电磁感应力学综合专题 (2)(教育精品).ppt

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1、命题指导思想：注重基础，突出能力，稳中发展。力电主导地位：力电主导地位：年份年份 总分总分 力学力学电学电学热学热学 光学光学 原子原子核原子原子核04120614166605120583861260612067356660712063336126081206240666近近5年高考回顾年高考回顾电磁感应现象中的电磁感应现象中的力学力学综合问题综合问题电磁感应现象电磁感应现象自感自感现象现象产生电磁感应现象的条件产生电磁感应现象的条件感应电动势的大小感应电动势的大小E=n/tE=BLv感应电流的方向感应电流的方向楞次定律楞次定律右手定则右手定则应用牛顿第二定律，解决导体切割磁感应线运动问题应用

2、牛顿第二定律，解决导体切割磁感应线运动问题应用动量定理、动量守恒定律解决导体切割磁感应线运动问题应用动量定理、动量守恒定律解决导体切割磁感应线运动问题应用能的转化和守恒定律解决电磁感应问题应用能的转化和守恒定律解决电磁感应问题知识结构知识结构 如如图图所所示示，在在方方向向竖竖直直向向上上的的磁磁感感应应强强度度为为B B的的匀匀强强磁磁场场中中，有有两两条条足足够够长长的的光光滑滑平平行行金金属属导导轨轨，其其电电阻阻不不计计，间间距距为为L L，导导轨轨平平面面与与磁磁场场方方向向垂垂直直。abab、cdcd为为两两根根垂垂直直导导轨轨放放置置的的、电电阻阻都都为为R R、质质量量都都为为

3、m m的的金金属属棒棒,两两者者相相距距为为x x0 0。棒棒cdcd用用能承受最大拉力为能承受最大拉力为T T0 0的水平细线拉住，问：的水平细线拉住，问：（一一）用用水水平平向向右右的的恒恒力力F F拉拉动动abab棒棒，设设细细线线始始终终未未被被拉拉断断，则则abab棒棒此此后后做做什什么么运运动动？最最终终速速度度为为多少？多少？【例题例题】【分析】FAaIab 在在F作用下向右加速运动，切割磁感应线，产生作用下向右加速运动，切割磁感应线，产生感应电流，感应电流又受到磁场的作用力感应电流，感应电流又受到磁场的作用力FA，怎样表述清楚一个运动？怎样表述清楚一个运动？三要素：初状态、加速

4、度、速度三要素：初状态、加速度、速度a=(F-FA)/m，FA=BIL，I=BLV/2R最后，当最后，当FA=F 时，时，a=0，速度达到最大速度达到最大F=FA=BIL=B2 L2 vm/2R vm=2FR/B2 L2可见可见a减小减小vm称为收尾速度称为收尾速度.又解又解：匀速运动时，拉力：匀速运动时，拉力所做的功使机械能转化为所做的功使机械能转化为电阻电阻R上的内能，即上的内能，即机械功机械功率热功率。率热功率。F vm=I2。2R=B2 L2 v2 m/2R vm=2FR/B2 L2你你还有其它解法吗？还有其它解法吗？v？运动运动（二）二）棒棒abab在水平拉力在水平拉力F F的作用下

5、以加速度的作用下以加速度a a由静止开始向右做匀加速直线运动，由静止开始向右做匀加速直线运动，在时刻在时刻t，ab棒的速度棒的速度va t棒中感应电动势为棒中感应电动势为EB L vB L a t棒中的感应电流为棒中的感应电流为 I由牛顿第二定律由牛顿第二定律 FBILma得得 F=解：解：【分析】FBILmaIE/2REB L vva t（1 1）线断以前）线断以前力力F随时间随时间t 的变化规律的变化规律?解：细线拉断时满足解：细线拉断时满足 BIL=T0FA （2）经时间）经时间t t0 0细线将被拉断，则细线将被拉断，则t t0 0 为多大？此时拉为多大？此时拉力力F F为多大？为多大

