2016届高三物理一轮复习ppt课件：第九章第四节电磁感应中的动力学和能量问题.ppt

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1、第九章第四节电磁感应中的第九章第四节电磁感应中的动力学和能量问题动力学和能量问题例例：如如图图所所示示，竖竖直直放放置置的的光光滑滑金金属属轨轨道道处处于于垂垂直直于于纸纸面面向向里里的的磁磁场场中中，轨轨道道上上接接有有一一电电阻阻，一一金金属属杆杆水水平平放放置置在在轨轨道道上上，在在重重力力作作用用下下杆杆由由静静止止开开始始下下滑滑，下下滑滑过过程程中中杆杆与与轨轨道道紧紧密密接接触触。若若杆杆长长为为L，磁磁感感应应强强度度为为B，电电阻阻为为R，回回路路中中其其余余电电阻阻不不计计，试试分分析析杆杆下下滑滑过过程程中中做什么运动？能量转化关系和功能关系如何？做什么运动？能量转化关系

2、和功能关系如何？运动过程运动过程mgBILavImg杆从杆从avIF安安Ek杆到杆到以后，匀速运动以后，匀速运动v、I、Ek、F安安不变不变解题中做好以下四分析：解题中做好以下四分析：分析原因：分析原因：切割磁感线切割磁感线 感应电流感应电流 受安培力受安培力 运动状态变化运动状态变化 切割速度变化切割速度变化趋于或达到稳定状态趋于或达到稳定状态安培力的大小、方向：左手定则安培力的大小、方向：左手定则电路分析、受力分析、运动分析（可结合图像）、电路分析、受力分析、运动分析（可结合图像）、功和能的分析功和能的分析其中：其中：感应电动势、感应电流感应电动势、感应电流方向：楞次定律、右手定则方向：楞

3、次定律、右手定则大小：法拉第电磁感应定律（导体切割）大小：法拉第电磁感应定律（导体切割）功能关系功能关系杆从杆从即即重重力力的的功功等等于于杆杆增增加加的的动动能能和电路中产生的焦耳热之和和电路中产生的焦耳热之和合力的功等于增加的动能合力的功等于增加的动能克克服服安安培培力力所所做做的的功功等等于于电电流流做做的的功功，等于电路中产生的焦耳热等于电路中产生的焦耳热重力的功等于杆减小的重力势能重力的功等于杆减小的重力势能mgBILavImg能量转化关系能量转化关系杆杆从从减减小小的的重重力力势势能能等等于于增增加加的动能和电路中产生的焦耳热的动能和电路中产生的焦耳热杆到杆到以后以后杆动能不变，合

4、力功等于零杆动能不变，合力功等于零即重力的功等于电路中产生的焦耳热即重力的功等于电路中产生的焦耳热杆杆到到以以后后减减小小的的重重力力势势能能等等于电路中产生的焦耳热于电路中产生的焦耳热mgBILavImg解题思路：解题思路：分分析析有有哪哪些些力力做做功功，做做正正功功还还是是负负功功，对对应应什什么么能能量量的的变化变化分析有哪些形式的能参与转化，增加还是减少分析有哪些形式的能参与转化，增加还是减少电电流流做做功功在在电电路路中中将将电电能能转转化化为为其其它它形形式式能能，电电流流做做多多少功，电路中就有多少电能转化为其它形式能。少功，电路中就有多少电能转化为其它形式能。外力克服安培力做

5、功，将其它形式能转化为电能外力克服安培力做功，将其它形式能转化为电能外外力力克克服服安安培培力力做做多多少少功功，就就有有多多少少其其它它形形式式能能转转化化为为电能电能安培力做功与电流做功在数值上相等安培力做功与电流做功在数值上相等理解注意：理解注意：启发：电磁感应中电流产生焦耳热的计算启发：电磁感应中电流产生焦耳热的计算感应电流恒定时感应电流恒定时外外力力为为恒恒力力，感应电流变化感应电流变化动能定理动能定理能量转化与守恒能量转化与守恒焦耳定律焦耳定律1.运动情况分析运动情况分析(一一)电阻单杆电阻单杆*初速度初速度加速度不断减小的减加速度不断减小的减速运动，最后静止。速运动，最后静止。2

