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1、專題10電磁感應中的動力學和能量問題 【導學目標】 1.會分析計算電磁感應中的安培力參與的導體的運動及平衡問題. 2.會分析計算電磁感應中能量的轉化與轉移 【考點解讀】 1導體兩種狀態(tài)及處理方法 (1)導體的平衡態(tài)靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài) 處理方法：根據平衡條件合外力等于零列式分析 (2)導體的非平衡態(tài)加速度不為零 處理方法：根據牛頓第二定律進行動態(tài)分析或結合功能關系分析考點一電磁感應中的動力學問題分析考點一電磁感應中的動力學問題分析 【典例剖析】 例1(2015順德模擬)如圖1所示，足夠長的光滑平行導軌MN、PQ傾斜放置，兩導軌間距離為L1.0 m，導軌平面與水平面間的夾角為30，磁感應強
2、度為B的勻強磁場垂直于導軌平面向上，導軌的M、P兩端連接阻值為R3.0 的電阻，金屬棒ab垂直于導軌放置并用細線通過光滑定滑輪與重物相連，金屬棒ab的質量m0.20 kg，電阻r0.50 ，重物的質量M0.60 kg，如果將金屬棒和重物由靜止釋放，金屬棒沿斜面上滑的距離與時間的關系如表所示，不計導軌電阻，g取10 m/s2.求： 方法提煉解決電磁感應中的動力學問題的一般思路是“先電后力”，即先作“源”的分析分離出電路中由電磁感應所產生的電源，求出電源參數E和r； 再進行“路”的分析分析電路結構，弄清串、并聯(lián)關系，求出相關部分的電流大小，以便求解安培力； 然后是“力”的分析分析研究對象(常是金屬
3、桿、導體線圈等)的受力情況，尤其注意其所受的安培力； 接著進行“運動”狀態(tài)的分析根據力和運動的關系，判斷出正確的運動模型 跟蹤訓練1如圖2所示，電阻為R，其他電阻均可忽略，ef是一電阻可不計的水平放置的導體棒，質量為m，棒的兩端分別與ab、cd保持良好接觸，又能沿框架無摩擦下滑，整個裝置放在與框架垂直的勻強磁場中，當導體棒ef從靜止下滑一段時間后閉合開關S，則S閉合后() A導體棒ef的加速度可能大于g B導體棒ef的加速度一定小于gC導體棒導體棒ef最終速度隨最終速度隨S閉合時刻閉合時刻的不同而不同的不同而不同D導體棒導體棒ef的機械能與回路內產生的機械能與回路內產生的電能之和一定守恒的電能
4、之和一定守恒 【答案】AD 【解析】開關閉合前，導體棒只受重力而加速下滑閉合開關時有一定的初速度v0，若此時F安mg，則F安mgma.若F安mg，則mgF安ma，F(xiàn)安不確定，A正確，B錯誤；無論閉合開關時初速度多大，導體棒最終的安培力和重力平衡，故C錯誤根據能量守恒定律知，D正確 【考點解讀】 1過程分析 (1)電磁感應現(xiàn)象中產生感應電流的過程，實質上是能量的轉化過程 (2)電磁感應過程中產生的感應電流在磁場中必定受到安培力的作用，因此，要維持感應電流的存在，必須有“外力”克服安培力做功此過程中，其他形式的能轉化為電能“外力”克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能轉化為電能考點二電磁感應中
5、的能量問題分析考點二電磁感應中的能量問題分析 (3)當感應電流通過用電器時，電能又轉化為其他形式的能安培力做功的過程，是電能轉化為其他形式能的過程安培力做了多少功，就有多少電能轉化為其他形式的能 2求解思路 (1)若回路中電流恒定，可以利用電路結構及WUIt或QI2Rt直接進行計算 (2)若電流變化，則利用安培力做的功求解：電磁感應中產生的電能等于克服安培力所做的功；利用能量守恒求解：若只有電能與機械能的轉化，則機械能的減少量等于產生的電能 【典例剖析】 例2(2012天津)如圖3所示，一對光滑的平行金屬導軌固定在同一水平面內，導軌間距l(xiāng)0.5 m，左端接有阻值R0.3 的電阻一質量m0.1
