《四川省昭覺中學(xué)高考物理第一輪復(fù)習(xí) 第九章 電磁感應(yīng) 第4節(jié) 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《四川省昭覺中學(xué)高考物理第一輪復(fù)習(xí) 第九章 電磁感應(yīng) 第4節(jié) 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)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(jié)合功能關(guān)系進行分析析或結(jié)合功能關(guān)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(xué)對象和電學(xué)對象的相互關(guān)系力學(xué)對象和電學(xué)對象的相互關(guān)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(guān)鍵是通過運動狀態(tài)的分析，尋找解決這類問題的關(guān)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(dǎo)軌固定在傾角行金屬導(dǎo)軌固定在傾角30的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計，的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計，間距間距L0.4 m。導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域。導(dǎo)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(yīng)強度大小均為感應(yīng)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(dǎo)軌上，放在導(dǎo)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(dǎo)體棒的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上，由靜止開始下滑。置于導(dǎo)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(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸，取與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)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(yīng)中的動力學(xué)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(yīng)中的能量問題電磁感應(yīng)中的能量問題1能量轉(zhuǎn)化及焦耳熱的求法能量轉(zhuǎn)化及焦耳熱的求法(1)能量轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)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(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服利用克服安培力求解：電磁感應(yīng)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(guān)系求解；利用能
5、量守恒或功能關(guān)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(dǎo)體棒或回路導(dǎo)體棒或回路)；(2)弄清電磁感應(yīng)過程中，哪些力做功，哪些形式的能量相弄清電磁感應(yīng)過程中，哪些力做功，哪些形式的能量相互轉(zhuǎn)化；互轉(zhuǎn)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(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為斜的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為L，長為，長為3d，導(dǎo)軌平面與水，導(dǎo)軌平面與水平面
6、的夾角為平面的夾角為，在導(dǎo)軌的中部刷有一段長為，在導(dǎo)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(yīng)強度大小為層。勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，方向與導(dǎo)軌平面垂直。，方向與導(dǎo)軌平面垂直。質(zhì)量為質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌的頂端由靜止釋放，在滑上涂層之的導(dǎo)體棒從導(dǎo)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(dǎo)軌底端。導(dǎo)體棒始終前已經(jīng)做勻速運動，并一直勻速滑到導(dǎo)軌底端。導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直，且僅與涂層間有摩擦，接在兩導(dǎo)軌間的電阻為與導(dǎo)軌垂直，且僅與涂層間有摩擦，接在兩導(dǎo)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(dǎo)體棒與涂層間的動摩擦因數(shù)導(dǎo)體棒與涂層間的動摩擦因數(shù)；(2)導(dǎo)體棒勻速運動的速度大小導(dǎo)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(dǎo)體棒受哪些力作用？試畫出其在絕緣涂層處，導(dǎo)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(dǎo)體棒受重力、支持力、摩擦力提示：導(dǎo)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(dǎo)體棒的受在絕緣涂層以外的其他位置，試畫出導(dǎo)體棒的受力示意圖。力示意圖。(1)導(dǎo)體棒與涂層間的動摩擦因數(shù)導(dǎo)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(dǎo)體棒受力平衡
8、有在絕緣涂層上導(dǎo)體棒受力平衡有mgsin mgcos 解得解得tan (2)導(dǎo)體棒勻速運動的速度大小導(dǎo)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(jié)構(gòu)及若回路中電流恒定，可以利用電路結(jié)構(gòu)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(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功；應(yīng)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(zhuǎn)化，則機械能的減少量恒求解：若只有
9、電能與機械能的轉(zhuǎn)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(dǎo)軌間距為兩導(dǎo)軌間距為L力學(xué)力學(xué)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(xué)力學(xué)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(dǎo)軌間距為電阻不計，兩導(dǎo)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(dǎo)軌間距為阻不計，兩導(dǎo)軌間距為L，拉力，拉力F恒定恒定示意圖示意圖力學(xué)力學(xué)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(xué)力學(xué)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(dǎo)軌間距為兩導(dǎo)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(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)軌左端用一阻計的足夠長平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)
11、軌左端用一阻值為值為R的電阻連接，導(dǎo)軌上橫跨一根質(zhì)量為的電阻連接，導(dǎo)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(dǎo)軌接觸良好。整個裝置處于豎直的金屬棒，金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好。整個裝置處于豎直向上、磁感應(yīng)強度為向上、磁感應(yīng)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(dǎo)軌向右運動，若金屬棒在整個運動過程中通過的沿導(dǎo)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(dǎo)軌所示，長平行導(dǎo)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(yīng)強度，處
12、在同一水平面中，磁感應(yīng)強度B0.8 T的勻強磁的勻強磁場豎直向下穿過導(dǎo)軌面。橫跨在導(dǎo)軌上的直導(dǎo)線場豎直向下穿過導(dǎo)軌面。橫跨在導(dǎo)軌上的直導(dǎo)線ab的質(zhì)量的質(zhì)量m0.1 kg、電阻、電阻R0.8 ，導(dǎo)軌電阻不計。導(dǎo)軌間通過開關(guān)，導(dǎo)軌電阻不計。導(dǎo)軌間通過開關(guān)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(dǎo)線導(dǎo)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(guān)在閉合開關(guān)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(dǎo)軌向右運動？試描述這時電路中的能
13、量轉(zhuǎn)化情況沿導(dǎo)軌向右運動？試描述這時電路中的能量轉(zhuǎn)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(dǎo)線導(dǎo)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(guān)在閉合開關(guān)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(dǎo)軌向右運動？試描述這時電路中的能量轉(zhuǎn)化情況沿導(dǎo)軌向右運動？試描述這時電路中的能量轉(zhuǎn)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(dǎo)軌的平行光滑導(dǎo)軌a
14、b與與cd，阻值為，阻值為R的電的電阻與導(dǎo)軌的阻與導(dǎo)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(dǎo)體棒的導(dǎo)體棒垂直于導(dǎo)軌放置并可沿導(dǎo)軌自由滑動。整個裝置放于勻強垂直于導(dǎo)軌放置并可沿導(dǎo)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(yīng)強度的大小為磁場中，磁場的方向豎直向上，磁感應(yīng)強度的大小為B。導(dǎo)體棒的中點系一不可伸長的輕繩，繩繞過固定在桌邊的導(dǎo)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)。現(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(dǎo)軌兩根足夠長的平行導(dǎo)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(dǎo)體棒可在的導(dǎo)體棒可在導(dǎo)軌上無摩擦滑動，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻不計。整個空間導(dǎo)軌上無摩擦滑動，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻不計。整個空間存在著垂直導(dǎo)軌所在平面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度存在著垂直導(dǎo)軌所在平面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B2 T。
16、現(xiàn)用一沿導(dǎo)軌方向向右的恒力現(xiàn)用一沿導(dǎo)軌方向向右的恒力F10.44 N作用于導(dǎo)體棒，作用于導(dǎo)體棒，使導(dǎo)體棒從靜止開始運動，經(jīng)使導(dǎo)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?dǎo)軌向左，大小變?yōu)?。此時，突然將拉力方向變?yōu)檠貙?dǎo)軌向左，大小變?yōu)镕2，又經(jīng)，又經(jīng)2t時間后導(dǎo)體棒返回到初始位置時間后導(dǎo)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(dǎo)體棒運動到導(dǎo)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??； (3)F2的大小。的大小。(1)當導(dǎo)體棒運動到當導(dǎo)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(xué)高考物理第一輪復(fù)習(xí) 第九章 電磁感應(yīng) 第4節(jié) 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題課件
