公开课《电磁感应中的动力学及能量问题》课件PPT.ppt

江苏省兴化中学江苏省兴化中学 姜晓军姜晓军20152015年年1212月月2525日日电磁感应中的动力学及能量问题电磁感应中的动力学及能量问题 各位专家老师莅临指导各位专家老师莅临指导热热 烈烈 欢欢 迎迎 各位专家老师莅临指导各位专家老师莅临指导 江苏省兴化中学江苏省兴化中学 姜晓军姜晓军热热 烈烈 欢欢 迎迎电电磁磁感感应应动力学及能量问题动力学及能量问题模模型型构构建建：光光滑滑水水平平放放置置的的金金属属导导轨轨间间距距为为L，连连接接一一电电阻阻R，质质量量为为m，电电阻阻为为r的的金金属属棒棒ab与与导导轨轨接接触触良良好好，其其余余部部分分电电阻阻不不计计。平平面面内内有有垂垂直直纸纸面面向里的匀强磁场，磁感应强度为向里的匀强磁场，磁感应强度为B有哪些办法能让导体棒有哪些办法能让导体棒ab沿着导轨向右移动？沿着导轨向右移动？情景创设 光光滑滑水水平平放放置置的的金金属属导导轨轨间间距距为为L L，导导轨轨间间连连接接一一电电阻阻R R，质质量量为为m m，电电阻阻为为r r的的金金属属棒棒abab与与导导轨轨接接触触良良好好，其其余余部部分分电电阻阻不不计计。平平面面内内有有垂垂直直纸纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为面向里的匀强磁场，磁感应强度为B B 问问题题1 1：施施加加恒恒定定外外力力F F后后，abab棒棒的的加加速速度度a a，速速度度v v如何变化？如何变化？探究一 水平轨道v动力学角度分析：动力学角度分析：F安安vaa、v同向当当F安安=F时，时，a=0,速度达到最大速度达到最大vm匀速匀速解：运动特征：加速度减小的解：运动特征：加速度减小的加速运动，最终匀速。加速运动，最终匀速。F=F安安=BIL=B2L2Vm/（R+r)可得：可得：vm=F(R+r)/B2L2vmtv斜率变小斜率变小光光滑滑水水平平放放置置的的金金属属导导轨轨间间距距为为L L，导导轨轨间间连连接接一一电电阻阻R R，质质量量为为m m，电电阻阻为为r r的的金金属属棒棒abab与与导导轨轨接接触触良良好好，其其余余部部分分电电阻阻不不计计。平平面面内内有有垂垂直直纸纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为面向里的匀强磁场，磁感应强度为B B 问问题题2 2：当当abab棒棒速速度度为为v v时时，求求电电路路消消耗耗的的电电功功率率P P电电，安培力的功率安培力的功率P P安安分别是多少？分别是多少？问题问题2.当当ab棒速度为棒速度为v时，求电路消耗的电时，求电路消耗的电功率功率P电电，安培力的功率，安培力的功率P安安分别是多少？分别是多少？结论：外力克服安培力做了多少功，就有多少其他形结论：外力克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能式的能转化为电能F安安光光滑滑水水平平放放置置的的金金属属导导轨轨间间距距为为L L，导导轨轨间间连连接接一一电电阻阻R R，质质量量为为m m，电电阻阻为为r r的的金金属属棒棒abab与与导导轨轨接接触触良良好好，其其余余部部分分电电阻阻不不计计。平平面面内内有有垂垂直直纸纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为面向里的匀强磁场，磁感应强度为B B 问问题题3 3：施施加加恒恒定定外外力力F F后后，能能量量如如何何变变化化？能能不不能能从能量的视角求从能量的视角求abab棒的最大速度？棒的最大速度？vF安安vaa、v同向a=0,v最大匀速能量：能量：动态动态稳态稳态F安安拉力做功拉力做功(其他形式能）其他形式能）电能、动能电能、动能内能内能电能电能内能内能拉力做功拉力做功(其他形式能）其他形式能）解：匀速运动时：解：匀速运动时：P拉拉=P热热能量角度分析：能量角度分析：两两根根足足够够长长的的直直金金属属导导轨轨平平行行放放置置在在倾倾角角为为的的绝绝缘缘斜斜面面上上，导导轨轨间间距距为为L L，导导轨轨间间连连接接一一电电阻阻R R，质质量量为为m m，电电阻阻为为r r的的金金属属棒棒abab与与导导轨轨垂垂直直并并接接触触良良好好，其其余余部部分分电电阻阻不不计计，整整套套装装置置处处于于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，磁磁场场方方向向垂垂直直斜斜面面向向下。