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 .ppt

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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,加速度不為零,非平衡態(tài),根據(jù)平衡條件列式分析,加速度為零,平衡態(tài),處理方法,特征,狀態(tài),,,,,,,,,,,,,2．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,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、加速度求最大值或最小值的條件。具體思路如下：,[典例] (2014·天津高考)如圖9-4-1所示，兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角θ＝30°的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計，間距L＝0.4 m。導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域Ⅰ和Ⅱ，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN，Ⅰ中的勻強磁場方向垂直斜面向下，Ⅱ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B＝0.5 T。在區(qū)域Ⅰ中，將質(zhì)量m1＝0.1 kg，電阻R1＝0.1 Ω的金屬條ab放在導(dǎo)軌上，ab剛好不下滑。然后，在區(qū)域Ⅱ中將質(zhì)量m2＝0.4 kg，電阻R2＝0.1 Ω的光滑導(dǎo)體棒cd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Ⅱ的磁場中，ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸，取g＝10 m/s2。問： (1)cd下滑的過程中，ab中的電流方向； (2)ab剛要向上滑動時，cd的速度v多大； (3)從cd開始下滑到ab剛要向上滑動的過 程中，cd滑動的距離x＝3.8 m，此過程 中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少。,思路點撥,,,,,,,,,,,,(1)由a流向b,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 電磁感應(yīng)中的能量問題,1．能量轉(zhuǎn)化及焦耳熱的求法,(1)能量轉(zhuǎn)化,(2)求解焦耳熱Q的三種方法,2．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)生的電能等于克服安培力所做的功；,(2)利用能量守恒或功能關(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。,3．解題的一般步驟,(1)確定研究對象(導(dǎo)體棒或回路)；,(2)弄清電磁感應(yīng)過程中，哪些力做功，哪些形式的能量相互轉(zhuǎn)化；,(3)根據(jù)能量守恒定律列式求解。,[典例] (2014·江蘇高考)如圖9-4-5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L，長為3d，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為θ，在導(dǎo)軌的中部刷有一段長為d的薄絕緣涂層。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。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R，其他部分的電阻均不計，重力加速度為g。求： (1)導(dǎo)體棒與涂層間的動摩擦因數(shù)μ； (2)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Q。,思路點撥,(1)在絕緣涂層處，導(dǎo)體棒受哪些力作用？試畫出其受力示意圖。,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)體棒的受力示意圖。,(1)導(dǎo)體棒與涂層間的動摩擦因數(shù)μ；,[解析] (1)在絕緣涂層上導(dǎo)體棒受力平衡有 mgsin θ＝μmgcos θ 解得μ＝tan θ,(2)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Q。,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W＝UIt或Q＝I2Rt直接進行計算。 (2)若電流變化，則：①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；②利用能量守恒求解：若只有電能與機械能的轉(zhuǎn)化，則機械能的減少量等于產(chǎn)生的電能。,模型一(v0≠0),示意圖,單桿ab以一定初速度v0在光滑水平軌道上滑動，質(zhì)量為m，電阻不計，兩導(dǎo)軌間距為L,力學(xué)觀點,圖像觀點,能量觀點,模型二(v0＝0),示意圖,力學(xué)觀點,圖像觀點,能量觀點,軌道水平光滑，單桿ab質(zhì)量為m，電阻不計，兩導(dǎo)軌間距為L,模型三(v0＝0),軌道水平光滑，單桿ab質(zhì)量為m，電阻不計，兩導(dǎo)軌間距為L，拉力F恒定,示意圖,力學(xué)觀點,圖像觀點,能量觀點,模型四(v0＝0),示意圖,力學(xué)觀點,圖像觀點,能量觀點,軌道水平光滑，單桿ab質(zhì)量為m，電阻不計，兩導(dǎo)軌間距為L，拉力F恒定,[典例1] (2015·泰安模擬)如圖9-4-8所示，間距為L，電阻不計的足夠長平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)軌左端用一阻值為R的電阻連接，導(dǎo)軌上橫跨一根質(zhì)量為m，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電荷量為q。下列說法正確的是( ),,[典例2] 如圖9-4-9所示，長平行導(dǎo)軌PQ、MN光滑，相距l(xiāng)＝0.5 m，處在同一水平面中，磁感應(yīng)強度B＝0.8 T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ab的質(zhì)量m＝0.1 kg、電阻R＝0.8 Ω，導(dǎo)軌電阻不計。導(dǎo)軌間通過開關(guān)S將電動勢E＝1.5 V、內(nèi)電阻r＝0.2 Ω的電池接在M、P兩端，試計算分析： (1)導(dǎo)線ab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)S后，怎樣才能使ab以恒定的速度v＝7.5 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(通過具體的數(shù)據(jù)計算說明)。,(1)導(dǎo)線ab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)S后，怎樣才能使ab以恒定的速度v＝7.5 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(通過具體的數(shù)據(jù)計算說明)。,[典例3] (多選)(2015·懷化檢測)如圖9-4-10，在水平桌面上放置兩條相距為l的平行光滑導(dǎo)軌ab與cd，阻值為R的電阻與導(dǎo)軌的a、c端相連。質(zhì)量為m、電阻也為R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光滑輕滑輪后，與一個質(zhì)量也為m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h表示物塊下落的高度(物塊不會觸地)，g表示重力加速度，其他電阻不計，則( ),[典例4] (2015·常州檢測)如圖9-4-11所示，水平面內(nèi)有兩根足夠長的平行導(dǎo)軌L1、L2，其間距d＝0.5 m，左端接有容量C＝2 000 μF的電容。質(zhì)量m＝20 g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。整個空間存在著垂直導(dǎo)軌所在平面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B＝2 T?，F(xiàn)用一沿導(dǎo)軌方向向右的恒力F1＝0.44 N作用于導(dǎo)體棒，使導(dǎo)體棒從靜止開始運動，經(jīng)t時間后到達B處，速度v＝5 m/s。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)2t時間后導(dǎo)體棒返回到初始位置A處，整個過程電容器未被擊穿。求 (1)導(dǎo)體棒運動到B處時，電容C上的電量； (2)t的大??； (3)F2的大小。,,,(1)當(dāng)導(dǎo)體棒運動到B處時，電容器兩端電壓為 U＝Bdv＝2×0.5×5 V＝5 V 此時電容器的帶電量q＝CU＝2 000×10－6×5 C ＝1×10－2 C,