高考物理总复习 单元知识章节考点课件29

11．电磁感应与力学相结合的问题方法：从运动和力的关系着手，运用牛顿第二定律．(1)基本思路：受力分析→运动分析→变化趋向→确定运动过程和最终的稳定状态→由牛顿第二定律列方程求解．2(2)注意安培力的特点：3(3)纯力学问题中只有重力、弹力、摩擦力，电磁感应中多一个安培力，安培力随速度变化，部分弹力及相应的摩擦力也随之而变，导致物体的运动状态发生变化，在分析问题时要注意上述联系．42．电磁感应中的能量问题电磁感应的过程是能量的转化和守恒的过程，导体切割磁感线或磁通量发生变化在回路中产生感应电流，机械能或其他形式的能便转化为电能；感应电流做功，又可使电能转化为机械能或电阻的内能等．电磁感应的过程总是伴随着能量转化的过程，因此在分析问题时，应牢牢抓住能量守恒这一基本规律，分析清楚有哪些力做功，就可知道有哪些形式的能量参与了相互转化，然后借助于动能定理或能量守恒定律等规律求解．需要说明的是克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为了电能．5图9411．电磁感应中的动力学问题例1：如图941所示，MN、PQ为间距L＝0.5m足够长的平行导轨，NQ⊥MN.导轨平面与水平面间的夹角θ＝37°，NQ间连接有一个R＝5Ω的电阻．有一匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为B0＝1T.将一根质量为m＝0.04kg的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上，且与导轨接触良好，导轨与金属棒的电阻均不计．6现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行．已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ＝0.5，当金属棒滑行至cd处时已经达到稳定速度，已知cd距离NQ为s.试解答以下问题：(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)(1)请定性说明金属棒在达到稳定速度前的加速度和速度各如何变化？7(2)当金属棒滑行至cd处时回路中的电流多大？(3)金属棒达到的稳定速度是多大？(4)若将金属棒滑行至cd处的时刻记作t＝0，从此时刻起，让磁感应强度逐渐减小，可使金属棒中不产生感应电流，则磁感应强度B应怎样随时间t变化(写出B与t的关系式)?80012sincos(sin37cos37)0.0410(0.60.50.8)0.1610.5AAFBILmgFmgmgAAIBL解析：金属棒的加速度逐渐减小，速度在达到稳定速度前，达到稳定速度时，有：＝＝＋＝逐渐增大．＝＝9000.165/1.6/10.53EEBLIRvmsmsBLvIR＝＝＝＝，＝1022202024sincos(sincos)10(0.60.50.8)/2/1()211.62mgmgmaagmsmsBLsBLsvtatBsBsvtstatts当回路中的总磁通量不变时，金属棒中不产生感应电流．此时金属棒将沿导轨做匀加速运动．－＝＝－＝－＝＝＋＋＝＝11方法点拨：分析综合问题时，可把问题分解成两部分——电学部分与力学部分来处理．力学部分思路：分析通电导体的受力情况及力的效果，并根据牛顿定律、能量守恒等规律理顺力学量间的关系．分析稳定状态或是某一瞬间的情况，往往要用力和运动的观点去处理．注意稳定状态的特点是受力平衡或者系统加速度恒定，稳定状态部分(或全部)物理量不会进一步发生改变．非稳态时的物理量，往往都处于动态变化之中，瞬时性是其最大特点．而“电磁感应”及“磁场对电流的作用”是联系电、力两部分的桥梁和纽带，因此，要紧抓这两点来建立起相应的等式关系．