2015第3.3电磁感应中的动力学和能量问题.ppt

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1、热点三电磁感应中的力学和能量问题第3讲电磁感应综合问题(2)安培力的方向判断(3)牛顿第二定律及功能关系例1.水平放置于匀强磁场中的光滑导轨上，有一根长为L的导体棒ab，用恒力F作用在ab上，由静止开始运动，回路总电阻为R，试分析ab的运动情况，并求ab棒的最大速度。abBRF分析：ab在F作用下向右加速运动，切割磁感应线，产生感应电流，感应电流又受到磁场的作用力f，画出受力图：a=(F-f)/mvE=BLvI=E/Rf=BIL最后，当f=F时，a=0，速度达到最大，F=f=BIL=B2L2Vm/RVm=FR/B2L2Vm称为收尾速度.这类问题覆盖面广,题型也多种多样;但解决

2、这类问题的关键在于通过运动状态的分析来寻找过程中的临界状态,如速度、加速度取最大值或最小值的条件等.基本思路是:F=BIL临界状态v与a方向关系运动状态的分析a变化情况F=ma合外力运动导体所受的安培力感应电流确定电源（E，r）abBRF变化QBPCDA竖直倾斜例2.如图所示，竖直平面内的平行导轨，间距l=20cm，金属导体ab可以在导轨上无摩檫的向下滑动，金属导体ab的质量为0.2g，电阻为0.4Ω，导轨电阻不计，水平方向的匀强磁场的磁感应强度为0.1T，当金属导体ab从静止自由下落0.8s时，突然接通电键K。（设导轨足够长，g取10m/s2）求：（1）电键K接通前后，金属

3、导体ab的运动情况（2）金属导体ab棒的最大速度和最终速度的大小。KabVm=8m/sV终=2m/s若从金属导体ab从静止下落到接通电键K的时间间隔为t,ab棒以后的运动情况有几种可能？试用v-t图象描述。想一想：mgF（1）若安培力FG：则ab棒先做变减速运动，再做匀速直线运动（3）若安培力F=G：则ab棒始终做匀速直线运动KabmgF例3几种变化(4)拉力变化(3)导轨面变化（竖直或倾斜）(1)电路变化(2)磁场方向变化FFFBFQBPCDA竖直倾斜4.如图甲所示，一边长L＝2.5m、质量m＝0.5kg的正方

4、形金属线框，放在光滑绝缘的水平面上，整个装置放在方向竖直向上、磁感应强度B＝0.8T的匀强磁场中，金属线框的一边与磁场的边界MN重合．在水平力F作用下金属线框由静止开始向左运动，经过5s金属线框被拉出磁场，测得金属线框中的电流随时间变化的图象如图乙所示．(1)在金属线框被拉出的过程中，求通过线框截面的电荷量及线框的电阻．(2)写出水平力F随时间变化的表达式．(3)已知在这5s内力F做功1.92J，那么在此过程中，线框产生的焦耳热是多少？5.如图，PQ、MN为平行导轨，导轨平面倾角θ=37°，电容器的电容C=1.0×10-3F，原来不带电．垂直导轨平面的匀强磁场穿过整个导轨平面

5、．质量m=32g的金属棒AB从高h=1.44m处由静止滑下，它与轨道间的动摩擦因数μ=1/8，不计一切电阻，当棒AB滑离轨道时，电容器带电量Q=1.6×10-2c．(1)分析AB下滑的运动状态，求出表征此运动的特征量与其他有关量之间的关系式；(2)求出AB滑离轨道瞬间的速度.6．(多选)如图所示，两足够长平行金属导轨固定在水平面上，匀强磁场方向垂直导轨平面向下，金属棒ab、cd与导轨构成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动，两金属棒ab、cd的质量之比为2∶1.用一沿导轨方向的恒力F水平向右拉金属棒cd，经过足够长时间以后()A．金属棒ab、cd都做匀速运动B．金属棒ab上的电流方

6、向是由b向aC．金属棒cd所受安培力的大小等于2F/3D．两金属棒间距离保持不变“杆＋导轨”模型是电磁感应问题高考命题的“基本道具”，也是高考的热点，考查的知识点多，题目的综合性强，物理情景变化空间大，是我们复习中的难点．“杆＋导轨”模型又分为“单杆”型和“双杆”型(“单杆”型为重点)；导轨放置方式可分为水平、竖直和倾斜；杆的运动状态可分为匀速、匀变速、非匀变速运动等．二、电磁感应中的能量问题1．过程分析(1)电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质上是能量的转化过程．(2)电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用，因此，要维持感应电流的存在，必须有“外力”克服

7、安培力做功，将其他形式的能转化为电能．“外力”克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能．(3)当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能．安培力做功的过程，或通过电阻发热的过程，是电能转化为其他形式能的过程．安培力做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能．2．求解思路(1)若回路中电流恒定，可以利用电路结构及W＝UIt或Q＝I2Rt直接进行计算．(2)若电流变化，则：①利用安培力做的功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功；②利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则机