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时间:2018-12-02
《高考物理一轮复习《电磁感应中的动力学和能量问题》教案沪科版》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第4课时 (小专题)电磁感应中的动力学和能量问题突破一 电磁感应中的动力学问题1.所用知识及规律(1)安培力的大小由感应电动势E=BLv,感应电流I=和安培力公式F=BIL得F=。(2)安培力的方向判断(3)牛顿第二定律及功能关系2.导体的两种运动状态(1)导体的平衡状态——静止状态或匀速直线运动状态。(2)导体的非平衡状态——加速度不为零。3.常见的解题流程如下 【典例1】 如图1所示,光滑斜面的倾角α=30°,在斜面上放置一矩形线框abcd,ab边的边长l1=1m,bc边的边长l2=0.6m,线框的质量m=1kg,电阻R=0.1Ω,线
2、框通过细线与重物相连,重物质量M=2kg,斜面上ef(ef∥gh)的右方有垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T,如果线框从静止开始运动,进入磁场的最初一段时间做匀速运动,ef和gh的距离s=11.4m,(取g=10m/s2),求:图1(1)线框进入磁场前重物的加速度;(2)线框进入磁场时匀速运动的速度v;(3)ab边由静止开始到运动到gh处所用的时间t;(4)ab边运动到gh处的速度大小及在线框由静止开始运动到gh处的整个过程中产生的焦耳热。第一步:抓关键点→获取信息第二步:抓过程分析→理清思路→→求焦耳热规范解答 (1)线框进入磁场前,仅受到细线的拉力T,斜面的
3、支持力和线框的重力,重物受到自身的重力和细线的拉力T′,对线框由牛顿第二定律得T-mgsinα=ma对重物由牛顿第二定律得Mg-T′=Ma又T=T′联立解得线框进入磁场前重物的加速度a==5m/s2。(2)因为线框进入磁场的最初一段时间做匀速运动,则重物受力平衡:Mg=T1线框abcd受力平衡:T1′=mgsinα+TF安又T1=T1′ab边进入磁场切割磁感线,产生的感应电动势E=Bl1v回路中的感应电流为I==ab边受到的安培力为F安=BIl1联立解得Mg=mgsinα+代入数据解得v=6m/s。(3)线框abcd进入磁场前,做匀加速直线运动;进磁场的过程中,做匀速直线运
4、动;进入磁场后到运动至gh处,仍做匀加速直线运动。进磁场前线框的加速度大小与重物的加速度大小相同,为a=5m/s2,该阶段的运动时间为t1==1.2s进入磁场过程中匀速运动的时间t2==0.1s线框完全进入磁场后的受力情况同进入磁场前的受力情况相同,所以该阶段的加速度仍为a=5m/s2由匀变速直线运动的规律得s-l2=vt3+at解得t3=1.2s因此ab边由静止开始到运动到gh处所用的时间t=t1+t2+t3=2.5s。(4)线框ab边运动到gh处的速度v′=v+at3=6m/s+5×1.2m/s=12m/s整个运动过程产生的焦耳热Q=F安l=(Mg-mgsinα)l2=
5、9J。答案 (1)5m/s2 (2)6m/s (3)2.5s (4)12m/s 9J【变式训练】1.如图2所示,MN、PQ为足够长的平行金属导轨,间距L=0.50m,导轨平面与水平面间夹角θ=37°,N、Q间连接一个电阻R=5.0Ω,匀强磁场垂直于导轨平面向上,磁感应强度B=1.0T。将一根质量为m=0.050kg的金属棒放在导轨的ab位置,金属棒及导轨的电阻不计。现由静止释放金属棒,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。已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.50,当金属棒滑行至cd处时,其速度大小开始保持不变,位置cd与ab之间的距离s=2.0m。已
6、知g=10m/s2,sin37°=0.60,cos37°=0.80。求:图2(1)金属棒沿导轨开始下滑时的加速度大小;(2)金属棒到达cd处的速度大小;(3)金属棒由位置ab运动到cd的过程中,电阻R产生的热量。解析 (1)设金属棒开始下滑时的加速度大小为a,则mgsinθ-μmgcosθ=ma解得a=2.0m/s2(2)设金属棒到达cd位置时速度大小为v、电流为I,金属棒受力平衡,有mgsinθ=BIL+μmgcosθI=解得v=2.0m/s(3)设金属棒从ab运动到cd的过程中,电阻R上产生的热量为Q,由能量守恒,有mgssinθ=mv2+μmgscosθ+Q解得Q=0
7、.10J答案 (1)2.0m/s2 (2)2.0m/s (3)0.10J突破二 电磁感应中的能量问题1.电磁感应中的能量转化2.求解焦耳热Q的三种方法3.解电磁感应现象中的能量问题的一般步骤(1)在电磁感应中,切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势,该导体或回路就相当于电源。(2)分析清楚有哪些力做功,就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化。(3)根据能量守恒列方程求解。【典例2】 (·天津卷,11)如图3所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ=30°的斜面上,导轨电阻不计,间距L=0.4m。
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