2023年电磁感应与力学能量综合问题精品讲义.pdf

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1、学习必备 欢迎下载 电磁感应与力学、能量的综合问题 教学目标 知识与技能：1、加强感应电动势的求算公式、楞次定律、右手定则与左手定则的理解与应用 2、能深入理解并熟练处理电磁感应若干综合问题（电路、力学、能量、图像）过程与方法：问题分类处理，讲练一一对应，注重同一类问题的方法总结。情感、态度、价值观：提高学生的分析综合能力和解决实际问题的能力，帮助学生克服畏难的情绪。重难点 1.电磁感应中的动力学问题 2.电磁感应中的能量问题 教学过程：一、知识点回顾：1 力：F安=F合=电源：2 电与磁 电路：电量：1.求解电磁感应中电路问题的关键是清楚内电路和外电路。“切割”磁感线的导体和磁通量变化的线圈

2、都相当于“电源”，该部分导体的电阻，相当于内电阻，而其余部分的电路则是外电路。2.几个公式：电源内部电流由负极到正极 感生电动势 动生电动势 E=BLv（B、L、v 两两垂直）22BLE tNBSEsin 感生电荷量与磁通量变化的时间无关，q 为通过电源的总电荷量。3.解决此类问题的基本步骤：定电源 画电路 列方程 二、电磁感应与动力学问题 例 1 如图所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距1m，导轨平面与水平面成=37角，下端连接阻值为 R的电阻匀强磁场方向与导轨平面垂直质量为 0.2kg、电阻不计的金属棒放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，它们之间的动摩擦因数为

3、 0.25.求(1)金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小；(2)当金属棒下滑速度达到稳定时，电阻 R消耗的功率为 8W，求该速度的大小；(3)在上问中，若 R=2，金属棒中的电流方向由 a 到 b，求磁感应强度的大小和方向(g=10m/s2，sin37=0.6，)学习必备 欢迎下载 方法总结：电磁感应和力学问题的综合，其联系桥梁是磁场对感应电流的安培力，因为感应电流与导体运动的加速度有相互制约的关系，这类问题中的导体一般不是做匀变速运动，而是经历一个动态变化过程再趋于一个稳定状态，故解这类问题时正确进行动态分析确定最终状态是解题的关键。1.受力情况、运动情况的动态分析、思考路线是：导体受力

4、运动产生感应电动势感应电流通电导体受安培力合外力变化加速度变化速度变化感应电动势变化，周而复始地循环，直至最终达到稳定状态，此时加速度为零，而速度 v 通过加速达到最大值，做匀速直线运动或通过减速达到稳定值做匀速直线运动。2.解决此类问题的基本步骤（1）用法拉第电磁感应定律和楞次定律（包括右手定则）求出感应电动势的大小和方向。（2）依据全电路欧姆定律，求出回路中的电流强度。（3）分析导体的受力情况（包含安培力，可利用左手定则确定所受安培力的方向）。（4）列出动力学方程或平衡方程，或运动学方程，或能量守恒方程，然后求解。变式训练：如图所示，电阻不计的平行金属导轨 MN和 OP水平放置，MO间接有

5、阻值为 R的电阻，导轨相距为 d，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感强度为 B 质量为 m、电阻为 r 的导体棒 CD垂直于导轨放置，并接触良好用平行于 MN的恒力F向右拉动CD，CD受恒定的摩擦阻力 f，已知Ff 问：(1)CD 运动的最大速度是多少?(2)当CD达到最大速度后，电阻R消耗的电功率是多少?(3)当 CD的速度是最大速度的1/3 时，CD的加速度是多少?三、电磁感应与能量问题 例 2（杆的模型）如图所示，两根正对的平行金属直轨道MN、MN位于同一水平面上，两轨道之间的距离l=0.50m.轨道的MM端之间接一阻值R=0.40 的定值电阻，NN端与两条位于竖直面内的半圆形光滑金属轨道N

