【講與練】高中物理人教版(2019)選擇性必修2：2.2 法拉第電磁感應(yīng)定律第3課時(shí)電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)及能量問題課件

第二章電磁感應(yīng)2．法拉第電磁感應(yīng)定律第3課時(shí)電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)及能量問題課內(nèi)互動(dòng)探究課堂達(dá)標(biāo)檢測課內(nèi)互動(dòng)探究題型一電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題1．導(dǎo)體中的感應(yīng)電流在磁場中將受到安培力作用，所以電磁感應(yīng)問題往往與力學(xué)問題聯(lián)系在一起，處理此類問題的基本方法：(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向。(2)用閉合電路的歐姆定律求回路中的電流大小。(3)分析研究導(dǎo)體受力情況(包括安培力)。(4)列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解。兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的處理思路：(1)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)后，導(dǎo)體勻速運(yùn)動(dòng)，受力平衡，應(yīng)根據(jù)平衡條件——合外力為零，列式分析平衡態(tài)。(2)導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之前，往往做變加速運(yùn)動(dòng)，處于非平衡態(tài)，應(yīng)根據(jù)牛頓第二定律或結(jié)合功能關(guān)系分析非平衡態(tài)。典|例|剖|析

(2022·四川省綿陽高二月考)如圖所示，足夠長的平行光滑U形導(dǎo)軌傾斜放置，所在平面傾角θ＝37°，導(dǎo)軌間的距離L＝1.0m，下端連接R＝1.6Ω的電阻，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，所在空間均存在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1.0T，方向垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場。質(zhì)量m＝0.5kg、電阻r＝0.4Ω的金屬棒ab垂直置于導(dǎo)軌上，現(xiàn)用沿軌道平面且垂直于金屬棒、大小F＝5.0N的恒力使金屬棒ab從靜止起沿導(dǎo)軌向上滑行，金屬棒滑行一段距離后速度保持不變。求：(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2)典例1(1)金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小v；(2)當(dāng)金屬棒沿導(dǎo)軌向上滑行的速度v′＝2m/s時(shí)，其加速度的大小a。答案：(1)4m/s

(2)2m/s2電磁感應(yīng)中力學(xué)問題的解題技巧(1)受力分析時(shí)，要把立體圖轉(zhuǎn)換為平面圖，同時(shí)標(biāo)明電流方向及磁場B的方向，以便準(zhǔn)確地畫出安培力的方向。(2)要特別注意安培力的大小和方向都有可能變化，不像重力或其他力一樣是恒力。(3)根據(jù)牛頓第二定律分析a的變化情況，以求出穩(wěn)定狀態(tài)的速度。(4)列出穩(wěn)定狀態(tài)下的受力平衡方程往往是解題的突破口。(多選)如圖所示，先后以速度v0和2v0把同一正方形閉合線圈勻速拉入有界勻強(qiáng)磁場區(qū)域的過程中，則在前后兩種情況下(

)A．線圈中的感應(yīng)電流之比為I1∶I2＝2∶1B．線圈所受安培力之比為F1∶F2＝1∶4C．線圈所受安培力之比為F1∶F2＝1∶2D．通過線圈橫截面電荷量之比為q1∶q2＝1∶1對點(diǎn)訓(xùn)練?CD題型二電磁感應(yīng)中的能量問題1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量守恒電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的“阻礙”是能量守恒的具體體現(xiàn)，在這種“阻礙”的過程中，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。3．求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量問題的一般思路(1)確定回路，分清電源和外電路。(2)分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化。如：①有滑動(dòng)摩擦力做功，必有內(nèi)能產(chǎn)生；②有重力做功，重力勢能必然發(fā)生變化；③克服安培力做功，必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，并且克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能，如果安培力做正功，就是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。(3)列有關(guān)能量的關(guān)系式。典|例|剖|析

