《四川省昭覺中學高考物理第一輪復習 第九章 電磁感應 第4節(jié) 電磁感應中的動力學和能量問題課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《四川省昭覺中學高考物理第一輪復習 第九章 電磁感應 第4節(jié) 電磁感應中的動力學和能量問題課件（41頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、根據(jù)牛頓第二定律進行動態(tài)分根據(jù)牛頓第二定律進行動態(tài)分析或結合功能關系進行分析析或結合功能關系進行分析加速度不為零加速度不為零非平衡態(tài)非平衡態(tài)根據(jù)平衡條件列式分析根據(jù)平衡條件列式分析加速度為零加速度為零平衡態(tài)平衡態(tài)處理方法處理方法特征特征狀態(tài)狀態(tài)2力學對象和電學對象的相互關系力學對象和電學對象的相互關系3動態(tài)分析的基本思路動態(tài)分析的基本思路解決這類問題的關鍵是通過運動狀態(tài)的分析，尋找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。具體思路如下：最小值的條件。具體思路如下：典例典例(2014天津高考天津高
2、考)如圖如圖941所示，兩根足夠長的平所示，兩根足夠長的平行金屬導軌固定在傾角行金屬導軌固定在傾角30的斜面上，導軌電阻不計，的斜面上，導軌電阻不計，間距間距L0.4 m。導軌所在空間被分成區(qū)域。導軌所在空間被分成區(qū)域和和，兩區(qū)域，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為的邊界與斜面的交線為MN，中的勻強磁場方向垂直斜中的勻強磁場方向垂直斜面向下，面向下，中的勻強磁場方向垂直斜面向上，兩磁場的磁中的勻強磁場方向垂直斜面向上，兩磁場的磁感應強度大小均為感應強度大小均為B0.5 T。在區(qū)域。在區(qū)域中，將質(zhì)量中，將質(zhì)量m10.1 kg，電阻，電阻R10.1 的金屬條的金屬條ab放在導軌上，放在導軌上，ab剛好剛好
3、不下滑。然后，在區(qū)域不下滑。然后，在區(qū)域中將質(zhì)量中將質(zhì)量m20.4 kg，電阻，電阻R20.1 的光滑導體棒的光滑導體棒cd置于導軌上，由靜止開始下滑。置于導軌上，由靜止開始下滑。cd在滑動過程中始終處于區(qū)域在滑動過程中始終處于區(qū)域的磁場中，的磁場中，ab、cd始終始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸，取與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸，取g10 m/s2。問：問：(1)cd下滑的過程中，下滑的過程中，ab中的電流方向；中的電流方向；(2)ab剛要向上滑動時，剛要向上滑動時，cd的速度的速度v多大；多大；(3)從從cd開始下滑到開始下滑到ab剛要向上滑動的過剛要向上滑動的過程中，程中，cd
4、滑動的距離滑動的距離x3.8 m，此過程，此過程中中ab上產(chǎn)生的熱量上產(chǎn)生的熱量Q是多少。是多少。思路思路點撥點撥(1)由由a流向流向b方法規(guī)律方法規(guī)律解決電磁感應中的動力學問題的一般思路是“先電后力”，具體思路如下：要點二要點二 電磁感應中的能量問題電磁感應中的能量問題1能量轉化及焦耳熱的求法能量轉化及焦耳熱的求法(1)能量轉化能量轉化(2)求解焦耳熱求解焦耳熱Q的三種方法的三種方法2電能求解的三種思路電能求解的三種思路(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；安培力所做的功；(2)利用能量守恒或功能關系求解；利用能
5、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。利用電路特征來求解：通過電路中所產(chǎn)生的電能來計算。3解題的一般步驟解題的一般步驟(1)確定研究對象確定研究對象(導體棒或回路導體棒或回路)；(2)弄清電磁感應過程中，哪些力做功，哪些形式的能量相弄清電磁感應過程中，哪些力做功，哪些形式的能量相互轉化；互轉化；(3)根據(jù)能量守恒定律列式求解。根據(jù)能量守恒定律列式求解。典例典例 (2014江蘇高考江蘇高考)如圖如圖945所示，在勻強磁場中有一傾所示，在勻強磁場中有一傾斜的平行金屬導軌，導軌間距為斜的平行金屬導軌，導軌間距為L，長為，長為3d，導軌平面與水，導軌平面與水平面
