高考物理一轮复习专题8电磁感应现象中的动力学动量和能量问题课件.pptx
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- 高考 物理 一轮 复习 专题 电磁感应 现象 中的 动力学 动量 能量 问题 课件
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1、专题专题8 8电磁感应现象中的动力电磁感应现象中的动力 学、动量和能量问题学、动量和能量问题-2-基础夯实自我诊断一、两种状态及处理方法 二、电磁感应现象中的动力学问题1.安培力的大小-3-基础夯实自我诊断2.安培力的方向(1)先用右手定则判定感应电流方向,再用左手定则判定安培力方向。(2)根据楞次定律,安培力的方向一定和导体切割磁感线运动方向相反。-4-基础夯实自我诊断三、电磁感应现象中的能量问题1.能量的转化感应电流在磁场中受安培力,外力克服安培力做功,将机械能转化为电能,电流做功再将电能转化为内能或其他形式的能。2.实质电磁感应现象的能量转化,实质是其他形式的能和电能之间的转化。3.电磁
2、感应现象中能量的三种计算方法(1)利用克服安培力求解:电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功。(2)利用能量守恒求解:机械能的减少量等于产生的电能。(3)利用电路特征来求解:通过电路中所产生的电热来计算。-5-基础夯实自我诊断安培力做正功或负功的过程中,能量是如何转化的?提示根据功能关系,功是能量转化的量度,安培力做正功,消耗电能,转化为其他形式的能;安培力做负功,其他形式的能转化为电能。-6-基础夯实自我诊断1.金属棒ab静止在倾角为的平行导轨上,导轨上端有导线相连,垂直于导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为B0,方向如图所示。从t=0时刻开始,B0均匀增加,到t=t1时,金属棒开始运动。则
3、在0t1这段时间内,金属棒受到的摩擦力将()A.不断增大B.不断减小C.先增大后减小D.先减小后增大 答案解析解析关闭由楞次定律可判知,导体棒中有从ab的感应电流,由左手定则可知,安培力方向沿斜面向上。由于B0均匀增加,感应电流恒定,由公式F=BIl知安培力逐渐增大,而棒所受摩擦力初始状态时沿斜面向上,故摩擦力先减小到零又反方向增大。故选项D正确。答案解析关闭D-7-基础夯实自我诊断2.(多选)如图所示,水平固定放置的足够长的U形金属导轨处于竖直向上的匀强磁场中,在导轨上放着金属棒ab,开始时ab棒以水平初速度v0向右运动,最后静止在导轨上。就导轨光滑和导轨粗糙的两种情况相比较,这个过程()A
4、.安培力对ab棒所做的功不相等B.电流所做的功相等C.产生的总内能相等D.通过ab棒的电荷量相等 答案解析解析关闭 答案解析关闭-8-考点一考点二考点三考点一考点一 电磁感应中的动力学问题电磁感应中的动力学问题(师生共研师生共研)电学对象与力学对象的转换及关系-9-考点一考点二考点三例1如图所示,两完全相同的金属棒垂直放在水平光滑导轨上,其质量均为m=1kg,导轨间距d=0.5m。现两棒并齐,中间夹一长度不计的轻质压缩弹簧,弹簧的弹性势能Ep=16J,释放弹簧(不拴接),弹簧弹开后,两棒同时获得大小相等的速度反向运动,ab棒进入一随时间变化的磁场中,已知B=2+0.5t(单位:T),导轨上另有
5、两个挡块P、Q,cd棒与之碰撞时无能量损失,Pc=aM=16m,两棒电阻均为R=5,导轨电阻不计。若从释放弹簧时开始计时(不考虑弹簧弹开两棒的时间,即瞬间就弹开两棒),在ab棒进入磁场边界的瞬间,加一外力F(大小和方向都可以变化),使之始终做加速度a=0.5m/s2的匀减速直线运动,求:-10-考点一考点二考点三(1)ab棒刚进入磁场时的外力F的大小与方向。(2)若ab棒速度为零时磁感应强度不再发生变化,则此时所受到的安培力。解析:(1)弹簧弹开时,设两棒的速度大小均为v0,在这个过程中,系统的机械能守恒,解得v0=4m/s此时磁感应强度为B1=(2+0.54)T=4Tab棒切割磁感线,产生感
