高考物理复习第9章电磁感应能力课时13电磁感应中的动力学和能量问题市赛课公开课一等奖省名师优质课获奖.pptx

,随堂演练,能力课时,13,电磁感应中动力学和能量问题,1/49,突破一电磁感应中动力学问题,1.,两种状态及处理方法,状态,特征,处理方法,平衡态,加速度为零,依据平衡条件列式分析,非平衡态,加速度不为零,依据牛顿第二定律进行动态分析或结合功效关系进行分析,2/49,2.,电学对象与力学对象转换及关系,3/49,【例,1,】,如图,1,所表示，竖直平面内有一宽,L,1 m,、足够长光滑矩形金属导轨，电阻不计。在导轨上、下边分别接有电阻,R,1,3,和,R,2,6,。在,MN,上方及,CD,下方有垂直纸面向里匀强磁场,和,，磁感应强度大小均为,B,1 T,。现有质量,m,0.2 kg,、电阻,r,1,导体棒,ab,，在金属导轨上从,MN,上方某处由静止下落，下落过程中导体棒一直保持水平，与金属导轨接触良好。当导体棒,ab,下落到快要靠近,MN,时速度大小为,v,1,3 m/s,。不计空气阻力，,g,取,10 m/s,2,。,图,1,4/49,(1),求导体棒,ab,快要靠近,MN,时加速度大小；,(2),若导体棒,ab,进入磁场,后，棒中电流大小一直保持不变，求磁场,和,之间距离,h,；,(3),若将磁场,CD,边界略微下移，使导体棒,ab,刚进入磁场,时速度大小变为,v,2,9 m/s,，要使棒在外力,F,作用下做,a,3 m/s,2,匀加速直线运动，求所加外力,F,随时间,t,改变关系式。,5/49,6/49,答案,(1)5 m/s,2,(2)1.35 m,(3),F,t,1.6(N),7/49,【拓展延伸】,(1),在【例,1,】,中，当导体棒进入磁场,且电流恒定不变时，,a,、,b,两点间电势差大小是多少？,(2),在,【例,1,】,第,(3),问中，请画出,0,1.6 s,内外力,F,与时间,t,关系图象。,解析,(1),依据题意，导体棒进入磁场中，有,mg,BI,L,8/49,则,a,、,b,两点间电势差为,U,BL,v,I,r,代入数据解得：,U,4 V,(2),因为,F,t,1.6(N),故,0,1.6 s,内,F,t,图象如图所表示,答案,(1)4 V,(2),看法析图,9/49,方法提醒,用,“,四步法,”,分析电磁感应中动力学问题,处理电磁感应中动力学问题普通思绪是,“,先电后力,”,，详细思绪以下：,10/49,【变式训练】,1.,如图,2,所表示，光滑斜面倾角,30,，在斜面上放置一矩形线框,abcd,，,ab,边边长,l,1,1 m,，,bc,边边长,l,2,0.6 m,，线框质量,m,1 kg,，电阻,R,0.1,，线框经过细线与重物相连，重物质量,M,2 kg,，斜面上,ef,(,ef,gh,),右方有垂直斜面向上匀强磁场，磁感应强度,B,0.5 T,，假如线框从静止开始运动，进入磁场最初一段时间做匀速运动，,ef,和,gh,距离,s,11.4 m,，,(,取,g,10 m/s,2,),，求：,图,2,11/49,(1),线框进入磁场前重物加速度大小,a,；,(2),线框进入磁场时匀速运动速度大小,v,；,(3),ab,边由静止开始到运动到,gh,处所用时间,t,。,解析,(1),线框进入磁场前，仅受到细线拉力,F,，斜面支持力和线框重力，重物受到本身重力和细线拉力,F,，对线框由牛顿第二定律得,F,mg,sin,ma,对重物由牛顿第二定律得,Mg,F,Ma,又,F,F,联立解得线框进入磁场前重物加速度,12/49,13/49,14/49,答案,(1)5 m/s,2,(2)6 m/s,(3)2.5 s,15/49,突破二电磁感应中能量问题,1.,电磁感应中能量转化,2.,求解焦耳热,Q,三种方法,16/49,3.,解电磁感应现象中能量问题普通步骤,(1),在电磁感应中，切割磁感线导体或磁通量发生改变回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源。,(2),分析清楚有哪些力做功，就能够知道有哪些形式能量发生了相互转化。,(3),依据能量守恒列方程求解。,17/49,【例,2,】,(,天津理综，,11),如图,3,所表示，,“,凸,”,字形硬质金属线框质量为,m,，相邻各边相互垂直，且处于同一竖直平面内，,ab,边长为,l,，,cd,边长为,2,l,，,ab,与,cd,平行，间距为,2,l,。