高三物理《電學(xué)》專題復(fù)習(xí)課件 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)與能量

高考物理《電學(xué)》專題復(fù)習(xí)系列課件《電磁感應(yīng)中的

動(dòng)力學(xué)與能量》電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)與能量專題要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)課前熱身能力·思維·方法要點(diǎn)·疑點(diǎn)·考點(diǎn)解決力學(xué)問(wèn)題的途徑是三條：1.牛頓定律；2.動(dòng)量；3.能量.本章內(nèi)容與力學(xué)聯(lián)系較為廣泛，基本上也利用以上三條途徑分析處理.包括平衡問(wèn)題、勻變速問(wèn)題、圓周運(yùn)動(dòng)、動(dòng)態(tài)分析、功和能及系統(tǒng)問(wèn)題.尤其是本章內(nèi)容是電磁感應(yīng)，而從能量方面來(lái)看，以其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程來(lái)解決問(wèn)題比較容易.

再次闡述一下從動(dòng)力學(xué)、能量方面著手處理問(wèn)題的大體思路：對(duì)于單一物體適用牛頓定律、動(dòng)量定理、動(dòng)能定理、能的轉(zhuǎn)化和守恒；對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)適用的有動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒、功能關(guān)系等.課前熱身

1.如圖12-6-1所示，AB、CD是兩根足夠長(zhǎng)的固定平行金屬導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌間的距離為l，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角是θ，在整個(gè)導(dǎo)軌平面內(nèi)都有垂直于導(dǎo)軌平面斜向上方的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在導(dǎo)軌的A、C端連接一個(gè)阻值為R的電阻.課前熱身一根垂直于導(dǎo)軌放置的金屬棒ab，質(zhì)量為m，從靜止開始沿導(dǎo)軌下滑，求ab棒的最大速度.(已知?jiǎng)幽Σ烈驍?shù)為μ，導(dǎo)體和金屬棒的電阻不計(jì))課前熱身【答案】vm=mg(sinθ-μCosθ)R/B2I2課前熱身

2.電阻為R的矩形導(dǎo)線框abcd，邊長(zhǎng)ab=1，ad=h，質(zhì)量為m，自某一高度自由落下，通過(guò)一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度為h，如圖12-6-2所示，若線框恰好以恒定速度通過(guò)磁場(chǎng)，線框內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)能是2mgh.課前熱身

3.兩個(gè)小車A和B置于光滑水平面同一直線上，且相距一段距離.在A上固定有閉合的螺線管，車B上固定有一條形磁鐵，且條形磁鐵的軸線與螺線管在同一直線上，如圖12-6-3所示.車A的總質(zhì)量為M1=1.0kg,車B的總質(zhì)量M2=2.0kg，若車A以v0=6m/s的速度向原來(lái)靜止的車B運(yùn)動(dòng)，求螺線管內(nèi)因電磁感應(yīng)產(chǎn)生的熱量有多少焦?課前熱身【答案】12J課前熱身

4.如圖12-6-4，讓一線圈由位置1通過(guò)一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域到達(dá)位置2，下列說(shuō)法正確的是(AD)課前熱身

A.線圈進(jìn)入或離開磁場(chǎng)時(shí)，線圈中有感應(yīng)電流，且速度越大，感應(yīng)電流越大

B.整個(gè)線圈在磁場(chǎng)中做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈中有穩(wěn)定的感應(yīng)電流

C.整個(gè)線圈在磁場(chǎng)中做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈中有逐漸增大的感應(yīng)電流

D.整個(gè)線圈在磁場(chǎng)中不論做什么運(yùn)動(dòng)，都沒有感應(yīng)電流，但有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)課前熱身變化：1給線圈施加一適當(dāng)?shù)耐饬?，可使線圈以速度v從位置1勻速運(yùn)動(dòng)到位置2，則關(guān)于力F的做功情況，下列判斷正確的是(AD)A.只有當(dāng)線圈進(jìn)入或離開磁場(chǎng)時(shí)，才會(huì)有外力做功.B.由P=Fv可知，力F做功功率與速度v成正比.C.由W=2FL可知，力F做功與速度v無(wú)關(guān).D.v越大，力F做功越多.

變化：2.若給線圈施加恒定的外力，使線圈由靜止開始從位置1運(yùn)動(dòng)到位置2，試大致畫出線圈中感應(yīng)電流的大小隨位移變化的圖線.課前熱身

5.如圖12-6-5所示，導(dǎo)線MN可無(wú)摩擦地沿豎直的長(zhǎng)直導(dǎo)軌滑動(dòng)，且與導(dǎo)軌接觸良好導(dǎo)軌位于水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，回路電阻是R，將MN由靜止開始釋放后的一段時(shí)間內(nèi)，MN運(yùn)動(dòng)的加速度可能是(B)A.保持不變

B.逐漸減少

C.逐漸增大

D.先增大后減小能力·思維·方法

【例1】如圖12-6-6所示，用鋁板制成的“U”型框，將一質(zhì)量為m的帶電小球，用絕緣線懸掛在框的上方，讓整體在垂直于水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，向左以速度v勻速運(yùn)動(dòng)，懸掛拉力為T，則(A)A.懸線豎直，T=mgB.速度選擇合適的大小，可使T=0C.懸線豎直，T＜mgD.條件不足，無(wú)法確定能力·思維·方法