6、P、NP平滑连接，两半圆轨道的半径均为R0=0.50m.直轨道的右端处于竖直向下、磁感应强度B=0.64T 的匀强磁场中，磁场区域的宽度d=0.80m，且其右边界与NN重合现有一质量m=0.20kg、电阻r=0.10 的导体杆ab静止在距磁场的左边界s=2.0m处在与杆垂直的水平恒力F=2.0N 的作用下ab杆开始运动，当运动至磁场的左边界时撤去F，结果导体杆ab恰好能以最小速度通过半圆形轨道的最高点PP.已知导体杆ab在运动过程中与轨道接触良好，且始终与轨道垂直，导体杆ab与直轨道之间的动摩擦因数=0.10，轨道的电阻可忽略不计，取g=10m/s2，(保留两位小数)求：(1)导体杆刚进入磁场

7、时，通过导体杆上的电流大小和方向；(2)导体杆穿过磁场的过程中通过电阻R上的电处理讲练一一对应注重同一类问题的方法总结情感态度价值观提高学生磁电路电量求解电磁感应中电路问题的关键是清楚内电路和外电路切割动势两两垂直感生电荷量与磁通量变化的时间无关为通过电源的总电荷学习必备 欢迎下载 荷量；(3)导体杆穿过磁场的过程中整个电路中产生的焦耳热 方法总结：电磁感应中的能量转化问题 1.电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程，电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用。因此要维持安培力存在，必须有“外力”克服安培力做功。此过程中，其他形式的能转化为电能。“外力”克服安培力做多少功，就有

8、多少其他形式的能转化为电能。当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能。同理，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能。2.电能求解思路主要有三种：利用克服安培力求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功；利用能量守恒求解：开始的机械能总和与最后的机械能总和之差等于产生的电能；利用电路特征来求解：通过电路中所产生的电能来计算。3.解电磁感应现象中的能量守恒问题的一般步骤：在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源。分析清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化，

9、应特别注意对下面第c 条的理解和应用。a.有摩擦力做功，必有内能产生；b.有重力做功，重力势能必然发生变化；c.克服安培力做功，必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能；d.如果是安培力做正功，就是电能转化为其他形式的能。列有关能量的关系式。2.解决此类问题的一般步骤（1）明确图象的种类，即是Bt 图还是图，或者 Et 图、It 图等。（2）分析电磁感应的具体过程。（3）结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿定律等规律写出函数方程,根据函数方程，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等。（4）画图象或判断图象。3、方法：对照法、筛选法、排除法、特殊代入法、极限法等 变

10、式训练：如图 4 所示,两条足够长的平行光滑金属导轨,与水平面的夹角为 ,该空间存在着两个磁感应强度大小均为B的匀强磁场区域和,区域的磁场方向垂直导轨平面向下,区域的磁场方向垂直导轨平面向上,两匀强磁场在斜面上的宽度均为 L,一个质量为 m、电阻为 R、边长为 L 的正方形金属线框,由静止开始沿导轨下滑,当线圈运动到ab 边刚越过 ee即做匀速直线运动;当线框刚好有一半进入磁场区域时,线框又恰好做匀速直线运动.求:(1)当线框刚进入磁场区域时的速度 v.(2)当线框刚进入磁场区域时的加速度.(3)当线框刚进入磁场区域到刚好有一半进入磁场区域的过程中产生的热量Q.处理讲练一一对应注重同一类问题的方法总结情感态度价值观提高学生磁电路电量求解电磁感应中电路问题的关键是清楚内电路和外电路切割动势两两垂直感生电荷量与磁通量变化的时间无关为通过电源的总电荷学习必备 欢迎下载 课后练习 处理讲练一一对应注重同一类问题的方法总结情感态度价值观提高学生磁电路电量求解电磁感应中电路问题的关键是清楚内电路和外电路切割动势两两垂直感生电荷量与磁通量变化的时间无关为通过电源的总电荷