浙江省高三物理復習 第9章 第4講 電磁感應規(guī)律與力學規(guī)律的綜合運用課件 新人教版

電磁感應中產(chǎn)生的感應電流在磁場中將受到安培力的作用，因此，電磁感應問題往往跟力學問題聯(lián)系在一起，解決這類電磁感應中的力學問題，不僅要應用電磁學中的有關(guān)規(guī)律，如楞次定律、法拉第電磁感應定律、左手定則、右手定則、安培力的計算公式等，還要應用力學中的有關(guān)規(guī)律，如牛頓運動定律、動能定理、功能關(guān)系、能量轉(zhuǎn)化與守恒定律等要將電磁學和力學的知識綜合起來應用 1動力學、運動學結(jié)合的動態(tài)分析，思考方法是：電磁感應現(xiàn)象中感應電動勢感應電流通電導線受安培力合外力變化加速度變化速度變化感應電動勢變化周而復始地循環(huán)，循環(huán)結(jié)束時，加速度等于零，導體達到穩(wěn)定狀態(tài)2產(chǎn)生和維持感應電流的存在的過程就是其他形式的能量轉(zhuǎn)化為感應電流電能的過程 導體在達到穩(wěn)定狀態(tài)之前，外力移動導體所做的功，一部分消耗于克服安培力做功，轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生感應電流的電能或最后再轉(zhuǎn)化為焦耳熱，另一部分用于增加導體的動能，即導體達到穩(wěn)定狀態(tài)(做勻速運動時)，外力所做的功，完全消耗于克服安培力做功，并轉(zhuǎn)化為感應電流的電能或最后再轉(zhuǎn)化為焦耳熱3安培力做正功和克服安培力做功的區(qū)別：電磁感應的過程，總伴隨著能量的轉(zhuǎn)化和守恒，當外力克服安培力做功時，就有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能；當安培力做正功時，就有電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能一、電磁感應定律與牛頓第二定律結(jié)合例1、如圖941甲所示的輪軸，它可以繞垂直于紙面的光滑固定水平軸O轉(zhuǎn)動輪上繞有輕質(zhì)柔軟細線，線的一端系一重物，另一端系一質(zhì)量為m的金屬桿在豎直平面內(nèi)有間距為L的足夠長的平行金屬導軌PQ、EF，在QF之間連接有阻值為R的電阻，其余電阻不計磁感應強度為B的勻強磁場與導軌平面垂直開始時金屬桿置于導軌下端，將重物由靜止釋放，重物最終能勻速下降運動過程中金屬桿始終與導軌垂直且接觸良好，忽略所有摩擦(1)若重物的質(zhì)量為M,則重物勻速下降的速度v為多大？(2)對一定的磁感應強度B，重物的質(zhì)量M取不同的值，測出相應的重物做勻速運動時的速度，可得出vM實驗圖線圖乙中畫出了磁感應強度分別為B1和B2時的兩條實驗圖線，試根據(jù)實驗結(jié)果計算B1與B2的比值圖941 22221222122222121211.60.91.60.90.9()31.6124MEBLvBLvFBILBLRMmMgFmggRmgRvMB LBMm gRvB LBLgRvMkkB LkBgRkB L安安速下降，金桿速上升，回路中生的感： 、 整體有：由以上式子解得：由得： 由 象可知： ， ，即，解析：所以解得： 勻時屬勻產(chǎn)應電動勢為則對圖變式訓練1、如圖942所示，在磁感應強度為B的水平方向的勻強磁場中豎直放置兩平行導軌，磁場方向與導軌所在平面垂直導軌上端跨接一阻值為R的電阻(導軌電阻不計)兩金屬棒a和b的電阻均為R，質(zhì)量分別為ma2102kg和mb1102kg，它們與導軌相連，并可沿導軌無摩擦滑動閉合開關(guān)S，先固定b，用一恒力F向上拉a，穩(wěn)定后a以v110m/s的速度勻速運動，此時再釋放b，b恰好能保持靜止，設導軌足夠長，取g10m/s2.