电磁感应的动力学和能量问题.ppt

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1、1安培力的大小安培力的大小讲授人：周正祥讲授人：周正祥1 2安培力的方向安培力的方向 (1)先用先用 确定感应电流方向，再用确定感应电流方向，再用 确定安培力方向。确定安培力方向。(2)根据楞次定律，安培力方向一定和导体切割磁感根据楞次定律，安培力方向一定和导体切割磁感线运动方向线运动方向 。2 1电磁感应中动力学问题的动态分析电磁感应中动力学问题的动态分析 联系电磁感应与力学问题的桥梁是磁场对电流的安培联系电磁感应与力学问题的桥梁是磁场对电流的安培力，由于感应电流与导体切割磁感线运动的加速度有着相力，由于感应电流与导体切割磁感线运动的加速度有着相互制约关系，因此导体一般不是匀变速直线运动，而

2、是经互制约关系，因此导体一般不是匀变速直线运动，而是经历一个动态变化过程再趋于一个稳定状态，分析这一动态历一个动态变化过程再趋于一个稳定状态，分析这一动态过程的基本思路是：过程的基本思路是：34 2两种状态处理两种状态处理 (1)导体处于平衡态导体处于平衡态静止或匀速直线运动状态。静止或匀速直线运动状态。处理方法：根据平衡条件处理方法：根据平衡条件合外力等于零，列式合外力等于零，列式分析。分析。(2)导体处于非平衡态导体处于非平衡态加速度不为零。加速度不为零。处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析。关系分析。3电磁感应中的动力学

3、临界问题电磁感应中的动力学临界问题 (1)解决这类问题的关键是通过运动状态的分析，寻找过程解决这类问题的关键是通过运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度为最大值或最小值的条件。中的临界状态，如速度、加速度为最大值或最小值的条件。51.如图如图941所示，金属棒所示，金属棒AB垂直跨搁在位垂直跨搁在位 于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，棒于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，棒 与导轨接触良好，棒与导轨接触良好，棒AB和导轨的电阻均忽略和导轨的电阻均忽略 图图941 不计，导轨左端接有电阻不计，导轨左端接有电阻R，垂直于导轨平面的匀强磁场，垂直于导轨平面的匀强磁场 向下穿过平面，现

4、以水平向右的恒力向下穿过平面，现以水平向右的恒力F拉着棒拉着棒AB向右移动，向右移动，t秒末棒秒末棒AB的速度为的速度为v，移动距离为，移动距离为x，且在，且在t秒内速度大小秒内速度大小 一一直在变化，则下列判断正确的是直在变化，则下列判断正确的是 ()67 4解题步骤解题步骤 (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律、右手定则确定用法拉第电磁感应定律和楞次定律、右手定则确定感应电动势的大小和方向。感应电动势的大小和方向。(2)应用闭合电路欧姆定律求出电路中的感应电流的应用闭合电路欧姆定律求出电路中的感应电流的大小。大小。(3)分析研究导体受力情况，特别要注意安培力方向的分析研究导体受力情况，特别

5、要注意安培力方向的确定。确定。(4)列出动力学方程或平衡方程求解。列出动力学方程或平衡方程求解。891011答案：答案：B12变式训练变式训练 如图如图944所示，有两根和水平方向成所示，有两根和水平方向成角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为强磁场，磁感应强度为B，一根质量为，一根质量为m的金的金 图图944属杆属杆(电阻忽略不计电阻忽略不计)从轨道上由静止滑下，经过足够长的时从轨道上由静止滑下，经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度间后，

6、金属杆的速度会趋近于一个最大速度vm，则，则()A如果如果B增大，增大，vm将变大将变大B如果如果增大，增大，vm将变大将变大C如果如果R变小，变小，vm将变大将变大D如果如果m变小，变小，vm将变大将变大1314 (1)电磁感应动力学问题中，要抓好受力情况、运动电磁感应动力学问题中，要抓好受力情况、运动情况的动态分析。导体受力运动产生感应电动势情况的动态分析。导体受力运动产生感应电动势感应电感应电流流通电导体受安培力通电导体受安培力合外力变化合外力变化加速度变化加速度变化速度速度变化，最终加速度为零，导体达到匀速运动的稳定状态。变化，最终加速度为零，导体达到匀速运动的稳定状态。(2)这类问题

7、要抓住这类问题要抓住“速度变化引起安培力变化速度变化引起安培力变化”这个这个关系，并从分析物体的受力情况与运动情况入手解决问题，关系，并从分析物体的受力情况与运动情况入手解决问题，这是解题的关键。这是解题的关键。15 命题分析命题分析本考点为高考热点，属力电综合题。本考点为高考热点，属力电综合题。主要考查学生灵活运用电磁感应定律和能量的转化与守主要考查学生灵活运用电磁感应定律和能量的转化与守恒解决实际问题的能力，以选择或计算题呈现。恒解决实际问题的能力，以选择或计算题呈现。16 1能量的转化能量的转化闭合电路的部分导体做闭合电路的部分导体做 运动产生感应电流，感应电流在运动产生感应电流，感应电