6、.能量分析能量分析RRV0 xx电磁感应中的单杆电磁感应中的单杆-导轨模型研究导轨模型研究3.电量分析电量分析1、如如图所示，平行金属所示，平行金属导轨与水平面与水平面间的的倾角角为，导轨电阻不阻不计，与阻，与阻值为R的定的定值电阻相阻相连。匀。匀强磁磁场垂直穿垂直穿过导轨平面，磁平面，磁感感应强度度为B。有一。有一质量量为m、长为l的的导体棒从体棒从ab位置以平行于斜位置以平行于斜面的大小面的大小为v的初速度向上运的初速度向上运动，最，最远到达到达ab的位置。已知的位置。已知ab与与ab之之间的距离的距离为s；导体棒体棒电阻的阻阻的阻值也也为R，与，与导轨之之间的的动摩摩擦因数擦因数为。则（

7、）A上滑上滑过程中程中导体棒受到的最大安培力体棒受到的最大安培力为B上滑到上滑到ab过程中程中电流做功流做功发出的出的热量量C上滑到上滑到ab过程中安培力、滑程中安培力、滑动摩擦力和重力摩擦力和重力对导体棒做的体棒做的总功功为D上滑到上滑到ab过程中程中导体棒机械能减小量体棒机械能减小量为(二二)电阻单杆电阻单杆*恒力（初速为恒力（初速为0）1.运动情况分析运动情况分析加速度不断减小的加速加速度不断减小的加速运动，最后匀速运动。运动，最后匀速运动。2.能量分析能量分析3.电量分析电量分析RxFF2、如如图所示，水平面内两光滑的平行金属所示，水平面内两光滑的平行金属导轨，左端与，左端与电阻阻R相

8、相连接，匀接，匀强磁磁场B竖直向下分布在直向下分布在导轨所在的空所在的空间内，内，质量一定的金属棒垂直于量一定的金属棒垂直于导轨并与并与导轨接触良好今接触良好今对金属棒施金属棒施加一个水平向右的外力加一个水平向右的外力F，使金属棒从，使金属棒从a位置开始向右做初速度位置开始向右做初速度为零的匀加速运零的匀加速运动，依次通，依次通过位置位置b和和c。.若若导轨与金属棒的与金属棒的电阻不阻不计，ab与与bc的距离相等，关于金属棒在运的距离相等，关于金属棒在运动过程中的程中的有关有关说法正确的是法正确的是()A金属棒通金属棒通过b、c两位置两位置时，外力，外力F的大小之比的大小之比为1 B金属棒通金

9、属棒通过b、c两位置两位置时，电阻阻R的的电功率之比功率之比为1 2C从从a到到b和从和从b到到c的两个的两个过程中，通程中，通过金属棒横截面的金属棒横截面的电荷荷量之比量之比为1 1D从从a到到b和从和从b到到c的两个的两个过程中，程中，电阻阻R上上产生的生的热量之比量之比为1 13、如图所示，倾斜的平行导轨处在匀强磁场中，导轨上、如图所示，倾斜的平行导轨处在匀强磁场中，导轨上、下两边的电阻分别为下两边的电阻分别为R13和和R26，金属棒，金属棒ab的电阻的电阻R34，其余电阻不计。则金属棒，其余电阻不计。则金属棒ab沿着粗糙的导轨加速下沿着粗糙的导轨加速下滑的过程中滑的过程中A、安培力对金

10、属棒做功等于金属棒机械能的减少量、安培力对金属棒做功等于金属棒机械能的减少量B、重力和安培力对金属棒做功之和大于金属棒动能的增量、重力和安培力对金属棒做功之和大于金属棒动能的增量C、R1和和R2发热功率之比发热功率之比P1:P21:2D、R1、R2和和R3产生的焦耳热之比产生的焦耳热之比Q1:Q2:Q32:1:64、如如图甲所示，甲所示，MN、PQ为间距距L=0.5m足足够长的平行的平行导轨，NQMN，导轨的的电阻均不阻均不计。导轨平面与水平面平面与水平面间的的夹角角=370，NQ间连接有一个接有一个R=4的的电阻。有一匀阻。有一匀强磁磁场垂直垂直于于导轨平面且方向向上，磁感平面且方向向上，磁