匀强磁场区域上下边界均水平，磁场方向垂直于线框所在平面。开始时，,cd,边到磁场上边界距离为,2,l,，线框由静止释放，从,cd,边进入磁场直到,ef,、,pq,边进入磁场前，线框做匀速运动，在,ef,、,pq,边离开磁场后，,ab,边离开磁场之前，线框又做匀速运动。线框完全穿过磁场过程中产生热量为,Q,。线框在下落过程中一直处于原竖直平面内，且,ab,、,cd,边保持水平，重力加速度为,g,。求：,18/49,图,3,(1),线框,ab,边将离开磁场时做匀速运动速度大小是,cd,边刚进入磁场时几倍；,(2),磁场上下边界间距离,H,。,19/49,20/49,21/49,【变式训练】,2.,如图,4(a),所表示，斜面倾角为,37,，一宽为,d,0.43 m,有界匀强磁场垂直于斜面向上，磁场边界与斜面底边平行。在斜面上由静止释放一长方形金属线框，线框沿斜面下滑，下边与磁场边界保持平行。取斜面底部为零势能面，从线框开始运动到恰好完全进入磁场过程中，线框机械能,E,和位移,x,之间关系如图,(b),所表示，图中,、,均为直线段。已知线框质量为,m,0.1 kg,，电阻为,R,0.06,，重力加速度取,g,10 m/s,2,，,sin 37,0.6,，,cos 37,0.8,。,22/49,图,4,(1),求金属线框与斜面间动摩擦因数,；,(2),求金属线框刚进入磁场到恰好完全进入磁场所用时间,t,；,(3),求金属线框穿越磁场过程中，线框中产生焦耳热最大功率,P,m,。,23/49,解析,(1),由能量守恒定律可知，线框降低机械能等于克服摩擦力所做功，则,E,1,W,f,1,mg,cos 37,x,1,其中,x,1,0.36 m,，,E,1,(0.900,0.756)J,0.144 J,可解得,0.5,(2),金属线框进入磁场过程中，降低机械能等于克服摩擦力和安培力所做功，机械能仍均匀降低，所以安培力也为恒力，线框做匀速运动,v,2,ax,1,，其中,a,g,sin 37,g,cos 37,2 m/s,2,可解得线框刚进磁场时速度大小为,v,1,1.2 m/s,E,2,W,f,2,W,A,(,F,f,F,A,),x,2,其中,E,2,(0.756,0.666)J,0.09 J,，,F,f,F,A,mg,sin 37,0.6 N,，,x,2,为线框侧边长，即线框进入磁场过程运动距离，可求出,x,2,0.15 m,24/49,答案,(1)0.5,(2)0.125 s,(3)0.43 W,25/49,突破三电磁感应中,“,杆导轨,”,模型,1.,模型构建,“,杆导轨,”,模型是电磁感应问题高考命题,“,基本道具,”,，也是高考热点，考查知识点多，题目标综合性强，物理情景改变空间大，是我们复习中难点。,“,杆导轨,”,模型又分为,“,单杆,”,型和,“,双杆,”,型,(,“,单杆,”,型为重点,),；导轨放置方式可分为水平、竖直和倾斜；杆运动状态可分为匀速、匀变速、非匀变速运动等。,26/49,2.,模型分类及特点,(1),单杆水平式,27/49,(2),单杆倾斜式,28/49,【例,3,】,如图,5,甲所表示，两根足够长平行金属导轨,MN,、,PQ,相距为,L,，导轨平面与水平面夹角为,，金属棒,ab,垂直于,MN,、,PQ,放置在导轨上，且一直与导轨接触良好，金属棒质量为,m,。导轨处于匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面斜向上，磁感应强度大小为,B,。金属导轨上端与开关,S,、定值电阻,R,1,和电阻箱,R,2,相连。不计一切摩擦，不计导轨、金属棒电阻，重力加速度为,g,。现在闭合开关,S,，将金属棒由静止释放。,图,5,29/49,(1),判断金属棒,ab,中电流方向；,(2),若电阻箱,R,2,接入电路阻值为,0,，当金属棒下降高度为,h,时，速度为,v,，求此过程中定值电阻上产生焦耳热,Q,；,(3),当,B,0.40 T,，,L,0.50 m,，,37,时，金属棒能到达最大速度,v,m,随电阻箱,R,2,阻值改变关系，如图乙所表示。取,g,10 m/s,2,，,sin 37,0.60,，,cos 37,0.80,。求,R,1,阻值和金属棒质量,m,。