8、流在磁场中受磁场中受 。外力。外力 安培力做功，将其它形式的能转化安培力做功，将其它形式的能转化为为 ，电流做功再将电能转化为，电流做功再将电能转化为 。2实质实质电磁感应现象的能量转化，实质是其它形式的能和电磁感应现象的能量转化，实质是其它形式的能和 之间的转化之间的转化切割磁感线切割磁感线安培力安培力克服克服电能电能其它形式的能其它形式的能电能电能17 1能量转化分析能量转化分析 (1)电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质上是能电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质上是能量的转化过程。量的转化过程。(2)当磁场不动、导体做切割磁感线的运动时，导体所当磁场不动、导体做切割磁感线的运动时，导

9、体所受安培力与导体运动方向相反，此即电磁阻尼。在这种情受安培力与导体运动方向相反，此即电磁阻尼。在这种情况下，安培力对导体做负功，即导体克服安培力做功，将况下，安培力对导体做负功，即导体克服安培力做功，将机械能转化为电能，当感应电流通过用电器时，电能又转机械能转化为电能，当感应电流通过用电器时，电能又转化为其它形式的能，如通过电阻转化为内能化为其它形式的能，如通过电阻转化为内能(焦耳热焦耳热)。182求解焦耳热求解焦耳热Q的三种方法的三种方法(1)直接法：直接法：QI2Rt(2)功能关系法：功能关系法：QW克服安培力克服安培力(3)能量转化法：能量转化法：QE其他能的减少量其他能的减少量191

10、.如图如图942所示，竖直放置的两根平行金属所示，竖直放置的两根平行金属 导轨之间接有定值电阻导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金，质量不能忽略的金 属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无 摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放 在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，图图942 棒在竖直向上的恒力棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，力作用下加速上升的一段时间内，力 F做的功与安培力做的功的代数和等于做的功与安培力做的功的代数和等于 ()20A棒的机械能增加量棒的机械

11、能增加量B棒的动能增加量棒的动能增加量C棒的重力势能增加量棒的重力势能增加量 D电阻电阻R上放出的热量上放出的热量解析：棒加速上升时受到重力、拉力解析：棒加速上升时受到重力、拉力F及安培力。根据功及安培力。根据功能原理可知力能原理可知力F与安培力做的功的代数和等于棒的机械能与安培力做的功的代数和等于棒的机械能的增加量，的增加量，A正确。正确。答案：答案：A212(2012山东高考山东高考)如图如图947所示，相距所示，相距 为为L的两条足够长的光滑平行金属导轨与的两条足够长的光滑平行金属导轨与 水平面的夹角为水平面的夹角为，上端接有定值电阻，上端接有定值电阻R，匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强

12、度匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度 图图947 为为B。将质量为。将质量为m的导体棒由静止释放，当速度达到的导体棒由静止释放，当速度达到v 时开始匀速运动，此时对导体棒施加一平行于导轨向时开始匀速运动，此时对导体棒施加一平行于导轨向 下的拉力，并保持拉力的功率恒为下的拉力，并保持拉力的功率恒为P，导体棒最终以，导体棒最终以2v 的速度匀速运动。导体棒始终与导轨垂直且接触良好，的速度匀速运动。导体棒始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨和导体棒的电阻，重力加速度为不计导轨和导体棒的电阻，重力加速度为g。下列选项。下列选项 正确的是正确的是()2223答案：答案：AC24 3.(2012天津高考天津

13、高考)如图如图945所所示，一对光滑的平行金属导轨固定在同一水示，一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内，导轨间距平面内，导轨间距l0.5 m，左端接有阻值，左端接有阻值R0.3 的电阻。一质量的电阻。一质量m0.1 kg，电阻，电阻r 图图9450.1 的金属棒的金属棒MN放置在导轨上，整个装置置于竖直向放置在导轨上，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B0.4 T。棒在水平。棒在水平向右的外力作用下，由静止开始以向右的外力作用下，由静止开始以a2 m/s2的加速度做匀的加速度做匀加速运动，当棒的位移加速运动，当棒的位移x9 m时撤去外力，棒继

14、续运动一时撤去外力，棒继续运动一段距离后停下来，已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热段距离后停下来，已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比之比Q1 Q22 1。导轨足够长且电阻不计，棒在运动过程。导轨足够长且电阻不计，棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。求：中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。求：25(1)棒在匀加速运动过程中，通过电阻棒在匀加速运动过程中，通过电阻R的电荷量的电荷量q；(2)撤去外力后回路中产生的焦耳热撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2；(3)外力做的功外力做的功WF。262728 互动探究互动探究 (1)本题中棒在匀加速运动过程中所加水平向右外力本题中棒

15、在匀加速运动过程中所加水平向右外力F恒定吗？恒定吗？(2)求撤去外力后到棒停下来的过程中通过电阻求撤去外力后到棒停下来的过程中通过电阻R的电的电荷量荷量q。2930 (2)分析电磁感应能量问题的基本步骤：分析电磁感应能量问题的基本步骤：用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向。的大小和方向。画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率的表达画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率的表达式。式。分析导体机械能的变化，用动能定理或能量守恒定分析导体机械能的变化，用动能定理或能量守恒定律，得到机械功率的改变所满足的方程。律，得到机械功率的改变所满足的方程。31 谢谢各位专家！多多指导。32