6、？即 T0 t t0 0=TFA平衡平衡F合合=0【分析】vEIFAcd棒原先静止状态棒原先静止状态T 随之增大随之增大.即即 TFA对对ab根据牛顿第二定律有根据牛顿第二定律有F FAma得 FT0ma两棒的安培力大小相等两棒的安培力大小相等,对对ab棒棒:？能否从以上三题能否从以上三题归纳出解力学题的归纳出解力学题的基本步骤基本步骤1.【分析】受力受力运动运动研究对象研究对象一个确定一个确定二个分析二个分析状态状态过程过程初初末末2.【找出正确物理规律找出正确物理规律】3.【列方程列方程】解题基本步骤解题基本步骤 FAFA（3）若经过时间）若经过时间t0线断的同时撤去外力线断的同时撤去外力

7、F，此后两此后两根棒各做什么运动？根棒各做什么运动？此后的运动过程中两棒产生的热量是多少此后的运动过程中两棒产生的热量是多少？此后的过程中此后的过程中cd棒消耗的电能是多少？棒消耗的电能是多少？运动情况运动情况：ab棒向右减速运动棒向右减速运动(a减小减小)，cd 棒向棒向右加速运动右加速运动(a减小减小)，当两者速度相等时，当两者速度相等时,a=0,两两者一起以共同速度者一起以共同速度V匀速运动。匀速运动。*最终两棒运动稳定时相距多远？最终两棒运动稳定时相距多远？此后的运动过程中两棒产生的热量是多少？此后的运动过程中两棒产生的热量是多少？mv0=2mv根据能量转化和守恒定律，两棒产生的热量根

8、据能量转化和守恒定律，两棒产生的热量 Q=E初E末 mvmv0 02 2-2mv-2mv2 2 得得 v=v0/2=mv v0 02 2?V0ab棒匀加速运动直到线拉断，故棒匀加速运动直到线拉断，故a t t0 0由以上解得由以上解得 Q系统合外力为零，根据动量守恒系统合外力为零，根据动量守恒这这一一小小题题分分数数得得全全了了吗吗此后的过程中此后的过程中cdcd棒消耗的电能是多少？棒消耗的电能是多少？【分析】1.是否就等于是否就等于cd棒产生的热量棒产生的热量?2.是否为安培力对是否为安培力对cd棒做的功棒做的功?Ecd=Qcd+Ek根据能量守恒和转化定律根据能量守恒和转化定律,对对cd棒有

9、棒有=Q+mvmv2 2=mv v0 02 2=A.ab棒克服安培力做的功是否等于安培力对棒克服安培力做的功是否等于安培力对cd做的功做的功?C.该系统的能量转化情况究竟是怎样的呢该系统的能量转化情况究竟是怎样的呢?思考思考?B.系统产生的热量跟那个功有关系统产生的热量跟那个功有关?怎么会等于总怎么会等于总热量热量?B =BL*最终两棒运动稳定时相距多远？最终两棒运动稳定时相距多远？(提示提示1:【分析】两棒都是变加速运动，求距离不能运用运两棒都是变加速运动，求距离不能运用运动学公式，能否用功和能观点呢？动学公式，能否用功和能观点呢？从从电量的角度电量的角度)设线断后经过时间设线断后经过时间两

10、棒达共同速度，则通两棒达共同速度，则通过每一根金属棒的电量过每一根金属棒的电量 q t 而而故故 q （x2x1）其中其中x1为线断时刻为线断时刻ab棒距棒距cd棒的距离棒的距离X2为两棒最终的相对距离为两棒最终的相对距离+x0 故故 x1 a t t0 02 2X1=?图示图示*最终两棒运动稳定时相距多远？最终两棒运动稳定时相距多远？Fv0vvcdcdababab x2 x0线断线断B =BL*最终两棒运动稳定时相距多远？最终两棒运动稳定时相距多远？(提示提示1:【分析】两棒都是变加速运动，求距离不能运用运两棒都是变加速运动，求距离不能运用运动学公式，能否用功和能观点呢？动学公式，能否用功和