(2022·廣東高二階段練習(xí))如圖所示，水平面上有兩根相距0.5m的足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ，它們的電阻可忽略不計(jì)，在M和P之間接有阻值為R＝2.5Ω的定值電阻，導(dǎo)體棒ab長L＝0.5m，其電阻為r＝0.5Ω，質(zhì)量m＝1kg，導(dǎo)體棒放在金屬導(dǎo)軌上且與導(dǎo)軌接觸良好。整個(gè)裝置處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝0.6T。在水平外力的作用下，導(dǎo)體棒以v＝10m/s的速度向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，g取10m/s2。求：典例2(1)導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢多大？并指出哪端電勢高；(2)水平外力的大?。?3)某時(shí)刻將外力撤去，求從該時(shí)刻至導(dǎo)體棒停止的過程中，導(dǎo)體棒ab中產(chǎn)生的熱量Q。解析：(1)由法拉第電磁感應(yīng)定律得E＝BLv＝0.6×0.5×10V＝3V根據(jù)右手定則可判斷出，a端電勢高。電磁感應(yīng)中焦耳熱的計(jì)算技巧(1)電流恒定時(shí)，根據(jù)焦耳定律求解，即Q＝I2Rt。(2)感應(yīng)電流變化，可用以下方法分析：①利用動(dòng)能定理，求出克服安培力做的功，產(chǎn)生的焦耳熱等于克服安培力做的功，即Q＝W安。②利用能量守恒，即感應(yīng)電流產(chǎn)生的焦耳熱等于其他形式能量的減少，即Q＝ΔE其他。(多選)如圖所示電路，兩根光滑金屬導(dǎo)軌平行放置在傾角為θ的斜面上，導(dǎo)軌下端接有電阻R，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，斜面處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，電阻可忽略不計(jì)的金屬棒ab質(zhì)量為m，受到沿斜面向上且與金屬棒垂直的恒力F的作用。金屬棒沿導(dǎo)軌勻速向上滑動(dòng)，則它在上滑高度h的過程中，以下說法正確的是(

)對點(diǎn)訓(xùn)練?ACDA．作用在金屬棒上各力的合力做功為零B．重力做的功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的電能C．金屬棒克服安培力做的功等于電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱D．恒力F做的功與安培力做的功之和等于金屬棒增加的機(jī)械能解析：因?yàn)榻饘侔魟蛩龠\(yùn)動(dòng)，所以動(dòng)能不變，根據(jù)動(dòng)能定理可得合力做功為零，A正確。根據(jù)動(dòng)能定理可得WF＋WG＋W安＝0，解得WF＋W安＝－WG，即克服重力做功等于外力與安培力做功之和，因?yàn)閯?dòng)能不變，所以恒力F做的功與安培力做的功之和等于金屬棒增加的機(jī)械能，D正確。根據(jù)功能關(guān)系可知金屬棒克服安培力做的功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的電能，電能轉(zhuǎn)化為電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱，B錯(cuò)，C正確。課堂達(dá)標(biāo)檢測1．(2022·山東高二期中)如圖所示，MN和PQ是兩根互相平行豎直放置的光滑金屬導(dǎo)軌，已知導(dǎo)軌足夠長，且電阻不計(jì)，ab是一根與導(dǎo)軌垂直且始終與導(dǎo)軌接觸良好的金屬桿，開始時(shí)，將開關(guān)S斷開，讓桿ab由靜止開始自由下落，過段時(shí)間后，再將S閉合，若從S閉合開始計(jì)時(shí)，則金屬桿ab的速度v隨時(shí)間t變化的圖像不可能是(

)B2．(多選)如圖所示，光滑平行金屬導(dǎo)軌間距d＝1m，豎直四分之一圓弧部分與水平部分平滑連接，圓弧半徑R＝1.8m，導(dǎo)軌右端接有阻值R0＝6Ω的定值電阻，導(dǎo)軌水平部分區(qū)域有垂直導(dǎo)軌向上的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝3T，磁場區(qū)域長L＝2m，導(dǎo)體棒ab從圓弧導(dǎo)軌頂部無初速度釋放，導(dǎo)體棒ab質(zhì)量m＝0.5kg，接入回路部分電阻r＝3Ω，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌始終接觸良好，不計(jì)其他電阻，重力加速度g取10m/s2，下列說法正確的是(

)BD3．(多選)如圖所示，水平面內(nèi)固定有兩根平行的光滑長直金屬導(dǎo)軌，間距為L，電阻不計(jì)。整個(gè)裝置處于兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向相反的豎直勻強(qiáng)磁場中，虛線為兩磁場的分界線。質(zhì)量均為m的兩根相同導(dǎo)體棒MN、PQ靜置于如圖所示的導(dǎo)軌上(兩棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好)?，F(xiàn)使MN棒獲得一個(gè)大小為v0，方向水平向左的初速度，則在此后的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中(

)AD4．如圖所示，光滑且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在豎直平面內(nèi)，兩導(dǎo)軌間的距離為L＝1m，導(dǎo)軌間連接的定值電阻R＝3Ω，導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m＝0.1kg的金屬桿ab，金屬桿始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)軌間金屬桿的電阻r＝1Ω，其余電阻不計(jì)，整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝1T