6、kg，電阻r0.1 的金屬棒MN放置在導軌上，整個裝置置于豎直向上的勻強磁場中，磁場的磁感應強度B0.4 T棒在水平向右的外力作用下，由靜止開始以a2 m/s2的加速度做勻速運動，當棒的位移x9 m時撤去外力，棒繼續(xù)運動一段距離后停下來，已知撤去外力前后回路中產生的焦耳熱之比Q1 Q22 1.導軌足夠長且電阻不計，棒在運動過程中與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸求： (2)若導軌足夠長，棒最終達到穩(wěn)定狀態(tài)勻速運動時，重力勢能的減小則完全用來克服安培力做功，轉化為感應電流的電能 因此，從功和能的觀點入手，分析清楚電磁感應過程中能量轉化的關系，是解決電磁感應中能量問題的重要途徑之一 2安培力做功和
7、電能變化的特定對應關系 “外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能轉化為電能同理，安培力做功的過程，是電能轉化為其他形式的能的過程，安培力做多少功就有多少電能轉化為其他形式的能 3在利用功能關系分析電磁感應的能量問題時，首先應對研究對象進行準確的受力分析，判斷各力做功情況，利用動能定理或功能關系列式求解 4利用能量守恒分析電磁感應問題時，應注意明確初、末狀態(tài)及其能量轉化，根據力做功和相應形式能的轉化列式求解 跟蹤訓練2(2013安徽)如圖4所示，足夠長平行金屬導軌傾斜放置，傾角為37，寬度為0.5 m，電阻忽略不計，其上端接一小燈泡，電阻為1 .一導體棒MN垂直于導軌旋轉，質量為0.2
8、kg，接入電路的電阻為1 ，兩端與導軌接觸良好，與導軌間的動摩擦因數為0.5.在導軌間存在著垂直于導軌平面的勻強磁場，磁感應強度為0.8 T將導體棒MN由靜止釋放，運動一段時間后，小燈泡穩(wěn)定發(fā)光，此后導體棒MN的運動速度以及小燈泡穩(wěn)定發(fā)光，此后導體MN的運動速度以及小燈泡消耗的電功率分別為(重力加速度g取10 m/s2，sin 370.6)() 命題分析高考對電磁感應部分的考查頻率很高，且命題熱點非常集中，主要集中在感應電流的產生、感應電動勢的方向判斷、感應電動勢的大小計算；常以選擇題的形式考查對基本知識、基本規(guī)律的理解與應用，另外，本部分知識與其他知識聯(lián)系密切，如運動學、力學、能量、直流電路
9、、圖象等 例3(2015衡陽聯(lián)考)如圖5所示，兩根足夠長的光滑直金屬導軌MN、PQ平行固定在傾角37的絕緣斜面上，兩導軌間距L1 m，導軌的電阻可忽略M、P兩點間接有阻值為R的電阻一根質量m1 kg、電阻r0.2 的均勻直金屬桿ab放在兩導軌上，與導軌垂直且接觸良好整套裝置處于磁感應強度B0.5 T的勻強磁場中，磁場方向垂直斜面向下自圖示位置起，桿ab受到大小為F0.5v2(式中v為桿ab運動的速度，力F的單位為N)、方向平行導軌沿斜面向下的拉力作用，由靜止開始運動，測得通過電阻R的電流隨時間均勻增大g取10 m/s2，sin 370.6.12.12.電磁感應中電磁感應中“桿導軌桿導軌”模型問題模型問題 方法提煉 在電磁感應中的動力學問題中有兩類常見的模型. 跟蹤訓練3(2013梅州質檢)如圖6所示，質量為m0.1 kg、電阻r0.1 的導體棒MN垂直放在相距為L0.5 m的平行光滑金屬導軌上導軌平面與水平面的夾角為30，并處于磁感應強度大小為B0.4 T、方向垂直于導軌平面向上的勻強磁場中，導軌下端接有阻值R 0.3 的電阻，棒在外力F作用下，以v8 m/s的速度沿導軌向上做勻速運動，經過一定時間后撤去外力，棒繼續(xù)運動一段距離s2 m后到達最高位置，導軌足夠長且電阻不計，棒在運動過程中始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸，重力加速度g取10 m/s2，求：
高考物理總復習 專題10 電磁感應中的動力學和能量問題課件