11、能观点呢？从从电量的角度电量的角度)设线断后经过时间设线断后经过时间两棒达共同速度，则通两棒达共同速度，则通过每一根金属棒的电量过每一根金属棒的电量 q t 而而故故 q （x2x1）其中其中x1为线断时刻为线断时刻ab棒距棒距cd棒的距离棒的距离X2为两棒最终的相对距离为两棒最终的相对距离+x0 故故 x1 a t t0 02 2X X1 1=?图示图示*最终两棒运动稳定时相距多远？最终两棒运动稳定时相距多远？Fv0vvcdcdababab x2 x1 x0线断线断B =BL*最终两棒运动稳定时相距多远？最终两棒运动稳定时相距多远？(提示提示1:【分析】两棒都是变加速运动，求距离不能运用运两

12、棒都是变加速运动，求距离不能运用运动学公式，能否用功和能观点呢？动学公式，能否用功和能观点呢？从从电量的角度电量的角度)设线断后经过时间设线断后经过时间两棒达共同速度，则通两棒达共同速度，则通过每一根金属棒的电量过每一根金属棒的电量 q t 而而故故 q （x2x1）其中其中x1为线断时刻为线断时刻ab棒距棒距cd棒的距离棒的距离X2为两棒最终的相对距离为两棒最终的相对距离+x0 故故 x1 a t t0 02 2X1=?图示图示怎么求电量呢？怎么求电量呢？（提示（提示2：从动量定理角度）从动量定理角度）cd棒从初速为零加速到共同速度棒从初速为零加速到共同速度v,根据动量定理根据动量定理 BL

13、 t=mv0因为因为 q t所以所以BLq =m v=由以上各式解得由以上各式解得X2 （m ）x0电磁感应中的力学综合问题电磁感应中的力学综合问题1.平衡平衡2.动力学动力学3.动量动量4.功和能功和能F合合=0F合合0（F合合ma）动量守恒动量守恒动量定理动量定理功能关系功能关系动能定理动能定理守恒定律守恒定律运动学公式运动学公式解题操作要点解题操作要点一个确定一个确定二个分析二个分析研究对象研究对象受力受力、运动（过程、状态）、运动（过程、状态）【小结小结】找出正确的物理规律，列方程找出正确的物理规律，列方程匀变速匀变速（习题习题3 3）设导体棒的初速度为）设导体棒的初速度为v v0 0

14、，由动能的定义式由动能的定义式 得得 设初始时刻产生的感应电动势为设初始时刻产生的感应电动势为E E，由法拉第电磁感由法拉第电磁感应定律得：应定律得：设初始时刻回路中产生的电流为设初始时刻回路中产生的电流为I I，由闭合电路的欧姆定律得：由闭合电路的欧姆定律得：设初始时刻导体棒受到的安培力为设初始时刻导体棒受到的安培力为F F，由安培力公式得：由安培力公式得：（2 2）从初始时刻到最终导体棒静止的过程中，导体棒减少的）从初始时刻到最终导体棒静止的过程中，导体棒减少的机械能一部分转化为弹簧的弹性势能，另一部分通过克服安培机械能一部分转化为弹簧的弹性势能，另一部分通过克服安培力做功转化为电路中的电能，因在电路中只有电阻，电能最终力做功转化为电路中的电能，因在电路中只有电阻，电能最终全部转化为电阻上产生的焦耳热全部转化为电阻上产生的焦耳热Q Q。当导体棒静止时，棒受力平当导体棒静止时，棒受力平衡，此时导体棒的位置比初始时刻降低了衡，此时导体棒的位置比初始时刻降低了h h，则则 由能的转化和守恒定律得：由能的转化和守恒定律得：