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(dòng)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(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系進(jìn)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(duì)象和電學(xué)對(duì)象的相互關(guān)系,3．動(dòng)態(tài)分析的基本思路,解決這類問題的關(guān)鍵是通過(guò)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析，尋找過(guò)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(zhǎng)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(jì)，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(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向下，Ⅱ中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向上，兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(dòng)過(guò)程中始終處于區(qū)域Ⅱ的磁場(chǎng)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(guò)程中，ab中的電流方向； (2)ab剛要向上滑動(dòng)時(shí)，cd的速度v多大； (3)從cd開始下滑到ab剛要向上滑動(dòng)的過(guò) 程中，cd滑動(dòng)的距離x＝3.8 m，此過(guò)程 中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少。,思路點(diǎn)撥,,,,,,,,,,,,(1)由a流向b,方法規(guī)律,解決電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題的一般思路是“先電后力”，具體思路如下：,,,,,,要點(diǎn)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(lái)求解：通過(guò)電路中所產(chǎn)生的電能來(lái)計(jì)算。,3．解題的一般步驟,(1)確定研究對(duì)象(導(dǎo)體棒或回路)；,(2)弄清電磁感應(yīng)過(guò)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(qiáng)磁場(chǎng)中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，長(zhǎng)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(zhǎng)為d的薄絕緣涂層。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)動(dòng)，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(jì)，重力加速度為g。求： (1)導(dǎo)體棒與涂層間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ； (2)導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小v； (3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q。,思路點(diǎn)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(dòng)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(yùn)動(dòng)的速度大小v；,(3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)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(jìn)行計(jì)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(jī)械能的轉(zhuǎn)化，則機(jī)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(dòng)，質(zhì)量為m，電阻不計(jì)，兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),力學(xué)觀點(diǎn),圖像觀點(diǎn),能量觀點(diǎn),模型二(v0＝0),示意圖,力學(xué)觀點(diǎn),圖像觀點(diǎn),能量觀點(diǎn),軌道水平光滑，單桿ab質(zhì)量為m，電阻不計(jì)，兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),模型三(v0＝0),軌道水平光滑，單桿ab質(zhì)量為m，電阻不計(jì)，兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，拉力F恒定,示意圖,力學(xué)觀點(diǎn),圖像觀點(diǎn),能量觀點(diǎn),模型四(v0＝0),示意圖,力學(xué)觀點(diǎn),圖像觀點(diǎn),能量觀點(diǎn),軌道水平光滑，單桿ab質(zhì)量為m，電阻不計(jì)，兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，拉力F恒定,[典例1] (2015·泰安模擬)如圖9-4-8所示，間距為L(zhǎng)，電阻不計(jì)的足夠長(zhǎng)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(gè)裝置處于豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中?，F(xiàn)使金屬棒以初速度v0沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)，若金屬棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)的電荷量為q。下列說(shuō)法正確的是( ),,[典例2] 如圖9-4-9所示，長(zhǎng)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(qiáng)度B＝0.8 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)豎直向下穿過(guò)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(jì)。導(dǎo)軌間通過(guò)開關(guān)S將電動(dòng)勢(shì)E＝1.5 V、內(nèi)電阻r＝0.2 Ω的電池接在M、P兩端，試計(jì)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(yùn)動(dòng)？試描述這時(shí)電路中的能量轉(zhuǎn)化情況(通過(guò)具體的數(shù)據(jù)計(jì)算說(shuō)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(yùn)動(dòng)？試描述這時(shí)電路中的能量轉(zhuǎn)化情況(通過(guò)具體的數(shù)據(jù)計(jì)算說(shuō)明)。,[典例3] (多選)(2015·懷化檢測(cè))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(dòng)。整個(gè)裝置放于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的方向豎直向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B。導(dǎo)體棒的中點(diǎn)系一不可伸長(zhǎng)的輕繩，繩繞過(guò)固定在桌邊的光滑輕滑輪后，與一個(gè)質(zhì)量也為m的物塊相連，繩處于拉直狀態(tài)。現(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(huì)觸地)，g表示重力加速度，其他電阻不計(jì)，則( ),[典例4] (2015·常州檢測(cè))如圖9-4-11所示，水平面內(nèi)有兩根足夠長(zhǎng)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(wú)摩擦滑動(dòng)，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻不計(jì)。整個(gè)空間存在著垂直導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)動(dòng)，經(jīng)t時(shí)間后到達(dá)B處，速度v＝5 m/s。此時(shí)，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(shí)間后導(dǎo)體棒返回到初始位置A處，整個(gè)過(guò)程電容器未被擊穿。求 (1)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)到B處時(shí)，電容C上的電量； (2)t的大??； (3)F2的大小。,,,(1)當(dāng)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)到B處時(shí)，電容器兩端電壓為 U＝Bdv＝2×0.5×5 V＝5 V 此時(shí)電容器的帶電量q＝CU＝2 000×10－6×5 C ＝1×10－2 C,