1、第九章第九章 电磁感应电磁感应第四讲电磁感应中动力学与能量问题第四讲电磁感应中动力学与能量问题第1页考纲展示法拉第电磁感应定律()复习目标1.会分析电磁感应现象中受力和运动情况，掌握电磁感应现象与力学综合应用问题处理方法Zxx k2.掌握电磁感应现象中能量转化关系，会计算与能量相关问题.第2页第3页第4页2安培力方向(1)先用 确定感应电流方向，再用 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线运动方向 右手定则右手定则左手定则左手定则相反相反第5页1两种状态及处理措施状态特征处理方法平衡态加速度为零依据平衡条件列式分析非平衡态加速度不为零依据牛顿第二定律进行动态分析或结合
2、功效关系进行分析第6页2.力学对象和电学对象互相关系 第7页第8页4电磁感应中动力学临界问题(1)处理此类问题关键是通过运动状态分析，寻找过程中临界状态，如速度、加速度求最大值或最小值条件(2)两种常见类型Z xx k第9页第10页1如图所示，ab和cd是位于水平面内平行金属轨道，轨道间距为l，其电阻可忽视不计ac之间连接一阻值为R电阻，ef为一垂直于ab和cd金属杆，它与ab和cd接触良好并可沿轨道方向无摩擦地滑动，其电阻可忽视整个装置处在匀强磁场中，磁场方向垂直于图中纸面向里，磁感应强度为B.当施外力使杆ef以速度v向右匀速运动时，杆ef所受安培力为()第11页 第12页第13页知识点二电
3、磁感应中能量问题1能量转化：感应电流在磁场中受安培力，外力克服安培力 ，将其他形式能转化为 ，电流做功再将电能转化为 2实质：电磁感应现象能量转化，实质是其他形式能和 之间转化做功做功电能电能内能内能电能电能第14页1能量转化电磁感应现象中产生感应电流过程，实质上是能量转化过程Zxx k(1)其他形式能转化为电能电磁感应过程中产生感应电流在磁场中必然受到安培力作用，因此，要维持感应电流存在，必须有“外力”克服安培力做功此过程中，其他形式能转化为电能“外力”克服安培力做了多少功，就有多少其他形式能转化为电能第15页(2)电能转化为其他形式能当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式能量安培力做
4、功过程，是电能转化为其他形式能过程安培力做了多少功，就有多少电能转化为其他形式能综上所述，安培力做功是电能和其他形式能之间转化量度第16页2电能求解三种重要思绪(1)运用克服安培力争解：电磁感应中产生电能等于克服安培力所做功；(2)运用能量守恒或功能关系求解；(3)运用电路特性来求解：通过电路中所产生电能来计算第17页2.如图所示，固定在水平绝缘平面上足够长金属导轨不计电阻，但表面粗糙，导轨左端连接一种电阻R，质量为m金属棒(电阻也不计)放在导轨上，并与导轨垂直，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，用水平恒力F把ab棒从静止起向右拉动过程中()第18页A恒力F做功等于电路产生电能B
5、恒力F和摩擦力合力做功等于电路中产生电能C克服安培力做功等于电路中产生电能D恒力F和摩擦力合力做功等于电路中产生电能和棒获得动能之和第19页解析：在此运动过程中做功力有拉力、摩擦力和安培力，三力做功之和为棒ab动能增长量，其中安培力做功将机械能转化为电能，故选项C、D是对旳答案：CD第20页第21页 (广东高考)如图所示，质量为M导体棒ab，垂直放在相距为l平行光滑金属导轨上导轨平面与水平面夹角为，并处在磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上匀强磁场中，左侧是水平放置、间距为d平行金属板R和Rx分别表达定值电阻和滑动变阻器阻值，不计其他电阻Zx x k第22页(1)调整RxR，释放导体棒，
6、当棒沿导轨匀速下滑时，求通过棒电流I及棒速率v；(2)变化Rx，待棒沿导轨再次匀速下滑后，将质量为m、带电荷量为q微粒水平射入金属板间，若它能匀速通过，求此时Rx.第23页第24页第25页第26页【变式训练】1(海南高考)如图，ab和cd是两条竖直放置长直光滑金属导轨，MN和MN是两根用细线连接金属杆，其质量分别为m和2m.竖直向上外力F作用在杆MN上，使两杆水安静止，并刚好与导轨接触；两杆总电阻为R，导轨间距为l.整个装置处在磁感应强度为B匀强磁场中，磁场方向与导轨所在平面垂直 第27页导轨电阻可忽视，重力加速度为g.在t0时刻将细线烧断，保持F不变，金属杆和导轨一直接触良好求：(1)细线烧
7、断后，任意时刻两杆运动速度之比；Zx x k(2)两杆分别抵达最大速度第28页解析：(1)设任意时刻MN、MN杆速度分别为v1、v2.细线烧断前：Fmg2mg对MN杆在任意时刻：FmgF安ma1对MN杆在任意时刻：第29页第30页第31页 (18分)(天津高考)如图所示，一对光滑平行金属导轨固定在同一水平面内，导轨间距l0.5 m，左端接有阻值R0.3 电阻一质量m0.1 kg，电阻r0.1 金属棒MN放置在导轨上，整个装置置于竖直向上匀强磁场中，磁场磁感应强度B0.4 T 第32页棒在水平向右外力作用下，由静止开始以a2 m/s2加速度做匀加速运动，当棒位移x9 m时撤去外力，棒继续运动一段
8、距离后停下来，已知撤去外力前后回路中产生焦耳热之比Q1Q221.导轨足够长且电阻不计，棒在运动过程中一直与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触求：Zxx k(1)棒在匀加速运动过程中，通过电阻R电荷量q；(2)撤去外力后回路中产生焦耳热Q2；(3)外力做功WF.第33页第34页第35页第36页(3)由题意知，撤去外力前后回路中产生焦耳热之比Q1Q221，可得Q13.6 J(2分)在棒运动整个过程中，由功能关系可知WFQ1Q2(2分)由式得WF5.4 J(1分)答案：(1)4.5 C(2)1.8 J(3)5.4 J第37页 电磁感应中能量转化问题用能量转化观点研究电磁感应问题常是导体稳定运动(匀速直
9、线运动或匀速转动)，对应受力特点是合外力为零能量转化过程常常是机械能转化为内能，处理此类问题基本环节是：(1)使用措施拉第电磁感应定律和楞次定律确定电动势大小和方向；第38页(2)画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率表达式；(3)分析导体机械能变化，用能量守恒关系得到机械能变化与回路中电能变化所满足方程第39页【变式训练】2.如图所示，质量m10.1 kg，电阻R10.3，长度l0.4 m导体棒ab横放在U型金属框架上框架质量m20.2 kg，放在绝缘水平面上，与水平面间动摩擦因数0.2.相距0.4 mMM、NN互相平行，电阻不计且足够长电阻R20.1 MN垂直于MM.整个装置处在竖直向上匀强磁场中，磁感应强度B0.5 T 第40页垂直于ab施加F2 N水平恒力，ab从静止开始无摩擦地运动，一直与MM、NN保持良好接触当ab运动到某处时，框架开始运动设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2.(1)求框架开始运动时ab速度v大小；(2)从ab开始运动到框架开始运动过程中，MN上产生热量Q0.1 J求该过程ab位移x大小第41页第42页第43页第44页第45页活页作业（二十九）第46页谢谢观看！谢谢观看！第47页
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