电磁感应与力学问题PPT讲稿.ppt
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1、电磁感应与力学问题第1页,共60页,编辑于2022年,星期日 本专题部分内容是历年高考考查的重点,年年都有考题,且多为计算题,分值高,难度大,对考生具有较高的区分度其涉及的力学知识主要有牛顿运动定律、功、动能定理、能量守恒定律等,是力、电、磁综合问题的重要体现,是高中物理主干知识的有机结合,既能考查基础知识,又能考查综合能力,是高考的热点内容之一 本专题复习一方面要熟练掌握电学知识,另一方面要能运用牛顿第二定律、功能关系等物理规律及基本方法分析电磁感应现象中物体的运动情况及能量转化第2页,共60页,编辑于2022年,星期日问题这些规律及方法又都是中学物理学中的重点知识,因此要加强相关的训练,有
2、助于学生对这些知识的回顾和应用,建立各部分知识的联系第3页,共60页,编辑于2022年,星期日安培力安培力第4页,共60页,编辑于2022年,星期日安培力安培力第5页,共60页,编辑于2022年,星期日在力和运动的关系中,要注意分析导体受力,判断导体加速度方向、大小及变化;加速度等于零时,速度最大,导体最终达到稳定状态是该类问题的重要特点在力和运动的关系中,要注意分析导体受力,判断导体加速度方向、大小及变化;加速度等于零时,速度最大,导体最终达到稳定状态是该类问题的重要特点第6页,共60页,编辑于2022年,星期日第7页,共60页,编辑于2022年,星期日方法指导:1解决这类问题的一般思路是:
3、根据电磁感应现象感应电动势感应电流安培力合力加速度速度感应电动势周而复始地循环注意:当导体运动达到稳定时,a=0,速度达到最大值(临界值)2两种状态处理 导体处于平衡态静止或匀速直线运动状态 处理方法:根据平衡条件合外力等于零列式分析 导体处于非平衡态加速度不等于零 处理方法:根据牛顿第二定律进行动态分析,或结合功能关系分析第8页,共60页,编辑于2022年,星期日 3解答电磁感应、电路与力学综合问题的 基本步骤:(1)确定电源:首先确定电源电路,并求出电动势的大小与方向 (2)分析电路结构,画等效电路图,区分出内外电路 (3)利用电路的有关规律求出电流大小与方向 (4)根据F=BIL 求出安
4、培力的大小与方向(至此,就转化为一个力学问题)(5)对研究对象进行受力分析、运动分析、做功分析 (6)运用力学规律求解第9页,共60页,编辑于2022年,星期日类型一、安培力与运动关系例例1:如如图图911所所示示,N、Q间间接接一一电电阻阻R=10 ,M、P端端与与电电池池组组和和开开关关组组成成回回路路,电电动动势势E=6V,内内阻阻r=1.0 ,光光滑滑导导轨轨区区域域加加有有与与两两导导轨轨所所在在平平面面垂垂直直的的匀匀强强磁磁场场现现将将一一条条质质量量m=10g,电电阻阻R=10 的的金金属属导导线线ab置置于于导导轨轨上上,并保持导线并保持导线ab水平水平已知导轨间距已知导轨间
5、距L=0.1m,当开关当开关S接通后导线接通后导线ab恰静恰静止不动止不动(g取取10m/s2)图911(1)试计算磁感应强度试计算磁感应强度B的大小的大小(2)若若某某时时刻刻将将开开关关S断断开开,求求导导线线ab能能达达到到的的最最大大速速度度(设导轨足够长设导轨足够长)第10页,共60页,编辑于2022年,星期日分析:解决本题的关键是,将电磁感应问题与电路的分析与计算问题结合起来,先弄清电路结构,由导线ab平衡,求出磁感应强度B,再对电键断开后ab导线做动态分析,由平衡条件求出最终的速度第11页,共60页,编辑于2022年,星期日第12页,共60页,编辑于2022年,星期日第13页,共
6、60页,编辑于2022年,星期日 【点评】本题是一道电磁感应综合题,涉及直流电路的分析与计算,安培力、平衡条件、牛顿运动定律等较多知识点,全面考查考生的分析综合能力试题情景复杂,能力要求较高此类试题,在近年来高考中出现的频率较高,且多以压轴题的形式出现第14页,共60页,编辑于2022年,星期日 变试题1 如图912所示,两足够长的光滑金属导轨竖直放置,相距为L,一理想电流表与两导轨相连,匀强磁场与导轨平面垂直一质量为m、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放导体棒进入磁场后,流经电流表的电流逐渐减小,最终稳定为I.整个运动过程中,导体棒与导轨接触良好,且始终保持水平,不计导轨的电阻求