,30/49,31/49,32/49,【拓展延伸】,若【例,3,】,改为：金属棒和导轨之间动摩擦因数为,，不计导轨、金属棒电阻，重力加速度为,g,。现在闭合开关,S,，将金属棒由静止释放。,(1),若电阻箱,R,2,接入电路阻值为,0,，当金属棒下降高度为,h,时，速度为,v,，求此过程中定值电阻上产生焦耳热,Q,；,(2),当,B,0.40 T,，,L,0.50 m,，,37,，,0.25,时，金属棒能到达最大速度,v,m,随电阻箱,R,2,阻值改变关系，如图,5,乙所表示。取,g,10 m/s,2,，,sin 37,0.60,，,cos 37,0.80,。求,R,1,阻值和金属棒质量,m,。,33/49,34/49,35/49,反思总结,处理这类问题分析要抓住三点：,(1),杆稳定状态普通是匀速运动,(,到达最大速度或最小速度，此时协力为零,),；,(2),整个电路产生电能等于克服安培力所做功；,(3),电磁感应现象遵从能量守恒定律。,36/49,【变式训练】,3.,(,江苏单科，,13),如图,6,所表示，在匀强磁场中有一倾斜平行金属导轨，导轨间距为,L,，长为,3,d,，导轨平面与水平面夹角为,，在导轨中部刷有一段长为,d,薄绝缘涂层。匀强磁场磁感应强度大小为,B,，方向与导轨平面垂直。质量为,m,导体棒从导轨顶端由静止释放，在滑上涂层之前已经做匀速运动，并一直匀速滑到导轨底端。导体棒一直与导轨垂直，且仅与涂层间有摩擦，接在两导轨间电阻为,R,，其它部分电阻均不计，重力加速度为,g,。求：,37/49,图,6,(1),导体棒与涂层间动摩擦因数,；,(2),导体棒匀速运动速度大小,v,；,(3),整个运动过程中，电阻产生焦耳热,Q,。,38/49,39/49,40/49,1.,(,多项选择,),如图,7,所表示，足够长,“U”,形光滑金属导轨平面与水平面成,角,(0,90),，其中,MN,与,PQ,平行且间距为,L,，导轨平面与磁感应强度大小为,B,匀强磁场垂直，导轨电阻不计。金属棒,ab,由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨一直保持垂直且接触良好，,ab,棒接入电路部分电阻为,R,，当流过,ab,棒某一横截面电荷量为,q,时，棒速度大小为,v,，则金属棒,ab,在这一过程中,(,),图,7,41/49,42/49,答案,ABC,43/49,2.,(,海南单科，,13),如图,8,，两平行金属导轨位于同一水平面上，相距,l,，左端与一电阻,R,相连；整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度大小为,B,，方向竖直向下。一质量为,m,导体棒置于导轨上，在水平外力作用下沿导轨以速率,v,匀速向右滑动，滑动过程中一直保持与导轨垂直并接触良好。已知导体棒与导轨间动摩擦因数为,，重力加速度大小为,g,，导轨和导体棒电阻均可忽略。求,图,8,44/49,(1),电阻,R,消耗功率；,(2),水平外力大小。,45/49,3.,(,天津理综，,11),如图,9,所表示，两根足够长平行金属导轨固定在倾角,30,斜面上，导轨电阻不计，间距,L,0.4 m,。导轨所在空间被分成区域,和,，两区域边界与斜面交线为,MN,，,中匀强磁场方向垂直斜面向下，,中匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场磁感应强度大小均为,B,0.5 T,。在区域,中，将质量,m,1,0.1 kg,，电阻,R,1,0.1,金属条,ab,放在导轨上，,ab,刚好不下滑。然后，在区域,中将质量,m,2,0.4 kg,，电阻,R,2,0.1,光滑导体棒,cd,置于导轨上，由静止开始下滑。,cd,在滑动过程中一直处于区域,磁场中，,ab,、,cd,一直与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取,g,10 m/s,2,，问：,46/49,图,9,(1),cd,下滑过程中，,ab,中电流方向；,(2),ab,刚要向上滑动时，,cd,速度,v,多大；,(3),从,cd,开始下滑到,ab,刚要向上滑动过程中，,cd,滑动距离,x,3.8 m,，此过程中,ab,上产生热量,Q,是多少。,47/49,48/49,答案,(1),由,a,流向,b,(2)5 m/s,(3)1.3 J,49/49,