《【2017年整理】电磁感应的动力学和能量问题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【2017年整理】电磁感应的动力学和能量问题（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、宜兴市铜峰中学高二物理备课组 第四章电磁感应宜兴市铜峰中学高二年级物理学科讲学稿电磁感应的动力学和能量问题主备：朱建荣 审核：朱建荣 【教学目标】1. 能熟练运用牛顿第二定律及运动和力的关系处理电磁感应的动力学问题。理解安培力做负功，即当外力克服安培力做功时，就有其他形式的能转化为电能。【教学过程】力学问题的方法：从运动和力的关系着手，运用牛顿第二定律（1）基本思路：受力分析运动分析变化趋向确定运动过程和最终的稳定状态由牛顿第二定律列方程求解（2）注意安培力的特点：（3）纯力学问题中只有重力、弹力、摩擦力，电磁感应中多一个安培力，安培力随速度变化，部分弹力及相应的摩擦力也随之而变，导致物体的运
2、动状态发生变化，在分析问题时要注意上述联系2.能量问题安培力做正功，电能转化为其他形式的能安培力做负功，即当外力克服安培力做功时，就有其他形式的能转化为电能。若为纯电阻电路则有： 安 或 安克 【例】如图所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距 1m，导轨平面与水平面成 =37角，下端连接阻值为 R 的电阻匀强磁场方向与导轨平面垂直，质量为 0.2kg、电阻不计的金属棒放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，它们之间的动摩擦因数为 0.25（1）求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小；（2）当金属棒下滑速度达到稳定时，电阻 R 消耗的功率为 8W，求该速度的大小；（3
3、）在上问中，若 R=2，金属棒中的电流方向由 a 到 b，求磁感应强度的大小与方向 （ g=10m/s2，sin37=0.6，c0s37=0.8）导体运动 v 感应电动势 E感应电流 I安培力 F 磁场对电流的作用电磁感应阻碍闭合电路 欧姆定律宜兴市铜峰中学高二物理备课组 第四章电磁感应训练：如图所示，两根足够长的直金属导轨 MN、 PQ 平行放置在倾角为 的绝缘斜面上，两导轨间距为 L0、 M、 P 两点间接有阻值为 R 的电阻。一根质量为 m 的均匀直金属杆 ab 放在两导轨上，并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略。让 a
4、b 杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦。（1）由 b 向 a 方向看到的装置如图所示，请在此图中画出 ab 杆下滑过程中某时刻的受力示意图；（2）在加速下滑过程中，当 ab 杆的速度大小为 v时，求此时 ab 杆中的电流及其加速度的大小；（3）求在下滑过程中， ab 杆可以达到的速度最大值。【例 2】如图，光滑平行的水平金属导轨 MN、PQ 相距 l，在 M 点和 P 点间接一个阻值为 R 的电阻，在两导轨间 OO1O1O矩形区域内有垂直导轨平面竖直向下、宽为 d 的匀强磁场，磁感强度为 B。一质量为 m，电阻为 r 的导体棒 ab，垂直搁在导轨上，与磁场左边界相
5、距 d0。现用一大小为 F、水平向右的恒力拉 ab 棒，使它由静止开始运动，棒 ab 在离开磁场前已经做匀速直线运动（棒 ab 与导轨始终保持良好的接触，导轨电阻不计） 。求：（1）棒 ab 在离开磁场右边界时的速度；（2）棒 ab 通过磁场区的过程中整个回路所消耗的电能；（3）试分析讨论 ab 棒在磁场中可能的运动情况。OFb OO1O1aRMPBNQl0 l宜兴市铜峰中学高二物理备课组 第四章电磁感应【例 3】 如图所示， U 形导线框固定在水平面上，右端放有质量为 m 的金属棒 ab， ab 与导轨间的动摩擦因数为 ，它们围成的矩形边长分别为L1、 L2，回路的总电阻为 R。从 t=0
6、时刻起，在竖直向上方向加一个随时间均匀变化的匀强磁场 B=kt， （ k0）那么在 t 为多大时，金属棒开始移动？【例 4】两根相距为 L 的足够长的金属直角导轨如图所示放置，它们各有一边在同一水平面内，另一边垂直于水平面质量均为 m 的金属细杆 ab、cd 与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与水平和竖直导轨之间有相同的动摩擦因数，导轨电阻不计，回路总电阻为 2R，整个装置处于磁感应强度大小为 B、方向竖直向上的匀强磁场中当 ab 杆在平行于水平导轨的拉力作用下沿导轨向右匀速运动时，cd 杆也正好以某一速度向下做匀速运动，设运动过程中金属细杆 ab、cd 与导轨接触良好，重力加速度为g，求：（1）
7、ab 杆匀速运动的速度 v1；（2）ab 杆所受拉力 F；（3）ab 杆以 v1 匀速运动时，cd 杆以 v2（v 2已知）匀速运动，则在 cd 杆向下运动 过程h中，整个回路中产生的焦耳热训练：.光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程是y=x2，下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是 y=a 的直线（图中虚线所示） ，一个小金属环从抛物线上 y=b（ya）处以速度 v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，金属环沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是（ ） Ra bm LbaBL1 L2宜兴市铜峰中学高二物理备课组 第四章电磁感应Amgb B Cmg(b a) D21mv 2
8、1()mgbav.如图所示，竖直放置的 U 形导轨宽为 L，上端串有电阻 R（其余导体部分的电阻都忽略不计） 。磁感应强度为 B 的匀强磁场方向垂直于纸面向外。金属棒 ab 的质量为 m，与导轨接触良好，不计摩擦。从静止释放后 ab 保持水平而下滑。试求 ab 下滑的最大速度 vm3如图所示，固定于绝缘水平面上的很长的平行金属导轨，表面粗糙，电阻不计导轨左端与一个电阻 R 连接，金属棒 ab 的质量为 m，电阻也不计整个装置放在垂直于导轨平面的匀强磁场中则当 ab 棒在水平恒力 F 作用下从静止起向右滑动的过程中（ ）A恒力 F 做的功等于电路中产生的电能B恒力 F 与摩擦力的合力做的功等于电
9、路中产生的电能C克服安培力做的功等于电路中产生的电能D恒力 F 与摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能与棒获得的动能之和4. 如图所示，水平的平行虚线间距为 d=50cm，其间有 B=1.0T 的匀强磁场。一个正方形线圈边长为 l=10cm，线圈质量 m=100g，电阻为 R=0.020。开始时，线圈的下边缘到磁场上边缘的距离为 h=80cm。将线圈由静止释放，其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时的速度相等。取 g=10m/s2，求：线圈进入磁场过程中产生的电热 Q。线圈下边缘穿越磁场过程中的最小速度 v。线圈下边缘穿越磁场过程中加速度的最小值 a。5如图，固定的水平光滑金属导轨，间距为 L，左
10、端接有阻值为 R 的电阻，处在方向竖直、磁感应强度为 B 的匀强磁场中，质量为 m 的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻可忽略初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有水平向右的初速度 v0.在沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触(1)求初始时刻导体棒受到的安培力(2)若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为 Ep，则这一过程中安培力所做的功 W1 和电阻 R 上产生的焦耳热ba FBRa bd c宜兴市铜峰中学高二物理备课组 第四章电磁感应Q1 分别为多少?(3)导体棒往复运动，最终将静止于何处?从导体棒开始运动直到最终静止的过程中，电阻 R 上产生的焦耳热 Q 为多少?【教、学后感】
