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1、習(xí)題課,:,電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)及能量問(wèn)題,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為,B,的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,,,豎直放置一個(gè),“ ”,形金屬框,ABCD,,,框面垂直于磁場(chǎng),,,寬度,BC,為,L,,,質(zhì)量為,m,的金屬桿,PQ,用光滑金屬套連接在框架,AB,和,CD,上,,,如圖。金屬桿,PQ,電阻為,R,,,其他電阻不計(jì),,,從桿自靜止開(kāi)始沿框架下滑到達(dá)到最大速度的過(guò)程中,,,思考討論下列問(wèn)題,:,,,(1),開(kāi)始下滑的加速度為多少,?,(2),金屬桿中感應(yīng)電流的方向怎樣,?,金屬桿受的安培力向哪,?,如何變化,?,(3),金
2、屬桿的加速度如何變化,?,金屬桿的速度如何變化,?,(4),滿足什么條件時(shí)金屬桿達(dá)到最大速度,?,金屬桿下滑的最大速度是多少,?,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),要點(diǎn)提示,:,(1),g,。,(2),向左,,,向上,,,變大。,(3),變小,,,變大。,(4),當(dāng)安培力等于重力時(shí),,,速度最大,,,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),由于通過(guò)導(dǎo)體的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中將受到安培力作用,,,因此電磁感應(yīng)問(wèn)題往往和力學(xué)問(wèn)題綜合在一起。,1,.,理解電磁感應(yīng)問(wèn)題中的兩個(gè)研究對(duì)象及其之間的相互制約關(guān)系。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),2
3、,.,電磁感應(yīng)現(xiàn)象中涉及的具有收尾速度的力學(xué)問(wèn)題時(shí),,,關(guān)鍵是做好受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析,:,,,,,,3,.,處理此類問(wèn)題的基本方法,:,(1),用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向。,(2),求回路中的感應(yīng)電流的大小和方向。,(3),分析研究導(dǎo)體受力情況,(,包括安培力,),。,(4),列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),【例題,1,】,,如圖所示,,,空間存在,B=,0,.,5 T,、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),,,MN,、,PQ,是水平放置的平行長(zhǎng)直導(dǎo)軌,,,其間距,L=,0,.,2 m,,電阻,R=,0,.,3,Ω
4、,接在導(dǎo)軌一端,,,ab,是跨接在導(dǎo)軌上質(zhì)量,m=,0,.,1 kg,、電阻,r=,0,.,1,Ω,,的導(dǎo)體棒,,,已知導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,0,.,2,。從零時(shí)刻開(kāi)始,,,對(duì),ab,棒施加一個(gè)大小為,F=,0,.,45 N,、方向水平向左的恒定拉力,,,使其從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌滑動(dòng),,,過(guò)程中棒始終保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,,,則,:(,g,取,10 m/s,2,),,,,,(1),求導(dǎo)體棒所能達(dá)到的最大速度。,(2),試定性畫(huà)出導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的速度,—,時(shí)間圖象。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),解析,:,ab,棒在拉力,F,作用下運(yùn)動(dòng),,,隨著,ab,棒切割磁感線
5、運(yùn)動(dòng)的速度增大,,,棒中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大,,,棒中感應(yīng)電流增大,,,棒受到的安培力也增大,,,最終達(dá)到勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)棒的速度達(dá)到最大值。外力在克服安培力做功的過(guò)程中,,,消耗了其他形式的能,,,轉(zhuǎn)化成了電能,,,最終轉(zhuǎn)化成了焦耳熱。,(1),導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動(dòng),,,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),E=BLv,①,導(dǎo)體棒受到的安培力,F,安,=BIL,③,導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到拉力,F,、安培力,F,安,和摩擦力,F,f,的作用,,,根據(jù)牛頓第二定律得,,,F-μmg-F,安,=ma,④,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),由,①②③④,得,,由上式可以看出,,,隨著速度的增大,,,安培力增大