6、应电动势E=B1dv0ab棒受到的安培力F安=1.6N,方向水平向左-11-考点一考点二考点三由牛顿第二定律得F安-F=ma则所加外力F=F安-ma=1.1N,方向水平向右。(2)ab棒进入磁场后,又经t2=8s速度变为零,而此段时间内cd棒与PQ碰撞后反向运动,恰好经t1+t2时间到达磁场边界MN,故此时的电动势由cd棒切割磁感线产生,E=B2dv0其中B2=(2+0.512)T=8T所以此时ab棒受到的安培力F=B2Id=81.60.5N=6.4N,方向水平向右。答案:(1)1.1N,方向水平向右(2)6.4N,方向水平向右-12-考点一考点二考点三思维点拨(1)棒被弹开后,ab在进入磁场
7、前做什么运动?刚进入磁场时磁感应强度如何确定?(2)ab棒什么时间速度刚减为零?此时磁感应强度为多大?cd棒处于什么位置?速度是多大?提示:(1)匀速直线运动B=2+0.5t(2)12s8T磁场边界MN处4m/s-13-考点一考点二考点三方法归纳电磁感应中的动力学问题分析思路(1)电路分析:导体棒相当于电源,感应电动势相当于电源的电动势,导体棒的电阻相当于电源的内阻,感应电流I=。(2)受力分析:导体棒受到安培力及其他力,安培力F安=BIl=,根据牛顿第二定律列动力学方程F合=ma。(3)过程分析:由于安培力是变力,导体棒做变加速运动或变减速运动,当加速度为零时,达到稳定状态,最后做匀速直线运
8、动,根据共点力的平衡条件列方程F合=0。-14-考点一考点二考点三突破训练突破训练1.如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角=30的斜面上,导轨电阻不计,间距l=0.4m,导轨所在空间被分成区域和,两区域的边界与斜面的交线为MN,中的匀强磁场方向垂直斜面向下,中的匀强磁场方向垂直斜面向上,两磁场的磁感应强度大小均为B=0.5T。在区域中,将质量m1=0.1kg、电阻R1=0.1的金属条ab放在导轨上,ab刚好不下滑。然后,在区域中将质量m2=0.4kg、电阻R2=0.1的光滑导体棒cd置于导轨上,由静止开始下滑。cd在滑动过程中始终处于区域的磁场中,ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保
9、持良好接触,g取10m/s2。问:-15-考点一考点二考点三(1)cd下滑的过程中,ab中的电流方向。(2)ab刚要向上滑动时,cd的速度v多大?(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中,cd滑动的距离x=3.8m,此过程中ab上产生的热量Q是多少?-16-考点一考点二考点三解析:(1)由a流向b。(2)开始放置ab恰好不下滑时,ab所受摩擦力为最大静摩擦力,设其为Fmax,有Fmax=mgsin设ab刚好要上滑时,cd棒的感应电动势为E,由法拉第电磁感应定律有E=Blv设ab所受安培力为F安,有F安=IlB此时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下,由平衡条件有F安=m1gsin+Fma
10、x综合式,代入数据解得v=5m/s-17-考点一考点二考点三(3)设cd棒的运动过程中电路中产生的总热量为Q总,由能量守恒有解得Q=1.3J答案:(1)由a流向b(2)5m/s(3)1.3J-18-考点一考点二考点三考点二考点二 电磁感应中的能量问题电磁感应中的能量问题(师生共研师生共研)1.电磁感应现象中的能量转化2.求解焦耳热Q的三种方法-19-考点一考点二考点三例2如图所示,足够长平行金属导轨倾斜放置,倾角为37,宽度为0.5m,电阻忽略不计,其上端接一小灯泡,电阻为1。一导体棒MN垂直于导轨放置,质量为0.2kg,接入电路的电阻为1,两端与导轨接触良好,与导轨间的动摩擦因数为0.5。在
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