高考物理總復習 第9章 第4講 電磁感應中的動力學與能量問題課件 新人教版.ppt

第九章電磁感應 第四講電磁感應中的動力學與能量問題 2 安培力的方向 1 先用確定感應電流方向 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體切割磁感線運動方向 右手定則 左手定則 相反 1 兩種狀態(tài)及處理方法 2 力學對象和電學對象的相互關系 4 電磁感應中的動力學臨界問題 1 解決這類問題的關鍵是通過運動狀態(tài)的分析 尋找過程中的臨界狀態(tài) 如速度 加速度求最大值或最小值的條件 2 兩種常見類型 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 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摩擦地滑動 其電阻可忽略 整個裝置處在勻強磁場中 磁場方向垂直于圖中紙面向里 磁感應強度為b 當施外力使桿ef以速度v向右勻速運動時 桿ef所受的安培力為 知識點二電磁感應中的能量問題1 能量的轉化 感應電流在磁場中受安培力 外力克服安培力 將其他形式的能轉化為 電流做功再將電能轉化為 2 實質 電磁感應現(xiàn)象的能量轉化 實質是其他形式的能和之間的轉化 做功 電能 內(nèi)能 電能 1 能量轉化電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生感應電流的過程 實質上是能量的轉化過程 1 其他形式的能轉化為電能電磁感應過程中產(chǎn)生的感應電流在磁場中必定受到安培力的作用 因此 要維持感應電流的存在 必須有 外力 克服安培力做功 此過程中 其他形式的能轉化為電能 外力 克服安培力做了多少功 就有多少其他形式的能轉化為電能 2 電能轉化為其他形式的能當感應電流通過用電器時 電能又轉化為其他形式的能量 安培力做功的過程 是電能轉化為其他形式能的過程 安培力做了多少功 就有多少電能轉化為其他形式的能 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系求解 3 利用電路特征來求解 通過電路中所產(chǎn)生的電能來計算 2 如圖所示 固定在水平絕緣平面上足夠長的金屬導軌不計電阻 但表面粗糙 導軌左端連接一個電阻r 質量為m的金屬棒 電阻也不計 放在導軌上 并與導軌垂直 整個裝置放在勻強磁場中 磁場方向與導軌平面垂直 用水平恒力f把ab棒從靜止起向右拉動的過程中 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能之和 解析 在此運動過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動能的增加量 其中安培力做功將機械能轉化為電能 故選項c d是正確 答案 cd 2012 廣東高考 如圖所示 質量為m的導體棒ab 垂直放在相距為l的平行光滑金屬導軌上 導軌平面與水平面的夾角為 并處于磁感應強度大小為b 方向垂直于導軌平面向上的勻強磁場中 左側是水平放置 間距為d的平行金屬板 r和rx分別表示定值電阻和滑動變阻器的阻值 不計其他電阻 1 調(diào)節(jié)rx r 釋放導體棒 當棒沿導軌勻速下滑時 求通過棒的電流i及棒的速率v 2 改變rx 待棒沿導軌再次勻速下滑后 將質量為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 求此時的rx 變式訓練 1 2011 海南高考 如圖 ab和cd是兩條豎直放置的長直光滑金屬導軌 mn和m n 是兩根用細線連接的金屬桿 其質量分別為m和2m 豎直向上的外力f作用在桿mn上 使兩桿水平靜止 并剛好與導軌接觸 兩桿的總電阻為r 導軌間距為l 整個裝置處在磁感應強度為b的勻強磁場中 磁場方向與導軌所在平面垂直 導軌電阻可忽略 重力加速度為g 在t 0時刻將細線燒斷 保持f不變 金屬桿和導軌始終接觸良好 求 1 細線燒斷后 任意時刻兩桿運動的速度之比 2 兩桿分別達到的最大速度 解析 1 設任意時刻mn m n 桿的速度分別為v1 v2 細線燒斷前 f mg 2mg對mn桿在任意時刻 f mg f安 ma1對m n 桿在任意時刻 18分 2012 天津高考 如圖所示 一對光滑的平行金屬導軌固定在同一水平面內(nèi) 導軌間距l(xiāng) 0 5m 左端接有阻值r 0 3 的電阻 一質量m 0 1kg 電阻r 0 1 的金屬棒mn放置在導軌上 整個裝置置于豎直向上的勻強磁場中 磁場的磁感應強度b 0 4t 棒在水平向右的外力作用下 由靜止開始以a 2m s2的加速度做勻加速運動 當棒的位移x 9m時撤去外力 棒繼續(xù)運動一段距離后停下來 已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比q1 q2 2 1 導軌足夠長且電阻不計 棒在運動過程中始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸 求 1 棒在勻加速運動過程中 通過電阻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 在棒運動的整個過程中 由功能關系可知wf q1 q2 2分 由 式得wf 5 4j 1分 答案 1 4 5c 2 1 8j 3 5 4j 電磁感應中能量轉化問題用能量轉化觀點研究電磁感應問題常是導體的穩(wěn)定運動 勻速直線運動或勻速轉動 對應的受力特點是合外力為零 能量轉化過程常常是機械能轉化為內(nèi)能 解決這類問題的基本步驟是 1 用法拉第電磁感應定律和楞次定律確定電動勢的大小和方向 2 畫出等效電路 求出回路中電阻消耗電功率的表達式 3 分析導體機械能的變化 用能量守恒關系得到機械能的改變與回路中電能的改變所滿足的方程 變式訓練 2 如圖所示 質量m1 0 1kg 電阻r1 0 3 長度l 0 4m的導體棒ab橫放在u型金屬框架上 框架質量m2 0 2kg 放在絕緣水平面上 與水平面間的動摩擦因數(shù) 0 2 相距0 4m的mm nn 相互平行 電阻不計且足夠長 電阻r2 0 1 的mn垂直于mm 整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中 磁感應強度b 0 5t 垂直于ab施加f 2n的水平恒力 ab從靜止開始無摩擦地運