6、,,,加速度,a,減小,,,當(dāng)加速度,a,減小到,0,時(shí),,,速度達(dá)到最大。,(2),導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的速度,—,時(shí)間圖象如圖所示。,答案,:,(1)10 m/s,,(2),見(jiàn)解析圖,,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),歸納總結(jié)解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問(wèn)題的思路,(1),對(duì)電學(xué)對(duì)象要畫(huà)好必要的等效電路圖。,(2),對(duì)力學(xué)對(duì)象要畫(huà)好必要的受力分析圖和過(guò)程示意圖。,(3),電磁感應(yīng)中切割磁感線的導(dǎo)體要運(yùn)動(dòng),,,產(chǎn)生的感應(yīng)電流又要受到安培力的作用。在安培力作用下,,,導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化,,,這就可能需要應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),變
7、式訓(xùn)練,1,(,多選,),如圖所示,,,MN,和,PQ,是兩根互相平行豎直放置的光滑金屬導(dǎo)軌,,,已知導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),,,且電阻不計(jì)。,ab,是一根與導(dǎo)軌垂直而且始終與導(dǎo)軌接觸良好的金屬桿。開(kāi)始時(shí),,,將開(kāi)關(guān),S,斷開(kāi),,,讓桿,ab,由靜止開(kāi)始自由下落,,,一段時(shí)間后,,,再將,S,閉合,,,若從,S,閉合開(kāi)始計(jì)時(shí),,,則金屬桿,ab,的速度,v,隨時(shí)間,t,變化的圖象可能是,(,,),探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題,在水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,,,豎直放置一個(gè),“ ”,形金屬框,,,框面垂
8、直于磁場(chǎng),,,金屬桿用光滑金屬套連接在框架上,,,如圖。桿自靜止開(kāi)始沿框架下滑,,,試分析桿自靜止下滑一段時(shí)間,(,未達(dá)到最大速度,),內(nèi),,,有哪些力做了功,?,有哪些能量發(fā)生了變化,?,簡(jiǎn)述這些功能關(guān)系。,要點(diǎn)提示,:,重力做功和安培力做功。重力勢(shì)能減少,,,動(dòng)能增加,,,電能增加。重力做的功等于重力勢(shì)能的減少量,,,克服安培力做的功等于電能的增加量,,,合力的功等于動(dòng)能的增加量。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),1,.,電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量守恒,電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的,“,阻礙,”,是能量守恒的具體體現(xiàn),,,在這種,“,阻礙,”,的過(guò)程中,,,其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。,
9、2,.,電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化,(1),與感生電動(dòng)勢(shì)有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,,,磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能,,,若電路是純電阻電路,,,轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的電能將全部轉(zhuǎn)化為電路的內(nèi)能。,(2),與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)有關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,,,通過(guò)克服安培力做功,,,把機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。克服安培力做多少功,,,就產(chǎn)生多少電能。若電路是純電阻電路,,,轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的電能將全部轉(zhuǎn)化為電路的內(nèi)能。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),3,.,求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量問(wèn)題的一般思路,(1),用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向。,(2),畫(huà)出等效電路,,,求出回路中電阻消耗的電功率表達(dá)
