2012届高考一轮复习课件：9.4电磁感应中的能量与动力学问题

《2012届高考一轮复习课件：9.4电磁感应中的能量与动力学问题》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讲电磁感应中的能量与动力学问题1．电磁感应与动力学问题综合感应电流在磁场中受到安培力的作用，因此电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起．解决这类问题需要综合应用电磁感应规律(法拉第电磁感应定律)及力学中的有关规律(牛顿运动定律、动量守恒定律、动量定理、动能定理等)，分析时要特别注意a＝0、速度v达最大值的特点．2．电磁感应与能量的综合电磁感应现象实质是能量转化与守恒．电磁感应过程中导体(或线圈)克服安培力做功，其他形式的能量转化为电能.当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能量．“外力

2、”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．同理，安培力做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能．1.电磁感应中的力学问题问题：面对导体棒在磁场中做切割磁感线运动时，依据怎样的程序进行处理更容易“走路”？解答：电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用，从而影响导体棒的受力情况和运动情况．这类问题的分析思路如下：例1：如图9－4－1所示，MN、PQ为间距L＝0.5m足够长的平行导轨，NQ⊥MN.导轨平面与水平面间的夹角θ＝37°，NQ间连接有一个R＝5Ω的电阻．有一匀强磁场

3、垂直于导轨平面，磁感应强度为B0＝1T.将一根质量为m＝0.04kg的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上，且与导轨接触良好，导轨与金属棒的电阻均不计．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NQ平行．已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ＝0.5，当金属棒滑行至cd处时已经达到稳定速度，已知cd距离NQ为s.试解答以下问题：(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)(1)请定性说明金属棒在达到稳定速度前的加速度和速度各如何变化？(2)当金属棒滑行至cd处时回路中的电流多大？(3)金属棒达到

4、的稳定速度是多大？(4)若将金属棒滑行至cd处的时刻记作t＝0，从此时刻起，让磁感应强度逐渐减小，可使金属棒中不产生感应电流，则磁感应强度B应怎样随时间t变化(写出B与t的关系式)?图9－4－1点评：分析综合问题时，可把问题分解成两部分——电学部分与力学部分来处理．力学部分思路：分析通电导体的受力情况及力的效果，并根据牛顿定律、能量守恒等规律理顺力学量间的关系．分析稳定状态或是某一瞬间的情况，往往要用力和运动的观点去处理．注意稳定状态的特点是受力平衡或者系统加速度恒定，稳定状态部分(或全部)物理

5、量不会进一步发生改变．非稳态时的物理量，往往都处于动态变化之中，瞬时性是其最大特点．而“电磁感应”及“磁场对电流的作用”是联系电、力两部分的桥梁和纽带，因此，要紧抓这两点来建立起相应的等式关系．警示：正确解答导体棒相关量(速度、加速度、功率等)最大、最小等极值问题的关键是从力电角度分析导体棒的运动过程．2.电磁感应中的功能问题问题：电磁感应中的功能问题是江苏高考考查的重点和热点，通常以计算形式出现，面对大分值的计算题，应对的思路是怎样的？解答：分析问题时，应当牢牢抓住能量守恒这一基本规律，分析清

6、楚有哪些力做功，就可知道有哪些形式的能量参与了相互转化，如有滑动摩擦力做功，必然有内能出现；重力做功，就可能有机械能参与转化；安培力做负功就将其他形式能转化为电能，做正功将电能转化为其他形式的能；然后利用能量守恒列出方程求解．例2：如图9－4－2所示，abcd为静止于水平面上宽度为L而长度很长的U形金属滑轨，bc边接有电阻R，其他部分电阻不计．ef为一可在滑轨平面上滑动、质量为m的均匀金属棒．今金属棒以一水平细绳跨过定滑轮，连接一质量为M的重物．一匀强磁场B垂直滑轨面．重物从静止开始下落，不考虑

7、滑轮的质量，且金属棒在运动中均保持与bc边平行．忽略所有摩擦力．则：(1)当金属棒做匀速运动时，其速率是多少？(忽略bc边对金属棒的作用力)．(2)若重物从静止开始至匀速运动时下落的总高度为h，求这一过程中电阻R上产生的热量．图9－4－2解析：视重物M与金属棒m为一系统，使系统运动状态改变的力只有重物受到的重力与金属棒受到的安培力．由于系统在开始一段时间里处于加速运动状态，由此产生的安培力是变化的，安培力做功属于变力做功．系统的运动情况分析可以用如下简图表示：点评：从求焦耳热的过程可知，此题虽属

8、变化的安培力做功问题，但我们不必追究变力、变电流做功的具体细节，只需弄清能量的转化途径，用能量的转化与守恒定律就可求解．在分析电磁感应中的能量转换问题时常会遇到的一个问题是求回路中的焦耳热，对于这个问题的分析常有三种思路：①若感应电流是恒定的，一般利用定义式Q＝I2Rt求解．②若感应电流是变化的，由能的转化与守恒定律求焦耳热(不能取电流的平均值由Q＝I2Rt求解)．③既能用公式Q＝I2Rt求解，又能用能的转化与守恒定律求解的，则可优先用能的转化与守恒定律求解．警示：对于电磁感应现象中的功能关系，