12变式训练1：如图942所示，一金属杆弯成如图所示形状的固定导轨，左侧导轨处于水平面内，右侧导轨处在倾角θ＝30°的斜面上，导轨的间距处处都为l.质量为m、电阻为R的金属棒ab水平放置在倾斜的导轨上．整个装置处在方向垂直于斜面的匀强磁场中，磁感应强度为B.给棒一定的初速度，可使棒恰好沿斜面匀速下滑，然后再进入水平轨道滑行．不计整个导轨的电阻和摩擦，重力加速度为g.求：13(1)金属棒沿斜面匀速下滑的速度v0.(2)金属棒在水平导轨滑行过程加速度的最大值．(设棒从倾斜导轨进入水平导轨过程速度大小保持不变)图9421402201sin2EBlvEIRFIBlmmgRvBlg金属棒下滑产生的感应电动势＝①回路中产生的感应电流＝②棒匀速下滑，安培力等于重力沿斜面的分力＝＝③可解得棒匀速下滑解析：＝的速度④15022023sin2coscoscs8os·commmEBlvBlvFIBlRaFmaagg金属棒刚进入水平导轨时加速度最大，此时感应电动势＝⑤安培力大小为＝＝⑥安培力方向与水平方向成角斜向右，此时金属棒做减速运动，加速度大小为，则＝⑦由④⑥⑦＝＝解得：162．电磁感应中的能量问题例2：如图943所示，abcd为静止于水平面上宽度为L而长度很长的U形金属滑轨，bc边接有电阻R，其他部分电阻不计．ef为一可在滑轨平面上滑动、质量为m的均匀金属棒．今金属棒以一水平细绳跨过定滑轮，连接一质量为M的重物．一匀强磁场B垂直滑轨面．重物从静止开始下落，不考虑滑轮的质量，且金属棒在运动中均保持与bc边平行．忽略所有摩擦力．则：17(1)当金属棒做匀速运动时，其速率是多少？(忽略bc边对金属棒的作用力)．(2)若重物从静止开始至匀速运动时下落的总高度为h，求这一过程中电阻R上产生的热量．图94318解析：视重物M与金属棒m为一系统，使系统运动状态改变的力只有重物受到的重力与金属棒受到的安培力．由于系统在开始一段时间里处于加速运动状态，由此产生的安培力是变化的，安培力做功属于变力做功．系统的运动情况分析可以用如下简图表示：19224242()[]2001()2MgRaMgFvBLMMghMMmMgRQMghmLvQB安重力做功安培力做负功当＝时，有－＝，得＝题设情况涉及的能量转化过程可表示为：的重力势能系统等速后动能、被转化的动能电能．显然应有＝＋＝－＋得：20方法点拨：从求焦耳热的过程可知，此题虽属变化的安培力做功问题，但我们不必追究变力、变电流做功的具体细节，只需弄清能量的转化途径，用能量的转化与守恒定律就可求解．在分析电磁感应中的能量转换问题时常会遇到的一个问题是求回路中的焦耳热，对于这个问题的分析常有三种思路：①若感应电流是恒定的，一般利用定义式Q＝I2Rt求解．②若感应电流是变化的，由能的转化与守恒定律求焦耳热(不能取电流的平均值由Q＝I2Rt求解)．③既能用公式Q＝I2Rt求解，又能用能的转化与守恒定律求解的，则可优先用能的转化与守恒定律求解．21变式训练2：如图944所示，MN、PQ两条平行的光滑金属轨道与水平面成θ角固定，轨距为d.空间存在匀强磁场．磁场方向垂直于轨道平面向上，磁感应强度为B，P、M间接阻值为R的电阻．质量为m的金属杆ab水平放置在轨道上，其有效电阻为r.现从静止释放ab，当它沿轨道下滑距离x时，达到最大速度．若轨道足够长且电阻不计，重力加速度为g.求：22(1)金属杆ab运动的最大速度；(2)金属杆ab运动的加速度为gsinθ时，电阻R上的电功率；(3)金属杆ab从静止到具有最大速度的过程中，克服安培力所做的功．23221si()sinnmmmgFmgFBIdEIRrEBdvRrvBd当杆达到最大速度时＝安培力＝感应电流＝感应电动势＝解得速度解大＝最析：242212sin21sinsinsin(2)2abgmgBIdmgRPImgPRBdR当运动的加速度为根据牛顿第二定律：－＝电阻上的电功率＝解得＝：2534422213sin()2sin·si2n02FFmmgmgxWmRrWmgxBvd根据动能定理－＝得＝－－解：26