二)——?jiǎng)恿W(xué)和能量問題課件 魯科版選修3-2.ppt》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2018版高中物理 第2章 楞次定律和自感現(xiàn)象 習(xí)題課 電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用(二)——?jiǎng)恿W(xué)和能量問題課件 魯科版選修3-2.ppt(46頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第2章,楞次定律和自感現(xiàn)象,第6講習(xí)題課電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用(二) 動(dòng)力學(xué)和能量問題,目標(biāo)定位,1.綜合運(yùn)用楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律解決電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題. 2.會(huì)分析電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化問題,1.閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí),可根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E 計(jì)算電動(dòng)勢(shì)大小,電動(dòng)勢(shì)方向根據(jù) 判定;特殊地,當(dāng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)E,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向由 判斷,楞次定律,Blv,右手定則,n,2.垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)放置、長(zhǎng)為L(zhǎng)的直導(dǎo)線通過(guò)電流為I時(shí),它所受的安培力F ,安培力方向的判斷用 . 3.牛頓第二定律:F ,它揭示了力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系. 當(dāng)加速度a與速度v方向相同時(shí),速度 ,反之速度,當(dāng)加速度
2、a為零時(shí),物體做運(yùn)動(dòng)或靜止.,左手定則,BIL,ma,增大,減小,勻速直線,4.做功的過(guò)程就是 的過(guò)程,做了多少功,就有多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化,是能量轉(zhuǎn)化的量度. 幾種常見的功能關(guān)系 (1)合外力所做的功等于物體的變化.(動(dòng)能定理) (2)重力做的功等于的變化.,能量轉(zhuǎn)化,功,動(dòng)能,重力勢(shì)能,(3)彈簧彈力做的功等于的變化. (4)除了重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力之外的其他力做的功等于 的變化. (5)安培力做的功等于 的變化. 5.焦耳定律:Q .,彈性勢(shì)能,機(jī)械能,電能,I2Rt,一、電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題,1.通過(guò)導(dǎo)體的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中將受到安培力作用,所以電磁感應(yīng)問題往往與力學(xué)問題聯(lián)系在一起,處理此
3、類問題的基本方法是: (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向. (2)求回路中的感應(yīng)電流的大小和方向. (3)分析研究導(dǎo)體受力情況(包括安培力). (4)列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解.,2.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中涉及的具有收尾速度的力學(xué)問題,關(guān)鍵要抓好受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析:,周而復(fù)始地循環(huán),加速度等于零時(shí),導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài).,3.兩種狀態(tài)處理 導(dǎo)體勻速運(yùn)動(dòng),受力平衡,應(yīng)根據(jù)平衡條件列式分析;導(dǎo)體做勻速直線運(yùn)動(dòng)之前,往往做變加速運(yùn)動(dòng),處于非平衡狀態(tài),應(yīng)根據(jù)牛頓第二定律或結(jié)合功能關(guān)系分析.,例1如圖1,兩固定的絕緣斜面傾角均為,上沿相連。兩細(xì)金屬棒ab(僅標(biāo)出a端)和cd(
4、僅標(biāo)出c端)長(zhǎng)度均為L(zhǎng),質(zhì)量分別為2m和m;用兩根不可伸長(zhǎng)的柔軟輕導(dǎo)線將它們連成閉合回路abdca,并通過(guò)固定在斜面上沿的兩光滑絕緣小定滑輪跨放在斜面上,使兩金屬棒水平。右斜面上存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于斜面向上,已知兩根導(dǎo)線剛好不在磁場(chǎng)中,回路電阻為R,兩金屬棒與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為,重力加速度大小為g,已知金屬棒ab勻速下滑。求,例2如圖2甲所示,兩根足夠長(zhǎng)的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上,兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),M、P兩點(diǎn)間接在阻值為R的電阻,一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上,并與導(dǎo)軌垂直,整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直于斜面
5、向下,導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略,讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑,導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好,不計(jì)它們之間的摩擦.,圖2,(1)由b向a方向看到的裝置如圖乙所示,請(qǐng)?jiān)诖藞D中畫出ab桿下滑過(guò)程中某時(shí)刻的受力示意圖;,解析如圖所示,ab桿受重力mg,豎直向下;支持力N,垂直于斜面向上;安培力F安,沿斜面向上.,答案見解析圖,(2)在加速下滑過(guò)程中,當(dāng)ab桿的速度大小為v時(shí),求此時(shí)ab桿中的電流及其加速度的大??;,解析當(dāng)ab桿速度大小為v時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBLv,此時(shí),根據(jù)牛頓第二定律,有,(3)求ab桿下滑過(guò)程中的最大速度.,解析,針對(duì)訓(xùn)練如圖3,水平面(紙面)內(nèi)間距為l的平行金屬導(dǎo)軌間接一電阻,質(zhì)量為m、長(zhǎng)
