电磁感应力学和能量问题精选文档.ppt

电磁感应力学和能量问题本讲稿第一页，共十二页 如图，在水平面上有两条平行导电导轨如图，在水平面上有两条平行导电导轨MN、PQ,导导轨间距离为轨间距离为l，匀强磁场垂直于导轨所在的平面（纸面），匀强磁场垂直于导轨所在的平面（纸面）向里，磁感应强度的大小为向里，磁感应强度的大小为B，两根金属杆，两根金属杆1、2摆在导轨上，摆在导轨上，与导轨垂直，它们的质量和电阻分别为与导轨垂直，它们的质量和电阻分别为m1、m2和和R1、R2,两杆与导轨接触良好，与导轨间的摩擦不计，已知：杆两杆与导轨接触良好，与导轨间的摩擦不计，已知：杆1以以初速度初速度v0沿导轨运动；沿导轨运动；导轨的电阻可忽略，思考导轨的电阻可忽略，思考1、安培、安培力的方向？力的方向？2、安培力做功情况？能量的转化情况？、安培力做功情况？能量的转化情况？3、它们的速度图像？、它们的速度图像？1MNPQ2v0本讲稿第二页，共十二页求；t时间内安培力做功？t时间内外力做功？t时间产生的电能？t时间消耗的电能？t时间产生的焦耳热？一、平衡一、平衡本讲稿第三页，共十二页二、不平衡二、不平衡（1）ef在恒定外力F的作用下，由静止开始运动，求ef的最大速度，画出v-t草图（2）ef质量为m，与平行轨道动摩擦因素为u仍在在恒定外力F的作用下，由静止开始运动，求ef的最大速度。并选出功能关系正确的（）A、外力对ef做功等于ef的动能增加量B、ef克服安培力做功等于ef的动能增加量C、ef克服摩擦力做功等于系统产生的总热量D、系统产生的总热量等于ef克服安培力做功 和ef克服摩擦力做功的总和本讲稿第四页，共十二页2.在在磁磁感感应应强强度度为为B的的水水平平均均强强磁磁场场中中，竖竖直直放放置置一一个个冂冂形形金金属属框框ABCD，框框面面垂垂直直于于磁磁场场，宽宽度度BCL ，质质量量m的的金金属属杆杆PQ用用光光滑滑金金属属套套连连接接在在框框架架AB和和CD上上如如图图.金金属属杆杆PQ电电阻阻为为R，当当杆杆自自静静止止开始沿框架下滑时：开始沿框架下滑时：(1)开始下滑的加速度为开始下滑的加速度为 多少多少?(2)框内感应电流的方向怎样？框内感应电流的方向怎样？(3)金属杆下滑的最大速度是多少金属杆下滑的最大速度是多少?(4)从开始下滑到达到最大速度过程中产生的焦耳热为多少？从开始下滑到达到最大速度过程中产生的焦耳热为多少？QBPCDA （5）功能关系正确的是（）功能关系正确的是（）A、金属杆、金属杆PQ克服安培力所做的功等于克服安培力所做的功等于 金属杆金属杆PQ的动能增加量的动能增加量B、金属杆、金属杆PQ克服安培力所做的功等于克服安培力所做的功等于 金属杆金属杆PQ的机械能减小量的机械能减小量C、金属杆、金属杆PQ克服安培力所做的功等于克服安培力所做的功等于 系统产生的焦耳热系统产生的焦耳热D、合力对金属杆、合力对金属杆PQ所做的功等于所做的功等于 金属杆金属杆PQ动能增加量动能增加量本讲稿第五页，共十二页例例3.如图所示，竖直平行导轨间距如图所示，竖直平行导轨间距l=20cm，导轨顶端，导轨顶端接有一电键接有一电键K。导体棒。导体棒ab与导轨接触良好且无摩擦，与导轨接触良好且无摩擦，ab的的电阻电阻R=0.4，质量，质量m=10g，导轨的电阻不计，整个装置，导轨的电阻不计，整个装置处在与轨道平面垂直的匀强磁场中，磁感强度处在与轨道平面垂直的匀强磁场中，磁感强度B=1T。当。当ab棒由静止释放棒由静止释放0.8s 后，突然接通电键，不计空气阻力，设后，突然接通电键，不计空气阻力，设导轨足够长。求导轨足够长。求ab棒的最大速度和最终速度的大小。（棒的最大速度和最终速度的大小。（g取取10m/s2）Kab本讲稿第六页，共十二页2如图(甲)，MN和PQ是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计ab是一根不但与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆开始，将开关S断开，让杆ab由静止开始自由下落，过段时间后，再将S闭合，若从S闭合开始计时，则金属杆ab的速度v随时间t变化的图象不可能是图(乙)中的()本讲稿第七页，共十二页【例例1】(能能力力题题)如如图图(甲甲)所所示示，两两根根足足够够长长的的直直金金属属导导轨轨MN、PQ平平行行放放置置在在倾倾角角为为的的绝绝缘缘斜斜面面上上，两两导导轨轨间间距距为为L，M、P两两点点间间接接有有阻阻值值