11、感应强度度为B0=1T。将一根。将一根质量量为m=0.05kg的金属棒的金属棒ab紧靠靠NQ放置在放置在导轨上，且与上，且与导轨接接触良好。触良好。现由静止由静止释放金属棒，当金属棒滑行至放金属棒，当金属棒滑行至cd处时达到达到稳定速度，已知在此定速度，已知在此过程中通程中通过金属棒截面的金属棒截面的电量量q=0.2C，且金属棒的加速度且金属棒的加速度a与速度与速度v的关系如的关系如图乙所示，乙所示，设金属棒沿金属棒沿导轨向下运向下运动过程中始程中始终与与NQ平行。取平行。取g=10m/s2。求：。求：（1）金属棒与）金属棒与导轨间的的动摩擦因数摩擦因数；（2）cd离离NQ的距离的距离s；（3

12、）金属棒滑行至）金属棒滑行至cd处的的过程中，程中，电阻阻R上上产生的生的热量；量；V V0 0C C(三三)电容电容*单杆单杆*初速度初速度杆做加速度逐渐减小的减速运动，杆做加速度逐渐减小的减速运动，最后做匀速运动，且最后做匀速运动，且VVVV0 0FC(四四)电容电容*单杆单杆*拉力拉力杆做匀加速运动杆做匀加速运动5、如如图所示，两条平行所示，两条平行导轨所在平面与水平地面的所在平面与水平地面的夹角角为，导轨上端接有一平行板上端接有一平行板电容器，容器，导轨处于方向垂直于于方向垂直于导轨平面平面的匀的匀强磁磁场中，在中，在导轨上放置一金属棒，上放置一金属棒，导轨及金属棒的及金属棒的电阻阻不

13、不计t=0时刻，金属棒由静止刻，金属棒由静止释放，金属棒沿放，金属棒沿导轨下滑，在下滑，在下滑下滑过程中始程中始终保持与保持与导轨垂直并垂直并良好接触，若用良好接触，若用x、a、EK、EP分分别表示，金属棒下滑的位移大表示，金属棒下滑的位移大小、加速度大小、小、加速度大小、动能和重力能和重力势能（以斜面底端所在水平面能（以斜面底端所在水平面为零零势面），面），t表示表示时间，则下列下列图象能正确描述象能正确描述这一运一运动过程的是（）程的是（）ABCD6、在甲、乙、丙三图中，除导体棒、在甲、乙、丙三图中，除导体棒ab可动外，其余部分均固定可动外，其余部分均固定不动，甲图中的电容器不动，甲图中的

14、电容器C原来不带电设导体棒、导轨和直流电原来不带电设导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，导体棒和导轨间的摩擦也不计图中装置源的电阻均可忽略，导体棒和导轨间的摩擦也不计图中装置均在水平面内，且都处于方向垂直水平面均在水平面内，且都处于方向垂直水平面(即纸面即纸面)向下的匀强磁向下的匀强磁场中，导轨足够长今给导体棒场中，导轨足够长今给导体棒ab一个向右的初速度一个向右的初速度V0在甲、在甲、乙、丙三种情形下导体棒乙、丙三种情形下导体棒ab的最终运动状态是的最终运动状态是()A三种情形下导体棒三种情形下导体棒ab最终均做匀速运动最终均做匀速运动B甲、丙中，甲、丙中，ab棒最终将以不同的速度做匀速运

15、动；乙中，棒最终将以不同的速度做匀速运动；乙中，ab棒最终静止棒最终静止C甲、丙中，甲、丙中，ab棒最终将以相同的速度做匀速运动；乙中，棒最终将以相同的速度做匀速运动；乙中，ab棒最终静止棒最终静止D三种情形下导体棒三种情形下导体棒ab最终均静止最终均静止如图所示，光滑的平行水平金属导轨MN、PQ相距L，在MP之间接一个阻值为R的电阻，在两导轨间cdfe矩形区域内有垂直导轨平面竖直向上、宽为d的匀强磁场，磁感应强度为B。一质量为m、电阻为r、长度也刚好为L的导体棒ab垂直放在导轨上，与磁场左边界相距d。现用一个水平向右的力F拉棒ab，使它由静止开始运动，其ab离开磁场前已做匀速直线运动棒ab与

16、导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，F随ab与初始位置的距离x变化的情况如图所示，F0已知。下列判断正确的是：A棒ab在ac之间的运动一定是匀加速直线运动B棒ab在ce之间不可能一直做匀速运动C棒ab离开磁场时的速率为D棒ab经过磁场的过程中，通过电阻R的电量为如图，左侧接有定值电阻的光滑导轨处于垂直纸面向外的匀强磁场中，导轨间距为L，一质量为m阻值不计的金属棒由静止开始在恒定拉力F作用下从CD处沿导轨向左加速运动。从金属棒开始运动起，磁感强度随时间变化关系为Bkt，当金属棒移动距离d至磁场右边界EF，磁场磁感强度即保持不变，恰能使金属棒在磁场中作匀速直线运动。匀强磁场区域中GH与EF相距为2