6、度為l的金屬桿置于導(dǎo)軌上,t0時(shí),金屬桿在水平向右、大小為F的恒定拉力作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng),t0時(shí)刻,金屬桿進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,且在磁場(chǎng)中恰好能保持勻速運(yùn)動(dòng)。桿與導(dǎo)軌的電阻均忽略不計(jì),兩者始終保持垂直且接觸良好,兩者之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。重力加速度大小為g。求,二、電磁感應(yīng)中的能量問題 1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量守恒 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的“阻礙”是能量守恒的具體體現(xiàn),在這種“阻礙”的過(guò)程中,其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.,2.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化方式 外力克服安培力做功,把機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能;感應(yīng)電流通過(guò)電路做功又把電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能.若電路是純電阻
7、電路,轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的電能將全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能(焦耳熱).,3.分析求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量問題的一般思路 (1)分析回路,分清電源和外電路. (2)分析清楚有哪些力做功,明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化.如: 有摩擦力做功,必有內(nèi)能產(chǎn)生; 有重力做功,重力勢(shì)能必然發(fā)生變化;,克服安培力做功,必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,并且克服安培力做多少功,就產(chǎn)生多少電能;如果是安培力做正功,就是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能. (3)列有關(guān)能量的關(guān)系式.,4.電磁感應(yīng)中焦耳熱的計(jì)算技巧 (1)電流恒定時(shí),根據(jù)焦耳定律求解,即QI2Rt. (2)感應(yīng)電流變化,可用以下方法分析: 利用動(dòng)能定理求出克服安培力做的功,產(chǎn)生的焦
8、耳熱等于克服安培力做的功,即QW安. 利用能量守恒,即感應(yīng)電流產(chǎn)生的焦耳熱等于其他形式能量的減少,即QE其他.,例3如圖4所示,兩根電阻不計(jì)的光滑平行金屬導(dǎo)軌傾角為,導(dǎo)軌下端接有電阻R,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直斜面向上.質(zhì)量為m、電阻不計(jì)的金屬棒ab在沿斜面與棒垂直的恒力F作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑,上升高度為h,在這個(gè)過(guò)程中(),圖4,A.金屬棒所受各力的合力所做的功等于零 B.金屬棒所受各力的合力所做的功等于mgh和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱之和 C.恒力F與重力的合力所做的功等于棒克服安培力所做的功與電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱之和 D.恒力F與重力的合力所做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱,解析棒勻速上升的過(guò)程有三個(gè)力做
9、功:恒力F做正功,重力G、安培力F安做負(fù)功.根據(jù)動(dòng)能定理:WWFWGW安0,故A對(duì),B錯(cuò); 恒力F與重力G的合力所做的功等于導(dǎo)體克服安培力做的功.而導(dǎo)體克服安培力做的功等于回路中電能(最終轉(zhuǎn)化為焦耳熱)的增加量,克服安培力做功與焦耳熱不能重復(fù)考慮,故C錯(cuò),D對(duì). 答案AD,例4如圖5所示,足夠長(zhǎng)的光滑金屬框豎直放置,框 寬L0.5 m,框的電阻不計(jì),勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B1 T,方向與框面垂直(圖中未畫出),金屬棒MN的 質(zhì)量為100 g,電阻為1 ,現(xiàn)讓MN無(wú)初速度的釋放且 與框保持接觸良好并豎直下落,從釋放到達(dá)到最大速 度的過(guò)程中通過(guò)棒某一橫截面的電荷量為2 C,求此過(guò) 程回路中產(chǎn)生的電
10、能為多少?(空氣阻力不計(jì),g10 m/s2),圖5,解析金屬棒下落過(guò)程先做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng),加速度減小到零時(shí)速度達(dá)到最大,根據(jù)平衡條件得:,在下落過(guò)程中,金屬棒減小的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為它的動(dòng)能和電能E,由能量守恒定律得:,通過(guò)導(dǎo)體某一橫截面的電荷量為:,由解得:,答案3.2 J,電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題 1如圖6所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)存在于虛線框內(nèi),矩形線圈豎直下落如果線圈中受到的安培力總小于其重力,則它在1、2、3、4位置時(shí)的加速度關(guān)系為 () Aa1a2a3a4 Ba1a2a3a4 Ca1a3a2a4 Da1a3a2a4,2.如圖7所示,相距為L(zhǎng)的兩條足夠長(zhǎng)的光滑平 行金屬導(dǎo)軌與水平面的夾角為,
11、上端接有定 值電阻R,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面,磁感應(yīng) 強(qiáng)度為B.將質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒由靜止釋放,當(dāng) 速度達(dá)到v時(shí)開始勻速運(yùn)動(dòng),此時(shí)對(duì)導(dǎo)體棒施加一平行于導(dǎo)軌向下的拉力,并保持拉力的功率恒為P,導(dǎo)體棒最終以2v的速度勻速運(yùn)動(dòng).導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,不計(jì)導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻,重力加速度為g.下列選項(xiàng)正確的是(),圖7,答案AC,電磁感應(yīng)中的能量問題 3. 如圖8所示,兩根足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ平 行放置,導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為,導(dǎo)軌的下端接 有電阻.當(dāng)導(dǎo)軌所在空間沒有磁場(chǎng)時(shí),使導(dǎo)體棒ab以平 行導(dǎo)軌平面的初速度v0沖上導(dǎo)軌,ab上升的最大高度為H;當(dāng)導(dǎo)軌所在空間存在方向與導(dǎo)軌平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí),再次使ab以相同的初速度從同一位置沖上導(dǎo)軌,ab上升的最大高度為h,兩次運(yùn)動(dòng)中ab始終與兩導(dǎo)軌垂直且接觸良好,關(guān)于上述情景,下列說(shuō)法中正確的是(),圖8,A.比較兩次上升的最大高度,有Hh B.比較兩次上升的最大高度,有Hh C.無(wú)磁場(chǎng)時(shí),導(dǎo)軌下端的電阻中有電熱產(chǎn)生 D.有磁場(chǎng)時(shí),導(dǎo)軌下端的電阻中有電熱產(chǎn)生,解析沒有磁場(chǎng)時(shí),只有重力做功,機(jī)械能守恒,沒有電熱產(chǎn)生,C錯(cuò)誤; 有磁場(chǎng)時(shí),ab切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流,重力和安培力均做負(fù)功,機(jī)械能減小,有電熱產(chǎn)生,故ab上升的最大高度變小,A、B錯(cuò)誤,D正確. 答案D,