专题电磁感应中的动力学和能量问题讲稿.ppt

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1、关于关于专题电磁感磁感应中中的的动力学和能量力学和能量问题第一页，讲稿共二十一页哦2.安培力的方向判断安培力的方向判断3.牛顿第二定律及功能关系牛顿第二定律及功能关系第二页，讲稿共二十一页哦4 4两大研究对象及其关系两大研究对象及其关系电电磁磁感感应应中中导导体体棒棒既既可可看看作作电电学学对对象象(因因为为它它相相当当于于电电源源)，又又可可看看作作力力学学对对象象(因因为为感感应应电电流流产产生生安安培培力力)，而而感感应应电电流流I I和导体棒的速度和导体棒的速度v v则是联系这两大对象的纽带：则是联系这两大对象的纽带：第三页，讲稿共二十一页哦例例1 1.如如图图所所示示，光光滑滑斜斜面

2、面的的倾倾角角3030，在在斜斜面面上上放放置置一一矩矩形形线线框框abcdabcd，abab边边的的边边长长L L1 11m1m，bcbc边边的的边边长长L L2 20.6 0.6 m m，线线框框的的质质量量m m1kg1kg，电电阻阻R R0.10.1，线线框框通通过过细细线线与与重重物物相相连连，重重物物质质量量M M2kg2kg，斜斜面面上上ef(efgh)ef(efgh)的的右右方方有有垂垂直直斜斜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B B0.5T0.5T，如如果果线线框框从从静静止止开开始始运运动动，进进入入磁磁场场的的最最初初一一段段时时间间做做匀匀速速运运动

3、动，efef和和ghgh的的距距离离s s11.4m11.4m，(取取g g10 m/s10 m/s2 2)，求：，求：(1)线框进入磁场前重物的加速度；线框进入磁场前重物的加速度；(2)线框进入磁场时匀速运动的速度线框进入磁场时匀速运动的速度v；(3)ab边由静止开始到运动到边由静止开始到运动到gh处所用的时间处所用的时间t；(4)ab边边运运动动到到gh处处的的速速度度大大小小及及在在线线框框由由静静止止开开始始运运动动到到gh处处的的整个过程中产生的焦耳热整个过程中产生的焦耳热第四页，讲稿共二十一页哦(1)线框进入磁场前重物的加速度线框进入磁场前重物的加速度(2)线框进入磁场时匀速运动的

4、速度线框进入磁场时匀速运动的速度v(3)ab边由静止开始到运动到边由静止开始到运动到gh处所用的时间处所用的时间t第五页，讲稿共二十一页哦(4)ab边运动到边运动到gh处的速度大小及在线框由静处的速度大小及在线框由静止开始运动到止开始运动到gh处的整个过程中产生的焦耳热处的整个过程中产生的焦耳热第六页，讲稿共二十一页哦二、电磁感应中的能量问题二、电磁感应中的能量问题1电磁感应中的能量转化电磁感应中的能量转化2 2求求解解焦耳热焦耳热Q Q的的三三种方法种方法第七页，讲稿共二十一页哦例例2 2.间间距距为为L L2m2m的的足足够够长长的的金金属属直直角角导导轨轨如如图图4 4甲甲所所示示放放置

5、置，它它们们各各有有一一边边在在同同一一水水平平面面内内，另另一一边边垂垂直直于于水水平平面面质质量量均均为为m m0.1kg0.1kg的的金金属属细细杆杆abab、cdcd与与导导轨轨垂垂直直放放置置形形成成闭闭合合回回路路杆杆与与导导轨轨之之间间的的动动摩摩擦擦因因数数均均为为0.50.5，导导轨轨的的电电阻阻不不计计，细细杆杆abab、cdcd的的电电阻阻分分别别为为R R1 10.60.6，R R2 20.4.0.4.整整个个装装置置处处于于磁磁感感应应强强度度大大小小为为B B0.50 0.50 T T、方方向向竖竖直直向向上上的的匀匀强强磁磁场场中中(图图中中未未画画出出)当当ab