为为R的的电电阻阻一一根根质质量量为为m的的均均匀匀直直金金属属杆杆ab放放在在两两导导轨轨上上，并并与与导导轨轨垂垂直直整整套套装装置置处处于于磁磁感感应应强强度度为为B的的匀匀强强磁磁场场中中，磁磁场场方方向向垂垂直直于于斜斜面面向向下下导导轨轨和和金金属属杆杆的的电电阻阻可可忽忽略略，让让ab杆杆沿沿导导轨轨由由静静止止开开始始下下滑滑，导导轨轨和和金金属属杆杆接接触触良良好，不计它们之间的摩擦好，不计它们之间的摩擦(1)由由b向向a方方向向看看到到的的装装置置如如图图(乙乙)所所示示，请请在在此此图图中中画画出出ab杆杆下下滑滑过过程程中中某某时刻的受力示意图；时刻的受力示意图；(2)在在加加速速下下滑滑过过程程中中，当当ab杆杆的的速速度度大大小小为为v时时，求求此此时时ab杆杆中中的的电电流流及及其加速度的大小其加速度的大小(3)求在下滑过程中，求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值杆可以达到的速度最大值本讲稿第八页，共十二页【例2】(14分分)如如图图所所示示，两两根根相相距距L、平平行行放放置置的的光光滑滑导导电电轨轨道道，与与水水平平面面的的夹夹角角均均为为，轨轨道道间间有有电电阻阻R，处处于于磁磁感感应应强强度度为为B、方方向向竖竖直直向向上上的的匀匀强强磁磁场场中中，一一根根质质量量为为m、电电阻阻为为r的的金金属属杆杆ab，由由静静止止开开始始沿沿导导电电轨轨道道下下滑滑设设下下滑滑过过程程中中杆杆ab始始终终与与轨轨道道保保持持垂垂直直，且且接接触触良良好好，导导电电轨轨道有足够的长度，且电阻不计道有足够的长度，且电阻不计(1)杆杆ab将做什么运动？将做什么运动？(2)若若开开始始时时就就给给ab沿沿轨轨道道向向下下的的拉拉力力F使使其其由由静静止止开开始始向向下下做做加加速速度度为为a的的匀匀加速运动加速运动(agsin)求拉力求拉力F与时间与时间t的关系式的关系式本讲稿第九页，共十二页【例3】(能能力力题题)如如图图所所示示，两两根根足足够够长长固固定定平平行行金金属属导导轨轨位位于于倾倾角角30的的斜斜面面上上，导导轨轨上上、下下端端各各接接有有阻阻值值R20 的的电电阻阻，导导轨轨电电阻阻忽忽略略不不计计，导导轨轨宽宽度度L2 m，在在整整个个导导轨轨平平面面内内都都有有垂垂直直于于导导轨轨平平面面向向上上的的匀匀强强磁磁场场，磁磁感感应应强强度度B1 T质质量量m0.1 kg、连连入入电电路路的的电电阻阻r10 的的金金属属棒棒ab在在较较高高处处由由静静止止释释放放，当当金金属属棒棒ab下下滑滑高高度度h3 m时时，速速度度恰恰好好达达到到最最大大值值v2 m/s.金金属属棒棒ab在在下下滑滑过过程程中中始始终终与与导导轨轨垂垂直直且且与与导导轨轨良良好好接接触触g取取10 m/s2，求：，求：(1)金属棒金属棒ab由静止至下滑高度为由静止至下滑高度为3 m的运动过程中机械能的减少量的运动过程中机械能的减少量(2)金金属属棒棒ab由由静静止止至至下下滑滑高高度度为为3 m的的运运动动过过程程中中导导轨轨上上端端电电阻阻R中中产产生生的的热量热量本讲稿第十页，共十二页1如图(甲)所示，水平光滑的金属框架上左端连接一个电阻R，有一金属杆在外力F的作用下沿框架向右由静止开始做匀加速直线运动，匀强磁场方向竖直向下，轨道与金属杆的电阻不计并接触良好，则能反映外力F随时间t变化规律的图象是图(乙)中的()2如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，力F做的功与安培力做的功的代数和等于(A棒的机械能增加量 B棒的动能增加量C棒的重力势能增加量 D电阻R上放出的热量本讲稿第十一页，共十二页3(2011年海南省海口市调研测试)如图所示，宽度L1 m的足够长的U形金属框架水平放置，框架处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B1 T，框架导轨上放一根质量m0.2 kg、电阻R1.0 的金属棒ab，棒ab与导轨间的动摩擦因数0.5，现用功率恒为6 W的牵引力F使棒从静止开始沿导轨运动(ab棒始终与导轨接触良好且垂直)，当棒的电阻R产生热量Q5.8 J时获得稳定速度，此过程中，通过棒的电荷量q2.8 C(框架电阻不计，g取10 m/s2)问：(1)ab棒达到的稳定速度为多大？(2)ab棒从静止到达稳定速度的时间为多少？本讲稿第十二页，共十二页