17、d。下列判断正确的是（）（A）金属棒进入磁场前后回路中感应电流方向不变（B）当磁场保持不变后磁感强度大小Bk（C）导轨左侧定值电阻阻值Rk2L2（D）金属棒从CD运动至GH过程中全电路产生的焦耳热为Q2Fd如图所示，如图所示，ACD、EFG为两根相距为两根相距L的足够长的金属直角的足够长的金属直角导轨，它们被竖直固定在绝缘水平面上，导轨，它们被竖直固定在绝缘水平面上，CDGF面与水平面与水平面成面成角两导轨所在空间存在垂直于角两导轨所在空间存在垂直于CDGF平面向上的匀平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为强磁场，磁感应强度大小为B两根质量均为两根质量均为m、长度均为、长度均为L的金属细杆的金属

18、细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数均为导轨之间的动摩擦因数均为，两金属细杆的电阻均为，两金属细杆的电阻均为R，导轨电阻不计当导轨电阻不计当ab以速度以速度v1沿导轨向下匀速运动时，沿导轨向下匀速运动时，cd杆也正好以速度杆也正好以速度v2向下匀速运动向下匀速运动重力加速度为重力加速度为g以下说法正以下说法正确的是（确的是（）A回路中的回路中的电流流为Bab杆所受摩擦杆所受摩擦为mgsinCcd杆所受摩擦力杆所受摩擦力为（mgsin+）D与与v1大小的关系大小的关系为=边长为l的光滑正方形线圈置于水平桌面上，水平桌面上有竖直向下匀强

19、磁场，磁感应强度为B，线框左边接一电阻R（体积可忽略），右端接一电容为C的电容器，其余电阻不计，如图所示。一长度大于l、电阻忽略不计的金属棒ab中部接有一理想二极管（导通时电阻为0，截止时电阻无穷大），现用垂直于棒的水平外力作用于金属棒，使其从贴近电阻R处以速度v匀速运动到正方形中点处停止。（1）分析此过程外力变化特点（2）求此过程中通过R的电量是多少？（3）若将电容C换成一个电阻为r的直流电动机，则金属棒仍以速度匀速运动时，此时的拉力是在原电路中拉力最小值的4倍，求电动机的输出功率？如图甲所示，两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ被固定在水平面上，导轨间距L0.6m，两导轨的左端用导线连接

20、电阻R1及理想电压表，电阻r2的金属棒垂直于导轨静止在AB处；右端用导线连接电阻R2，已知R12，R21，导轨及导线电阻均不计。在矩形区域CDEF内有竖直向上的磁场，CE0.2m，磁感应强度随时间的变化如图乙所示。在t=0时刻开始，对金属棒施加一水平向右的恒力F，从金属棒开始运动直到离开磁场区域的整个过程中电压表的示数保持不变。求：（1）t0.1s时电压表的示数；（2）恒力F的大小；（3）从t0时刻到金属棒运动出磁场的过程中整个电路产生的热量Q；（4）求整个运动过程中通过电阻R2的电量q一水平匀速运动的传送带，右侧通过小圆弧连接光滑金属导轨，金属导轨与水平面成=30角，传送带与导轨宽度均为L=

21、1m。沿导轨方向距导轨顶端x1=0.7m到x2=2.4m之间存在垂直于导轨平面的匀强磁场区域abcd，ab、cd垂直于平行导轨，磁感应强度为B=1T。将质量均为m=0.1kg的导体棒P、Q相隔t=0.2s分别从传送带的左端自由释放，两导体棒与传送带间的动摩擦因数均为=0.1，两棒到达传送带右端时已与传送带共速。导体棒P、Q在导轨上运动时，始终与导轨垂直且接触良好，P棒进入磁场时刚好匀速运动，Q棒穿出磁场时速度为4.85m/s。导体棒P、Q的电阻均为R=4，导轨电阻不计，g=10m/s2求：（1）传送带运行速度v0；（2）定性画出导体棒P的两端的电压U随时间t的变化关系（从进入磁场开始计时）？（