6、的夾角為平面的夾角為，在導軌的中部刷有一段長為，在導軌的中部刷有一段長為d的薄絕緣涂的薄絕緣涂層。勻強磁場的磁感應強度大小為層。勻強磁場的磁感應強度大小為B，方向與導軌平面垂直。，方向與導軌平面垂直。質(zhì)量為質(zhì)量為m的導體棒從導軌的頂端由靜止釋放，在滑上涂層之的導體棒從導軌的頂端由靜止釋放，在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運動，并一直勻速滑到導軌底端。導體棒始終前已經(jīng)做勻速運動，并一直勻速滑到導軌底端。導體棒始終與導軌垂直，且僅與涂層間有摩擦，接在兩導軌間的電阻為與導軌垂直，且僅與涂層間有摩擦，接在兩導軌間的電阻為R，其他部分的電阻均不計，重力加速度為，其他部分的電阻均不計，重力加速度為g。求：。求：(
7、1)導體棒與涂層間的動摩擦因數(shù)導體棒與涂層間的動摩擦因數(shù)；(2)導體棒勻速運動的速度大小導體棒勻速運動的速度大小v；(3)整個運動過程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱整個運動過程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q。思路點撥思路點撥(1)在絕緣涂層處，導體棒受哪些力作用？試畫出其在絕緣涂層處，導體棒受哪些力作用？試畫出其受力示意圖。受力示意圖。提示：導體棒受重力、支持力、摩擦力提示：導體棒受重力、支持力、摩擦力(2)在絕緣涂層以外的其他位置，試畫出導體棒的受在絕緣涂層以外的其他位置，試畫出導體棒的受力示意圖。力示意圖。(1)導體棒與涂層間的動摩擦因數(shù)導體棒與涂層間的動摩擦因數(shù)；解析解析 (1)在絕緣涂層上導體棒受力平衡
8、有在絕緣涂層上導體棒受力平衡有mgsin mgcos 解得解得tan (2)導體棒勻速運動的速度大小導體棒勻速運動的速度大小v；(3)整個運動過程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱整個運動過程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q。方法規(guī)律方法規(guī)律(1)若回路中電流恒定，可以利用電路結構及若回路中電流恒定，可以利用電路結構及WUIt或或QI2Rt直接進行計算。直接進行計算。(2)若電流變化，則：若電流變化，則：利用安培力做的功求解：電磁感利用安培力做的功求解：電磁感應中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功；應中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功；利用能量守利用能量守恒求解：若只有電能與機械能的轉化，則機械能的減少量恒求解：若只有
9、電能與機械能的轉化，則機械能的減少量等于產(chǎn)生的電能。等于產(chǎn)生的電能。時間時間t(s)00.10.20.30.40.50.60.7下滑距離下滑距離s(m)00.10.30.71.42.12.83.5模型一模型一(v00)示意圖示意圖單桿單桿ab以一定初速度以一定初速度v0在光滑水平在光滑水平軌道上滑動，質(zhì)量為軌道上滑動，質(zhì)量為m，電阻不計，電阻不計，兩導軌間距為兩導軌間距為L力學力學觀點觀點圖像圖像觀點觀點能量能量觀點觀點模型二模型二(v00)示意圖示意圖力學力學觀點觀點圖像圖像觀點觀點能量能量觀點觀點軌道水平光滑，單桿軌道水平光滑，單桿ab質(zhì)量為質(zhì)量為m，電阻不計，兩導軌間距為電阻不計，兩導軌
10、間距為L模型三(v00)軌道水平光滑，單桿軌道水平光滑，單桿ab質(zhì)量為質(zhì)量為m，電，電阻不計，兩導軌間距為阻不計，兩導軌間距為L，拉力，拉力F恒定恒定示意圖示意圖力學力學觀點觀點圖像圖像觀點觀點能量能量觀點觀點模型四模型四(v00)示意圖示意圖力學力學觀點觀點圖像圖像觀點觀點能量能量觀點觀點軌道水平光滑，單桿軌道水平光滑，單桿ab質(zhì)量為質(zhì)量為m，電阻不計，電阻不計，兩導軌間距為兩導軌間距為L，拉力，拉力F恒定恒定典例典例1 (2015泰安模擬泰安模擬)如圖如圖948所示，間距為所示，間距為L，電阻不，電阻不計的足夠長平行光滑金屬導軌水平放置，導軌左端用一阻計的足夠長平行光滑金屬導軌水平放置，導