6、ab在在平平行行于于水水平平导导轨轨的的拉拉力力F F作作用用下下从从静静止止开开始始沿沿导导轨轨匀匀加加速速运运动动时时，cdcd杆杆也也同同时时从从静静止止开开始始沿沿导导轨轨向向下下运运动动测测得得拉拉力力F F与与时时间间t t的的关关系系如如图图乙乙所所示示g g10m/s10m/s2 2.第八页，讲稿共二十一页哦分析：分析：ab由静止开始运动，即由静止开始运动，即t=0时时F=1.5NFA=0.（ab匀加速运动）匀加速运动）10-1第九页，讲稿共二十一页哦(2)求当求当cd杆达到最大速度时杆达到最大速度时ab杆的速度大小杆的速度大小f fmgmgF FA AN N(3)若从开始到若

7、从开始到cd杆达到最大速度的过程中拉力杆达到最大速度的过程中拉力F做了做了5.2J的功，通过的功，通过cd杆横截面的电荷量为杆横截面的电荷量为2C，求该过程中，求该过程中ab杆所产生的焦耳热杆所产生的焦耳热第十页，讲稿共二十一页哦3.3.如如图图所所示示，足足够够长长的的光光滑滑平平行行金金属属导导轨轨MNMN、PQPQ竖竖直直放放置置，一一匀匀强强磁磁场场垂垂直直穿穿过过导导轨轨平平面面，导导轨轨的的上上端端M M与与P P间间连连接接阻阻值值为为R R0.400.40的的电电阻阻，质质量量为为m m0.01kg0.01kg、电电阻阻为为r r0.300.30的的金金属属棒棒abab紧紧贴贴

8、在在导导轨轨上上现现使使金金属属棒棒abab由由静静止止开开始始下下滑滑，其其下下滑滑距距离离与与时时间间的的关关系系如如下下表表所所示示，导导轨轨电电阻阻不不计计，重重力力加加速度速度g g取取10m/s10m/s2 2.试求：试求：时间时间t t(s)(s)0 00.10.1 0.20.2 0.30.3 0.40.4 0.50.5 0.60.6 0.70.7下滑距离下滑距离s s(m)(m)0 00.10.1 0.30.3 0.70.7 1.41.4 2.12.1 2.82.8 3.53.5(1)当当t0.7s时，重力对金属棒时，重力对金属棒ab做功的功率；做功的功率；(2)金属棒金属棒a

9、b在开始运动的在开始运动的0.7s内，电阻内，电阻R上产生的焦耳热；上产生的焦耳热；(3)从开始运动到从开始运动到t0.4s的时间内，通过金属棒的时间内，通过金属棒ab的电荷量的电荷量第十一页，讲稿共二十一页哦(1)当当t0.7s时，重力对金属棒时，重力对金属棒ab做功的功率做功的功率(2)金属棒金属棒ab在开始运动的在开始运动的0.7s内，电阻内，电阻R上产生的焦耳热上产生的焦耳热(3)从开始运动到从开始运动到t0.4s的时间内，通过金属棒的时间内，通过金属棒ab的电荷量的电荷量第十二页，讲稿共二十一页哦4.某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示在磁极和圆某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所

10、示在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角均为均为4/9，磁场均，磁场均沿半径方向匝数为沿半径方向匝数为N的矩形线圈的矩形线圈abcd的边长的边长abcdL、bcad2L.线圈以角速度线圈以角速度绕中心轴匀速转动，绕中心轴匀速转动，bc边和边和ad边同边同时进入磁场在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均时进入磁场在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为为B，方向始终与两边的运动方向垂直线圈的，方向始终与两边的运动方向垂直线圈的总电阻为总电阻为r，外，外接电阻为接电阻为R.求：求：(1)线圈切割磁感线时，感应电动势的大小线圈切割磁感线时，感应电动

11、势的大小Em；(2)线圈切割磁感线时，线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小边所受安培力的大小F；(3)外接电阻上电流的有效值外接电阻上电流的有效值I.第十三页，讲稿共二十一页哦5(单选单选)如图如图所示，边长为所示，边长为L的正方形导线框质量为的正方形导线框质量为m，由距，由距磁场磁场H4L/3高处自由下落，其下边高处自由下落，其下边ab进入匀强磁场后，线进入匀强磁场后，线圈圈开始做减速运动开始做减速运动，直到其上边，直到其上边cd刚刚穿出磁场时刚刚穿出磁场时，速度，速度减为减为ab边进入磁场时的一半边进入磁场时的一半，磁场的宽度也为，磁场的宽度也为L，则线框穿，则线框穿越匀强磁场过程中产

