2019-2020版物理新导学笔记选修3-2人教通用版课件:第四章 电磁感应微型专题3 .pptx
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1、微型专题3 电磁感应中的动力学及能量问题,第四章 电磁感应,学习目标 1.掌握电磁感应中动力学问题的分析方法. 2.理解电磁感应过程中能量的转化情况,能用能量的观点分析和解决电磁感应问题.,内容索引,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,重点探究,1.电磁感应问题往往与力学问题联系在一起,处理此类问题的基本方法是: (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向. (2)用闭合电路欧姆定律求回路中感应电流的大小和方向. (3)分析研究导体受力情况(包括安培力). (4)列动力学方程或平衡方程求解. 2.两种状态处理 (1)导体处于平衡状态静止或匀速直线运动状
2、态. 处理方法:根据平衡条件合力等于零列式分析. (2)导体处于非平衡状态加速度不为零. 处理方法:根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析.,一、电磁感应中的动力学问题,例1 如图1所示,空间存在B0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场,MN、PQ是水平放置的平行长直导轨,其间距L0.2 m,电阻R0.3 接在导轨一端,ab是跨接在导轨上质量m0.1 kg、接入电路的电阻r0.1 的导体棒,已知导体棒和导轨间的动摩擦因数为0.2.从零时刻开始,对ab棒施加一个大小为F0.45 N、方向水平向左的恒定拉力,使其从静止开始沿导轨滑动,过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好,求:(g10 m/s2
3、) (1)导体棒所能达到的最大速度;,图1,答案 10 m/s,答案,解析,解析 导体棒切割磁感线运动,产生的感应电动势: EBLv ,导体棒受到的安培力F安BIL 导体棒运动过程中受到拉力F、安培力F安和摩擦力Ff的作用, 根据牛顿第二定律: FmgF安ma ,由可知,随着速度的增大,安培力增大,加速度a减小, 当加速度a减小到0时,速度达到最大. 此时有Fmg 0 可得:vm 10 m/s ,(2)试定性画出导体棒运动的速度时间图象.,答案,解析,答案 见解析图,解析 由(1)中分析可知,导体棒运动的速度时间图象如图所示.,电磁感应动力学问题中,要把握好受力情况、运动情况的动态分析.,例2
4、 如图2甲所示,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L,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,磁场方向垂直于斜面向下,导轨和金属杆的电阻可忽略,让ab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.(重力加速度为g),图2,(1)由b向a方向看到的装置如图乙所示,请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图;,答案,解析,答案 见解析图,解析 如图所示,ab杆受重力mg,方向竖直向下;支持力FN,方向垂直于斜面向上;安培力F安,方向沿导轨向上.
5、,(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;,答案,解析,解析 当ab杆的速度大小为v时,感应电动势EBLv,,根据牛顿第二定律,有,(3)求在下滑过程中,ab杆可以达到的速度最大值.,答案,解析,解析 当a0时,ab杆有最大速度vm,,电磁感应中动力学问题的解题技巧 1.受力分析时,要把立体图转换为平面图,同时标明电流方向及磁场B的方向,以便准确地画出安培力的方向. 2.要特别注意安培力的大小和方向都有可能变化. 3.根据牛顿第二定律分析a的变化情况,以求出稳定状态的速度. 4.列出稳定状态下的受力平衡方程往往是解题的突破口.,1.电磁感应中能量
6、的转化 电磁感应过程的实质是不同形式的能量相互转化的过程,其能量转化方式为:,二、电磁感应中的能量问题,2.求解电磁感应现象中能量问题的一般思路 (1)确定回路,分清电源和外电路. (2)分析清楚有哪些力做功,明确有哪些形式的能量发生了转化.如: 有滑动摩擦力做功,必有内能产生; 有重力做功,重力势能必然发生变化; 克服安培力做功,必然有其他形式的能转化为电能,并且克服安培力做多少功,就产生多少电能;如果安培力做正功,就是电能转化为其他形式的能. (3)列有关能量的关系式.,例3 如图3所示,MN和PQ是电阻不计的平行金属导轨,其间距为L,导轨弯曲部分光滑,平直部分粗糙,二者平滑连接.右端接一
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