【解析】此題側(cè)重于受力分析.當(dāng)框向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，框的右邊做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其大小E=BLv(L為框的右邊豎直長(zhǎng)度).且此時(shí)電勢(shì)是下板高、上板低，在兩個(gè)平行板間形成一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向上，電場(chǎng)強(qiáng)度E=E/L=Bv.且小球?qū)⑹艿诫妶?chǎng)力和洛倫茲力共同作用，無(wú)論小球帶何種電荷，電場(chǎng)力和洛倫茲力一定反向.洛倫茲力大小f=Bqv則與電場(chǎng)力F=Eq=Bqv是一對(duì)平衡力，所以懸線豎直，T=mg，故A正確.能力·思維·方法【例2】如圖12-6-7中圖甲所示，一對(duì)平行光滑軌道放置在水平面上，兩軌道間距l(xiāng)=0.2m，電阻R=1.0Ω·；有一導(dǎo)體桿靜止地放在軌道上，與兩軌道垂直，桿及軌道的電阻皆可忽略不計(jì)，整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直軌道面向下.現(xiàn)有一外力F沿軌道方向拉桿，使之做勻加速運(yùn)動(dòng)，測(cè)得力F與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示，求桿的質(zhì)量m和加速度a?能力·思維·方法【解析】此題為牛頓定律應(yīng)用題.

導(dǎo)體桿在軌道上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，用v表示其速度，t表示時(shí)間，則有：v=at，桿切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E=Blv，在閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流I=E/R，桿受到的安培阻力f=BIl，根據(jù)牛頓第二定律有：F-f=ma，聯(lián)立各式可得F=ma+B2l2at/R；則在圖乙上任取兩點(diǎn)代入求解：a=10m/s2，m=0.1kg.能力·思維·方法

【例3】如圖12-6-8所示，a、b為在同一水平面內(nèi)的兩條相互平行的很長(zhǎng)的直金屬導(dǎo)軌，在其上置有兩根可以在導(dǎo)軌上做無(wú)摩擦滑動(dòng)的相互平行的金屬棒c、d，a、b相互垂直，c、d的質(zhì)量均為0.1kg，且電阻相等.圖12-6-8能力·思維·方法棒與導(dǎo)軌接觸很好，其他電阻均不計(jì)，導(dǎo)軌間存在著方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng).今在極短時(shí)間內(nèi)對(duì)d施以水平向右的沖擊，其沖量為1N·s；(1)試分析此后c與d的運(yùn)動(dòng)情況；(2)試求棒c的最大速度；(3)試求棒d總的發(fā)熱量.能力·思維·方法

【解析】：c、d兩棒與導(dǎo)軌組成的閉合回路中由于磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流，c、d兩棒受到安培力的作用，且等大反向，由于合外力為0，動(dòng)量守恒，相當(dāng)于是完全非彈性碰撞.(1)棒d受到的沖量后動(dòng)量為p=m1v1，d將做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，回路中有感應(yīng)電流而使c、d兩棒受到安培力作用，d棒做減速運(yùn)動(dòng)，c棒做加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)c、d兩棒速度相等時(shí)，回路中的感應(yīng)電流為0，此后均做勻速直線運(yùn)動(dòng).能力·思維·方法

(2)當(dāng)兩棒速度相等時(shí)，c棒具有最大速度，d棒具有最小速度，根據(jù)動(dòng)量守恒有：m1v1=(m1+m2)v，所以v=m1v1/(m1+m2)=5m/s.(3)兩棒做變速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，類似于碰撞，兩者組成的系統(tǒng)損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，且內(nèi)能在兩者上均是由電阻發(fā)熱而產(chǎn)生，因電阻相同，所以d的發(fā)熱量為總熱量的一半：Qd=（1/2）(p2/2m1-p2/2(m1+m2))=1.25J.能力·思維·方法

【例4】如圖12-6-9所示，abcd是一閉合的小金屬線框，用一根絕緣的細(xì)桿掛在固定點(diǎn)O，使金屬線框在豎直平面內(nèi)來(lái)回?cái)[動(dòng)的過(guò)程穿過(guò)水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁感線方向跟線框平面垂直，若懸點(diǎn)摩擦和空氣阻力不計(jì)，則(AC)能力·思維·方法

A.線框進(jìn)入或離開磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，都產(chǎn)生感應(yīng)電流，而且電流的方向相反

B.線框進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域后，越靠近OO′線時(shí)速度越大，因而產(chǎn)生的感應(yīng)電流也越大

C.線框開始擺動(dòng)后，擺角會(huì)越來(lái)越小，擺角小到某一值后將不再減小

D.線框擺動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械能完全轉(zhuǎn)化為線框電路中的電能能力·思維·方法

【解析】線框在進(jìn)入和離開磁場(chǎng)的過(guò)程中磁通量才會(huì)變化，也可以看做其部分在切割磁感線，因此有感應(yīng)電流，且由楞次定律或右手定則可確定進(jìn)入和離開磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流方向是相反的，故A項(xiàng)正確；當(dāng)線圈整體都進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，磁通量就保持不變了，此段過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，故B錯(cuò)誤，但提醒一下的是此時(shí)還是有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的(如果是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則又另當(dāng)別論了)；