12、生的焦耳热为越匀强磁场过程中产生的焦耳热为()A2mgL B.10mgL/3C3mgL D.7mgL/3第十四页，讲稿共二十一页哦6(单选单选)如图如图所示，足够长的所示，足够长的光滑光滑金属导轨金属导轨MN、PQ平行放置，平行放置，且都倾斜着与水平面成夹角且都倾斜着与水平面成夹角.在导轨的最上端在导轨的最上端M、P之间接有之间接有电阻电阻R，不计其他电阻不计其他电阻导体棒导体棒ab从导轨的最底端冲上导轨，从导轨的最底端冲上导轨，当没有磁场时当没有磁场时，ab上升的最大高度为上升的最大高度为H；若存在垂直导轨平若存在垂直导轨平面的匀强磁场时面的匀强磁场时，ab上升的最大高度为上升的最大高度为h

13、.在两次运动过程中在两次运动过程中ab都与导轨保持垂直，且都与导轨保持垂直，且初速度都相等初速度都相等关于上述情景，下关于上述情景，下列说法正确的是列说法正确的是()第十五页，讲稿共二十一页哦7(多选多选)如图如图甲所示，在竖直方向上有甲所示，在竖直方向上有四条间距相等四条间距相等的水平虚的水平虚线线L1、L2、L3、L4，在，在L1L2之间、之间、L3L4之间存在匀强磁场，大之间存在匀强磁场，大小均为小均为1T，方向垂直纸面向里现有一矩形线圈，方向垂直纸面向里现有一矩形线圈abcd，宽度宽度cd0.5m，质量为，质量为0.1kg，电阻为，电阻为2，将其从图示位置，将其从图示位置静止静止释释放

14、放(cd边与边与L1重合重合)，速度随时间的变化关系如图乙所示，速度随时间的变化关系如图乙所示，t1时刻时刻cd边与边与L2重合，重合，t2时刻时刻ab边与边与L3重合，重合，t3时刻时刻ab边与边与L4重合，已知重合，已知t1t2的时间间隔为的时间间隔为0.6s，整个运动过程中线圈平，整个运动过程中线圈平面始终处于竖直方向重力加速度面始终处于竖直方向重力加速度g取取10 m/s2，则，则()A在在0t1时间内，通过线圈的电荷量为时间内，通过线圈的电荷量为0.25CB线圈匀速运动的速度大小为线圈匀速运动的速度大小为8 m/sC线圈的长度为线圈的长度为1mD0t3时间内，线圈产生的热量为时间内，

15、线圈产生的热量为4.2J第十六页，讲稿共二十一页哦dabcdabct1dabct2第十七页，讲稿共二十一页哦8.如图如图所示，两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为所示，两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为，间，间距为距为L.导轨上端接有一平行板电容器，电容为导轨上端接有一平行板电容器，电容为C.导轨处于匀导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为强磁场中，磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨平面在导，方向垂直于导轨平面在导轨上放置一质量为轨上放置一质量为m的金属棒，棒可沿导轨下滑，且在下滑的金属棒，棒可沿导轨下滑，且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触已知金属棒与导轨之间过程中保持与导轨垂直并良好

16、接触已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为的动摩擦因数为，重力加速度大小为，重力加速度大小为g.忽略所有电阻忽略所有电阻让金让金属棒从导轨上端由属棒从导轨上端由静止开始下滑静止开始下滑，求：，求：(1)电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系；大小的关系；(2)金属棒的速度大小随时间变化的关系金属棒的速度大小随时间变化的关系第十八页，讲稿共二十一页哦结论：结论：1.只有在电只有在电容器充电过容器充电过程中，电路程中，电路中才有电路。中才有电路。2.充电过程充电过程UC=E逐渐增逐渐增大，棒必加大，棒必加速运动。速运动。3.棒的棒的a是定是定值，棒做匀值，棒做匀加速运动。加速运动。不可能匀速不可能匀速运动。运动。第十九页，讲稿共二十一页哦第二十页，讲稿共二十一页哦感感谢谢大大家家观观看看第二十一页，讲稿共二十一页哦