不计它们之间的摩擦，重力加速度为下。不计它们之间的摩擦，重力加速度为g g。问题问题1 1：让让abab棒静止下滑，棒静止下滑，abab棒加速度棒加速度a a，速度，速度v v如何如何变化？能量如何转化？变化？能量如何转化？探究二 倾斜轨道vmgNF安安va、v同向a能量：能量：动态动态稳态稳态电能电能内能内能EI重力势能重力势能v最大匀速a=0动力学：动力学：问题问题1 1：让让abab棒静止下滑，棒静止下滑，abab棒速度棒速度v v，加速度，加速度a a如何变化？能量如何变化？能量如何转化？如何转化？内能内能重力势能重力势能电能、动能电能、动能v问题问题2 2：从动力学和能量两个角度，求下滑过程中，从动力学和能量两个角度，求下滑过程中，abab杆可杆可以达到的速度最大值。以达到的速度最大值。mgNF安安解解（1）动力学角度：当动力学角度：当ab棒稳定下滑棒稳定下滑 时，时，F安安=mgsin（2）能量角度：当能量角度：当ab棒稳定下滑时，重力势能仅向电能转棒稳定下滑时，重力势能仅向电能转化，重力的功率等于电阻发热功率，即化，重力的功率等于电阻发热功率，即如果如果=900,vm多大？多大？v拓展拓展1 1：若若abab棒与导轨间有摩擦，且动摩擦因数为棒与导轨间有摩擦，且动摩擦因数为，则，则ab棒棒稳定时稳定时的速度多大？的速度多大？mgNF安安f解：解：ab棒达稳定时，合外力为零。棒达稳定时，合外力为零。拓展拓展2 2：若无摩擦，棒由静止运动到稳定速度时，电路产生的热若无摩擦，棒由静止运动到稳定速度时，电路产生的热量为量为Q Q，则刚达稳定速度时杆的位移有多大？，则刚达稳定速度时杆的位移有多大？这是过程中的能量转化这是过程中的能量转化解：到达稳定的过程中：重力势能转化为动能和电能，电能解：到达稳定的过程中：重力势能转化为动能和电能，电能全部转化为内能。全部转化为内能。mgNF安安拓展拓展3 3：若无摩擦，现以功率恒为若无摩擦，现以功率恒为P P，方向沿斜面向上的拉力使，方向沿斜面向上的拉力使棒由静止向上运动位移为棒由静止向上运动位移为x x时达到稳定速度，电路产生的热量为时达到稳定速度，电路产生的热量为Q Q，则（，则（1 1）稳定时的速度为多大？（）稳定时的速度为多大？（2 2）棒从静止至达到稳定速）棒从静止至达到稳定速度所需要的时间为多少？度所需要的时间为多少？mgNFF安安稳定状态，力平衡稳定状态，力平衡拓展拓展3 3：若无摩擦，现以功率恒为若无摩擦，现以功率恒为P P，方向，方向沿斜面向上的拉力使棒由静止向上运动位沿斜面向上的拉力使棒由静止向上运动位移为移为x x时达到稳定速度，电路产生的热量时达到稳定速度，电路产生的热量为为Q Q，则稳定时的速度为多大？棒从静止，则稳定时的速度为多大？棒从静止至达到稳定速度所需要的时间为多少至达到稳定速度所需要的时间为多少mgNFF安安过程过程W=Pt（2）棒从静止到达稳定速度的过程中：拉力所做的的功转）棒从静止到达稳定速度的过程中：拉力所做的的功转化为棒的重力势能、动能和电路产生的焦耳热。化为棒的重力势能、动能和电路产生的焦耳热。课课 堂堂 小小 结结导体运动导体运动 2.处理该类问题时，我们可以通过对运动状态进行分析，动力学、能量、电路多管齐下，抓住稳态或全过程分析解决问题。1、电磁感应中的能量问题并不是孤立的，而是常常体现在动力学、电路等问题相联系。感应电动势感应电动势 感应电流感应电流磁场力磁场力电磁感应 闭合电路 磁场对电流的作用阻碍 感谢莅临指导感谢莅临指导AD达标检测 图图4BC 3(2014江苏卷,13)如图所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为L，长为3d，导轨平面与水平面的夹角为，在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层。匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面垂直。质量为m的导体棒从导轨的顶端由静止释放，在滑上涂层之前已经做匀速运动，并一直匀速滑到导轨底端。导体棒始终与导轨垂直，且仅与涂层间有摩擦，接在两导轨间的电阻为R，其他部分的电阻均不计，重力加速度为g。求：(1)导体棒与涂层间的动摩擦因数；(2)导体棒匀速运动的速度大小v；(3)整个运动过程中，电阻产生的焦耳热Q。（世纪金榜世纪金榜163页页 典例典例3）解（1）导体棒在绝缘涂层上受力平衡（2）导体棒在光滑导轨上匀速运动，说明受力平衡（3）整个运动过程中，由能量守恒得：