10、式。,(3),分析導(dǎo)體機(jī)械能的變化,,,用能量守恒關(guān)系得到機(jī)械功率的改變與回路中電功率的改變所滿足的方程。,,產(chǎn)生和維持感應(yīng)電流的過(guò)程是其他形式的能向感應(yīng)電流的電能轉(zhuǎn)化的過(guò)程,,,安培力做功是其他形式的能和電能之間轉(zhuǎn)化的量度。,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),【例題,2,】,,(,多選,),如圖所示,,,兩根電阻不計(jì)的光滑平行金屬導(dǎo)軌傾角為,θ,,,導(dǎo)軌下端接有電阻,R,,,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直斜面向上。質(zhì)量為,m,、電阻不計(jì)的金屬棒,ab,在沿斜面與棒垂直的恒力,F,作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑,,,上升高度為,h,,,在這個(gè)過(guò)程中,(,,),,,,,A.,金屬棒所受各力的合力所做的
11、功等于零,B.,金屬棒所受各力的合力所做的功等于,mgh,和電阻,R,上產(chǎn)生的焦耳熱之和,C.,恒力,F,與重力的合力所做的功等于棒克服安培力所做的功與電阻,R,上產(chǎn)生的焦耳熱之和,D.,恒力,F,與重力的合力所做的功等于電阻,R,上產(chǎn)生的焦耳熱,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),解析,:,棒勻速上升的過(guò)程有三個(gè)力做功,:,恒力,F,做正功、重力,G,做負(fù)功、安培力,F,安,做負(fù)功。根據(jù)動(dòng)能定理得,,,W=W,F,+W,G,+W,安,=,0,,故,A,對(duì),,B,錯(cuò),;,恒力,F,與重力,G,的合力所做的功等于棒克服安培力做的功。而棒克服安培力做的功等于回路中電能,(,最終
12、轉(zhuǎn)化為焦耳熱,),的增加量,,,克服安培力做功與焦耳熱不能重復(fù)考慮,,,故,C,錯(cuò),,D,對(duì)。,答案,:,AD,探究一,探究二,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),變式訓(xùn)練,2,如圖所示,,,勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向豎直向下,,,磁感應(yīng)強(qiáng)度為,B,。正方形金屬框,abcd,可繞光滑軸,OO',轉(zhuǎn)動(dòng),,,邊長(zhǎng)為,L,,,總電阻為,R,,,ab,邊質(zhì)量為,m,,,其他三邊質(zhì)量不計(jì),,,現(xiàn)將,abcd,拉至水平位置,,,并由靜止釋放,,,經(jīng)一定時(shí)間到達(dá)豎直位置,,,ab,邊的速度大小為,v,,,則在金屬框內(nèi)產(chǎn)生熱量大小等于,(,,),探究一,探究二,1,2,3,當(dāng)堂檢測(cè),1,.,(,電磁感應(yīng)中的力學(xué)問(wèn)題,)
13、,如圖所示,,,在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一,U,形導(dǎo)線框,abcd,,,線框處于水平面內(nèi),,,磁場(chǎng)與線框平面垂直,,,R,為一電阻,,,ef,為垂直于,ab,的一根導(dǎo)體桿,,,它可在,ab,、,cd,上無(wú)摩擦地滑動(dòng)。桿,ef,及線框中導(dǎo)線的電阻都可不計(jì)。開(kāi)始時(shí),,,給,ef,一個(gè)向右的初速度,,,則,(,,),A.,ef,將減速向右運(yùn)動(dòng),,,但不是勻減速,B.,ef,將勻減速向右運(yùn)動(dòng),,,最后停止,C.,ef,將勻速向右運(yùn)動(dòng),D.,ef,將往返運(yùn)動(dòng),解析,:,ef,向右運(yùn)動(dòng),,,切割磁感線,,,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流,,,會(huì)受到向左的安培力而做減速運(yùn)動(dòng),,,直到停止,,,但不是勻減速,,,由,F=B
14、Il=,=ma,知,,,ef,做的是加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)。故,A,正確。,答案,:,A,探究一,探究二,1,2,3,當(dāng)堂檢測(cè),2,.,(,電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題,),如圖所示,,,質(zhì)量為,m,、高為,h,的矩形導(dǎo)線框在豎直面內(nèi)自由下落,,,其上下兩邊始終保持水平,,,途中恰好勻速穿過(guò)一有理想邊界、高亦為,h,的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,,,線框在此過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)能為,(,,),A.,mgh,,B.2,mgh,C.,大于,mgh,而小于,2,mgh,,D.,大于,2,mgh,解析,:,因線框勻速穿過(guò)磁場(chǎng),,,在穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中合外力做功為零,,,克服安培力做功為,2,mgh,,,產(chǎn)生的內(nèi)能亦為,2,mgh,。故選,B,。,答案,:,B,探究一,探究二,1,2,3,當(dāng)堂檢測(cè),3,.,(,電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)與能量綜合問(wèn)題,),如圖所示,,,長(zhǎng),L,1,、寬,L,2,的矩形線圈電阻為,R,,,處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為,B,的勻強(qiáng)磁場(chǎng)邊緣,,,線圈與磁感線垂直,,,求將線圈以向右的速度,v,勻速拉出磁場(chǎng)的過(guò)程中,,,,,,(1),拉力的大小,F,。,(2),線圈中產(chǎn)生的電熱,Q,。,
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