7、:(1)磁感应强度的大小B;(2)电流稳定后,导体棒运动速度的大小v;(3)流经电流表电流的最大值Im.图912第15页,共60页,编辑于2022年,星期日第16页,共60页,编辑于2022年,星期日第17页,共60页,编辑于2022年,星期日变变试试题题2光光滑滑的的平平行行金金属属导导轨轨长长L=2.0m,两两导导轨轨间间距距离离d=0.5m,导导轨轨平平面面与与水水平平面面的的夹夹角角为为=30,导导轨轨上上端端接接一一阻阻值值为为R=0.5 的的电电阻阻,其其余余电电阻阻不不计计,轨轨道道所所在在空空间间有有垂垂直直轨轨道道平平面面的的匀匀强强磁磁场场,磁磁感感应应强强度度B=1T,如
8、如图图913所所示示有有一一不不计计电电阻阻、质质量量为为m=0.5kg的的金金属属棒棒ab,放放在在导导轨轨最最上上端端且且与与导导轨轨垂垂直直当当金金属属棒棒ab由由静静止止开开始始自自由由下下滑滑到到底底端端脱脱离离轨道轨道的过程中,电阻的过程中,电阻R上产生的上产生的热量为热量为Q=1J,g=10m/s2,则:,则:(1)指出金属棒指出金属棒ab中感应电流的方向中感应电流的方向(2)棒在下滑的过程中达到的最大速度是多少?棒在下滑的过程中达到的最大速度是多少?(3)当棒的速度为当棒的速度为v=2m/s时,它的加速度是多大?时,它的加速度是多大?第18页,共60页,编辑于2022年,星期日
9、解析:(1)由右手定则,棒中感应电流方向由b指向a.第19页,共60页,编辑于2022年,星期日第20页,共60页,编辑于2022年,星期日【切入点】先分析棒ab受力后分析微粒受力,由平衡条件逐一讨论第21页,共60页,编辑于2022年,星期日第22页,共60页,编辑于2022年,星期日第23页,共60页,编辑于2022年,星期日例2:如图甲所示,空间存在B=0.5T,方向竖直向下的匀强磁场,MN、PQ是处于同一水平面内相互平行的粗糙长直导轨,间距L=0.2m,R是连接在导轨一端的电阻,ab是跨接在导轨上质量为m=0.1kg的导体棒从零时刻开始,通过一小型电动机对ab棒施加一个牵引力F,方向水
10、平向左,使其从静止开始沿导轨做加速运动,此过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好图921乙是棒的vt图象,其中OA段是直线,AC是曲线,小型电动机在12s末达到额定功率P=4.5W,此后保持功率不变除R外,其余部分电阻均不计,g=10m/s2.类型2:安培力与运动的图象问题第24页,共60页,编辑于2022年,星期日(1)求导体棒ab在012s内的加速度大小;(2)求导体棒ab与导轨间的动摩擦因数及电阻R的值;(3)若t=17s时,导体棒ab达最大速度,从017s内共发生位移100m,试求1217s内,R上产生的热量是多少第25页,共60页,编辑于2022年,星期日分析:解决本题的关键是,抓住1
11、2s和17s两个时刻导体棒的运动学特征和动力学特征,即12s时导体棒速度已知(可以从图象上读出),加速度已知(可由斜率求出),而且此时电动机已达额定功率;17s时导体棒匀速,加速度为零把握住这两个状态,由相关规律列出方程,题目即可顺利求解第26页,共60页,编辑于2022年,星期日第27页,共60页,编辑于2022年,星期日第28页,共60页,编辑于2022年,星期日评析:本题以电动机牵引金属杆做切割磁感线运动为背景,考查电磁感应综合问题,涉及丰富的力电综合知识同时,本题还是一道考查考生理解、还原物理图象能力的试题本题要求考生有较强的分析综合能力、应用数学知识解决物理问题的能力 第29页,共6
12、0页,编辑于2022年,星期日变试题1 如图所示,一个闭合矩形金属线圈从一定高度释放,且在下落过程中线圈平面始终在竖直平面上在它进入一个有直线边界的足够大的匀强磁场的过程中,取线圈dc边刚进磁场时t=0,则描述其运动情况的图线可能是图中的()第30页,共60页,编辑于2022年,星期日解析:金属线圈刚进入足够大的匀强磁场中,若恰好做匀速直线运动,则mg=F安=,v0=下面分三种情况(1)当金属线圈刚进入磁场的速度v实=v0,先做匀速直线运动,全部进入后做匀加速直线运动,故A正确;(2)当金属线圈刚进入磁场的速度v实v0,mgF安=,则先做变减速直线运动,有可能做匀速运动直到完全进入,再做匀加速
13、直线运动(如图B选项);也可能没有匀速,直接做匀加速直线运动(3)当金属线圈刚进入磁场的速度v实F安=,则先做变加速第31页,共60页,编辑于2022年,星期日直线运动,有可能做匀速运动直到完全进入,再做匀加速直线运动(如图C选项);可能没有匀速,直接做匀加速直线运动综合上述,选ABC.第32页,共60页,编辑于2022年,星期日变式题2 矩形导线框abcd放在匀强磁场中,在外力控制下处于静止状态,如图(甲)所示磁感线方向与导线框所在平面垂直,磁感应强度B随时间变化的图象如图(乙)所示t=0时刻,磁感应强度的方向垂直导线框平面向里,在04s时间内,导线框ad边所受安培力随时间变化的图象(规定以
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