22、3）从导体棒P、Q自由释放在传送带上开始，到穿出磁场的过程中产生的总内能？如图所示，两条平行的金属导轨相距L=lm，水平部分处在竖直向下的匀强磁场B1中，倾斜部分与水平方向的夹角为37，处于垂直于斜面的匀强磁场B2中，两部分磁场的大小均为0.5T。金属棒MN和PQ的质量均为m=0.2kg，电阻分别为RMN=0.5和RPQ=1.5。MN置于水平导轨上，与水平导轨间的动摩擦因数=0.5，PQ置于光滑的倾斜导轨上，两根金属棒均与导轨垂直且接触良好。从t=0时刻起，MN棒在水平外力F1的作用下由静止开始以a=2m/s2的加速度向右做匀加速直线运动，PQ则在平行于斜面方向的力F2作用下保持静止状态。不计

23、导轨的电阻，水平导轨足够长，MN始终在水平导轨上运动。求：（1）t=5s时，PQ消耗的电功率；（2）t=02.0s时间内通过PQ棒的电荷量；（3）规定图示F1、F2方向作为力的正方向，分别求出F1、F2随时间t变化的函数关系；（4）若改变F1的作用规律，使MN棒的运动速度v与位移s满足关系：v=0.4s，PQ棒仍然静止在倾斜轨道上。求MN棒从静止开始到s=5m的过程中，F1所做的功。在光滑的水平面上方，有两个磁感应强度大小均为在光滑的水平面上方，有两个磁感应强度大小均为B，方向相反的水平匀强磁场，如图，方向相反的水平匀强磁场，如图PQ为两个磁场为两个磁场的边界，磁场范围足够大一个边长为的边界，

24、磁场范围足够大一个边长为a、质量为、质量为m、电阻为、电阻为R的金属正方形线框，以速度的金属正方形线框，以速度v垂直磁场方垂直磁场方向从如图实线（向从如图实线（I）位置开始向右运动，当线框运动）位置开始向右运动，当线框运动到分别有一半面积在两个磁场中的如图（到分别有一半面积在两个磁场中的如图（II）位置时，）位置时，线框的速度为线框的速度为v/2，则下列说法正确的是（），则下列说法正确的是（）A图（图（II）时线框中的电功率为）时线框中的电功率为B此过程中回路产生电能为此过程中回路产生电能为C图（II）时线框的加速度为D此过程中通过线框截面电量为作业作业阅读教材选修阅读教材选修3-2：P11、

25、P18的例的例题及题后思考和小结题及题后思考和小结两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角为两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角为的斜面上，导轨的的斜面上，导轨的左端接有电阻左端接有电阻R，导轨的电阻可忽略不计，斜面处在一匀强磁，导轨的电阻可忽略不计，斜面处在一匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上，质量为场中，磁场方向垂直斜面向上，质量为m、电阻可不计的金、电阻可不计的金属棒属棒ab，在沿着斜面、与棒垂直的恒力，在沿着斜面、与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上作用下沿导轨匀速上滑，并上升高度滑，并上升高度h。如图所示，在这个过程中（。如图所示，在这个过程中（）A作用在金属棒上的合力所做的功等于零作用在金属棒

26、上的合力所做的功等于零B作用在金属棒上的各个力的合力所做的功等于作用在金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻与电阻R上发出的焦耳热之和上发出的焦耳热之和C恒力恒力F与安培力有合力所做的功等于零与安培力有合力所做的功等于零D恒力恒力F与重力的合力所做的功等于电阻与重力的合力所做的功等于电阻R上发出的焦耳热上发出的焦耳热如图所示，水平放置的光滑平行金属导轨上有一质量为如图所示，水平放置的光滑平行金属导轨上有一质量为m的的金属棒金属棒ab。导轨的一端连接电阻。导轨的一端连接电阻R，其它电阻均不计，磁感，其它电阻均不计，磁感应强度为应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向下，金属棒的匀强磁场垂直于导轨平面向下，金属棒ab在一在一水平恒力水平恒力F作用下由静止开始向右运动。则作用下由静止开始向右运动。则A随着随着ab运动速度的增大，其加速度也增大运动速度的增大，其加速度也增大B外力外力F对对ab做的功等于电路中产生的电能做的功等于电路中产生的电能C当当ab做匀速运动时，外力做匀速运动时，外力F做功的功率等于电路中的做功的功率等于电路中的电功率电功率D无论无论ab做何种运动，它克服安培力做的功一定等于电做何种运动，它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能路中产生的电能