高考物理總復(fù)習(xí) 第9章 第4講 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)與能量問(wèn)題課件 新人教版.ppt

第九章電磁感應(yīng) 第四講電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)與能量問(wèn)題 2 安培力的方向 1 先用確定感應(yīng)電流方向 再用確定安培力方向 2 根據(jù)楞次定律 安培力方向一定和導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)方向 右手定則 左手定則 相反 1 兩種狀態(tài)及處理方法 2 力學(xué)對(duì)象和電學(xué)對(duì)象的相互關(guān)系 4 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)臨界問(wèn)題 1 解決這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵是通過(guò)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析 尋找過(guò)程中的臨界狀態(tài) 如速度 加速度求最大值或最小值的條件 2 兩種常見(jiàn)類(lèi)型 1 如圖所示 ab和cd是位于水平面內(nèi)的平行金屬軌道 軌道間距為l 其電阻可忽略不計(jì) ac之間連接一阻值為r的電阻 ef為一垂直于ab和cd的金屬桿 它與ab和cd接觸良好并可沿軌道方向無(wú)摩擦地滑動(dòng) 其電阻可忽略 整個(gè)裝置處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)方向垂直于圖中紙面向里 磁感應(yīng)強(qiáng)度為b 當(dāng)施外力使桿ef以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí) 桿ef所受的安培力為 知識(shí)點(diǎn)二電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題1 能量的轉(zhuǎn)化 感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受安培力 外力克服安培力 將其他形式的能轉(zhuǎn)化為 電流做功再將電能轉(zhuǎn)化為 2 實(shí)質(zhì) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的能量轉(zhuǎn)化 實(shí)質(zhì)是其他形式的能和之間的轉(zhuǎn)化 做功 電能 內(nèi)能 電能 1 能量轉(zhuǎn)化電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過(guò)程 實(shí)質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程 1 其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能電磁感應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中必定受到安培力的作用 因此 要維持感應(yīng)電流的存在 必須有 外力 克服安培力做功 此過(guò)程中 其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 外力 克服安培力做了多少功 就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 2 電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能當(dāng)感應(yīng)電流通過(guò)用電器時(shí) 電能又轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 安培力做功的過(guò)程 是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過(guò)程 安培力做了多少功 就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 綜上所述 安培力做功是電能和其他形式的能之間轉(zhuǎn)化的量度 2 電能求解的三種主要思路 1 利用克服安培力求解 電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功 2 利用能量守恒或功能關(guān)系求解 3 利用電路特征來(lái)求解 通過(guò)電路中所產(chǎn)生的電能來(lái)計(jì)算 2 如圖所示 固定在水平絕緣平面上足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌不計(jì)電阻 但表面粗糙 導(dǎo)軌左端連接一個(gè)電阻r 質(zhì)量為m的金屬棒 電阻也不計(jì) 放在導(dǎo)軌上 并與導(dǎo)軌垂直 整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直 用水平恒力f把a(bǔ)b棒從靜止起向右拉動(dòng)的過(guò)程中 a 恒力f做的功等于電路產(chǎn)生的電能b 恒力f和摩擦力的合力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能c 克服安培力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能d 恒力f和摩擦力的合力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能和棒獲得的動(dòng)能之和 解析 在此運(yùn)動(dòng)過(guò)程中做功的力有拉力 摩擦力和安培力 三力做功之和為棒ab動(dòng)能的增加量 其中安培力做功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 故選項(xiàng)c d是正確 答案 cd 2012 廣東高考 如圖所示 質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab 垂直放在相距為l的平行光滑金屬導(dǎo)軌上 導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為 并處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b 方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 左側(cè)是水平放置 間距為d的平行金屬板 r和rx分別表示定值電阻和滑動(dòng)變阻器的阻值 不計(jì)其他電阻 1 調(diào)節(jié)rx r 釋放導(dǎo)體棒 當(dāng)棒沿導(dǎo)軌勻速下滑時(shí) 求通過(guò)棒的電流i及棒的速率v 2 改變r(jià)x 待棒沿導(dǎo)軌再次勻速下滑后 將質(zhì)量為m 帶電荷量為 q的微粒水平射入金屬板間 若它能勻速通過(guò) 求此時(shí)的rx 變式訓(xùn)練 1 2011 海南高考 如圖 ab和cd是兩條豎直放置的長(zhǎng)直光滑金屬導(dǎo)軌 mn和m n 是兩根用細(xì)線連接的金屬桿 其質(zhì)量分別為m和2m 豎直向上的外力f作用在桿mn上 使兩桿水平靜止 并剛好與導(dǎo)軌接觸 兩桿的總電阻為r 導(dǎo)軌間距為l 整個(gè)裝置處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌所在平面垂直 導(dǎo)軌電阻可忽略 重力加速度為g 在t 0時(shí)刻將細(xì)線燒斷 保持f不變 金屬桿和導(dǎo)軌始終接觸良好 求 1 細(xì)線燒斷后 任意時(shí)刻兩桿運(yùn)動(dòng)的速度之比 2 兩桿分別達(dá)到的最大速度 解析 1 設(shè)任意時(shí)刻mn m n 桿的速度分別為v1 v2 細(xì)線燒斷前 f mg 2mg對(duì)mn桿在任意時(shí)刻 f mg f安 ma1對(duì)m n 桿在任意時(shí)刻 18分 2012 天津高考 如圖所示 一對(duì)光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi) 導(dǎo)軌間距l(xiāng) 0 5m 左端接有阻值r 0 3 的電阻 一質(zhì)量m 0 1kg 電阻r 0 1 的金屬棒mn放置在導(dǎo)軌上 整個(gè)裝置置于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度b 0 4t 棒在水平向右的外力作用下 由靜止開(kāi)始以a 2m s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng) 當(dāng)棒的位移x 9m時(shí)撤去外力 棒繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段距離后停下來(lái) 已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比q1 q2 2 1 導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì) 棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸 求 1 棒在勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 通過(guò)電阻r的電荷量q 2 撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱q2 3 外力做的功wf 3 由題意知 撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比q1 q2 2 1 可得q1 3 6j 2分 在棒運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中 由功能關(guān)系可知wf q1 q2 2分 由 式得wf 5 4j 1分 答案 1 4 5c 2 1 8j 3 5 4j 電磁感應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題用能量轉(zhuǎn)化觀點(diǎn)研究電磁感應(yīng)問(wèn)題常是導(dǎo)體的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng) 勻速直線運(yùn)動(dòng)或勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 對(duì)應(yīng)的受力特點(diǎn)是合外力為零 能量轉(zhuǎn)化過(guò)程常常是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 解決這類(lèi)問(wèn)題的基本步驟是 1 用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定電動(dòng)勢(shì)的大小和方向 2 畫(huà)出等效電路 求出回路中電阻消耗電功率的表達(dá)式 3 分析導(dǎo)體機(jī)械能的變化 用能量守恒關(guān)系得到機(jī)械能的改變與回路中電能的改變所滿(mǎn)足的方程 變式訓(xùn)練 2 如圖所示 質(zhì)量m1 0 1kg 電阻r1 0 3 長(zhǎng)度l 0 4m的導(dǎo)體棒ab橫放在u型金屬框架上 框架質(zhì)量m2 0 2kg 放在絕緣水平面上 與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 2 相距0 4m的mm nn 相互平行 電阻不計(jì)且足夠長(zhǎng) 電阻r2 0 1 的mn垂直于mm 整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁感應(yīng)強(qiáng)度b 0 5t 垂直于ab施加f 2n的水平恒力 ab從靜止開(kāi)始無(wú)摩擦地運(yùn)