11、軌左端用一阻值為值為R的電阻連接，導軌上橫跨一根質(zhì)量為的電阻連接，導軌上橫跨一根質(zhì)量為m，電阻也為，電阻也為R的金屬棒，金屬棒與導軌接觸良好。整個裝置處于豎直的金屬棒，金屬棒與導軌接觸良好。整個裝置處于豎直向上、磁感應強度為向上、磁感應強度為B的勻強磁場中?，F(xiàn)使金屬棒以初速的勻強磁場中?，F(xiàn)使金屬棒以初速度度v0沿導軌向右運動，若金屬棒在整個運動過程中通過的沿導軌向右運動，若金屬棒在整個運動過程中通過的電荷量為電荷量為q。下列說法正確的是。下列說法正確的是( ) 典例典例2 如圖如圖949所示，長平行導軌所示，長平行導軌PQ、MN光滑，相距光滑，相距l(xiāng)0.5 m，處在同一水平面中，磁感應強度，處
12、在同一水平面中，磁感應強度B0.8 T的勻強磁的勻強磁場豎直向下穿過導軌面。橫跨在導軌上的直導線場豎直向下穿過導軌面。橫跨在導軌上的直導線ab的質(zhì)量的質(zhì)量m0.1 kg、電阻、電阻R0.8 ，導軌電阻不計。導軌間通過開關，導軌電阻不計。導軌間通過開關S將電動勢將電動勢E1.5 V、內(nèi)電阻、內(nèi)電阻r0.2 的電池接在的電池接在M、P兩端，兩端，試計算分析：試計算分析：(1)導線導線ab的加速度的最大值和速度的最大值是多少？的加速度的最大值和速度的最大值是多少？(2)在閉合開關在閉合開關S后，怎樣才能使后，怎樣才能使ab以恒定的速度以恒定的速度v7.5 m/s 沿導軌向右運動？試描述這時電路中的能
13、量轉化情況沿導軌向右運動？試描述這時電路中的能量轉化情況(通過具通過具體的數(shù)據(jù)計算說明體的數(shù)據(jù)計算說明)。(1)導線導線AB的加速度的最大值和速度的最大值是多少？的加速度的最大值和速度的最大值是多少？(2)在閉合開關在閉合開關S后，怎樣才能使后，怎樣才能使AB以恒定的速度以恒定的速度V7.5 M/S 沿導軌向右運動？試描述這時電路中的能量轉化情況沿導軌向右運動？試描述這時電路中的能量轉化情況(通過通過具體的數(shù)據(jù)計算說明具體的數(shù)據(jù)計算說明)。典例典例3 (多選多選)(2015懷化檢測懷化檢測)如圖如圖9410，在水平桌面上，在水平桌面上放置兩條相距為放置兩條相距為l的平行光滑導軌的平行光滑導軌a
14、b與與cd，阻值為，阻值為R的電的電阻與導軌的阻與導軌的a、c端相連。質(zhì)量為端相連。質(zhì)量為m、電阻也為、電阻也為R的導體棒的導體棒垂直于導軌放置并可沿導軌自由滑動。整個裝置放于勻強垂直于導軌放置并可沿導軌自由滑動。整個裝置放于勻強磁場中，磁場的方向豎直向上，磁感應強度的大小為磁場中，磁場的方向豎直向上，磁感應強度的大小為B。導體棒的中點系一不可伸長的輕繩，繩繞過固定在桌邊的導體棒的中點系一不可伸長的輕繩，繩繞過固定在桌邊的光滑輕滑輪后，與一個質(zhì)量也為光滑輕滑輪后，與一個質(zhì)量也為m的物塊相連，繩處于拉的物塊相連，繩處于拉直狀態(tài)?，F(xiàn)若從靜止開始釋放物塊，用直狀態(tài)?，F(xiàn)若從靜止開始釋放物塊，用h表示物
15、塊下落的表示物塊下落的高度高度(物塊不會觸地物塊不會觸地)，g表示重力加速度，其他電阻不計，表示重力加速度，其他電阻不計，則則( ) 典例典例4 (2015常州檢測常州檢測)如圖如圖9411所示，水平面內(nèi)有所示，水平面內(nèi)有兩根足夠長的平行導軌兩根足夠長的平行導軌L1、L2，其間距，其間距d0.5 m，左端接，左端接有容量有容量C2 000 F的電容。質(zhì)量的電容。質(zhì)量m20 g的導體棒可在的導體棒可在導軌上無摩擦滑動，導體棒和導軌的電阻不計。整個空間導軌上無摩擦滑動，導體棒和導軌的電阻不計。整個空間存在著垂直導軌所在平面的勻強磁場，磁感應強度存在著垂直導軌所在平面的勻強磁場，磁感應強度B2 T。
16、現(xiàn)用一沿導軌方向向右的恒力現(xiàn)用一沿導軌方向向右的恒力F10.44 N作用于導體棒，作用于導體棒，使導體棒從靜止開始運動，經(jīng)使導體棒從靜止開始運動，經(jīng)t時間后到達時間后到達B處，速度處，速度v5 m/s。此時，突然將拉力方向變?yōu)檠貙к壪蜃螅笮∽優(yōu)椤４藭r，突然將拉力方向變?yōu)檠貙к壪蜃?，大小變?yōu)镕2，又經(jīng)，又經(jīng)2t時間后導體棒返回到初始位置時間后導體棒返回到初始位置A處，整個過程處，整個過程電容器未被擊穿。求電容器未被擊穿。求 (1)導體棒運動到導體棒運動到B處時，電容處時，電容C上的電量；上的電量； (2)t的大小；的大小； (3)F2的大小。的大小。(1)當導體棒運動到當導體棒運動到B處時，電容器兩端電壓為處時，電容器兩端電壓為UBdv20.55 V5 V此時電容器的帶電量此時電容器的帶電量qCU2 0001065 C1102 C
四川省昭覺中學高考物理第一輪復習 第九章 電磁感應 第4節(jié) 電磁感應中的動力學和能量問題課件