(1)求拉力F的大?。?2)若將金屬棒a固定，讓金屬棒b自由下滑(開關(guān)仍閉合)，求b滑行的最大速度v2；(3)若斷開開關(guān)，將金屬棒a和b都固定，使磁感應強度從B隨時間均勻增加，經(jīng)0.1s后磁感應強度增到2B時，a棒受到的安培力正好等于a棒的重力，求兩金屬棒間的距離h.圖942 11222222222,2222,220.45/123333232aaabababaaaabbbbbIaFm gBI L bIBI Lm gm gm gEaEBLv IBI LBI Lm gRm gRvB Lm gRB L vbm gBI LvRB LS BBLhEFNvmtst棒速， 棒止 立以上各式 速，解得 速： 式立得解析：勻運動靜 聯(lián)當 勻運動時 當 勻運動時聯(lián)221,22,233abEItRB L vBILm gRmhmg由式，得 得 二、電磁感應與能量結(jié)合例2、如圖943所示，兩根足夠長固定平行金屬導軌位于傾角30的斜面上，導軌上、下端各接有阻值R20的電阻，導軌電阻忽略不計，導軌寬度L2m，在整個導軌平面內(nèi)都有垂直于導軌平面向上的勻強磁場，磁感應強度B1T.質(zhì)量m0.1kg、連入電路的電阻r10的金屬棒ab在較高處由靜止釋放，當金屬棒ab下滑高度h3m時，速度恰好達到最大值v2m/s.金屬棒ab在下滑過程中始終與導軌垂直且與導軌良好接觸g取10m/s2.求：(1)金屬棒ab由靜止至下滑高度為3m的運動過程中機械能的減少量(2)金屬棒ab由靜止至下滑高度為3m的運動過程中導軌上端電阻R中產(chǎn)生的熱量圖943 21 2 / (/ 2) 2.8 12 abmghmvabEBLvIEJErRFBIL金棒機械能的少量 速度最大金棒生的生的流 此的安培力 解析： 屬減時屬產(chǎn)電動勢 產(chǎn)電時 sin30 / sin30 / 4 RfmgFabQEfhRQQ由意可知，摩擦力 由能量守恒得，失的機械能等于金棒克服摩擦力做功和生的之和上端阻 中生的量立題損屬產(chǎn)電熱電熱電產(chǎn)熱聯(lián)0.55RQJ式得：變式訓練2、如圖944所示abcd為靜止于水平面上寬度為L而長度很長的U形金屬滑軌，bc邊接有電阻R，其他部分電阻不計ef為一可在滑軌平面上滑動、質(zhì)量為m的均勻金屬棒今金屬棒以一水平細繩跨過定滑輪，連接一質(zhì)量為M的重物一勻強磁場B垂直滑軌面重物從靜止開始下落，不考慮滑輪的質(zhì)量，且金屬棒在運動中均保持與bc邊平行忽略所有摩擦力則： (1)當金屬棒做勻速運動時，其速率是多少？(忽略bc邊對金屬棒的作用力)(2)若重物從靜止開始至勻速運動時下落的總高度為h，求這一過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量圖944解析：視重物M與金屬棒m為一系統(tǒng)，使系統(tǒng)運動狀態(tài)改變的力只有重物受到的重力與金屬棒受到的安培力由于系統(tǒng)在開始一段時間里處于加速運動狀態(tài)，由此產(chǎn)生的安培力是變化的，安培力做功屬于變力做功系統(tǒng)的運動情況分析可以用如下簡圖表示： 22 00EvBLv EIBLIFMgFFRFaMMgRmaMgFvB L 合安安合安，有 ，得 當時4224)1(2)2MMghMmMm MgRQMg hBQLv 情涉及的能量化程可表示：的重力能 重力做功 系等速后能、被化的能 安培力( 做功能然有得題設況轉(zhuǎn)過為勢統(tǒng)動轉(zhuǎn)動 電顯應