电磁感应的动力学和能量问题.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,1,安培力的大小,讲授人：周正祥,1,2,安培力的方向,(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,。,2,1,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，分析这一动态过程的基本思路是：,3,4,2两种状态处理,(1),导体处于平衡态,静止或匀速直线运动状态。,处理方法：根据平衡条件,合外力等于零，列式,分析。,(2),导体处于非平衡态,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,关系分析。,3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，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度为最大值或最小值的条件。,5,1.,如图,9,4,1,所示，金属棒,AB,垂直跨搁在位,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,AB,和导轨的电阻均忽略 图,9,4,1,不计，导轨左端接有电阻,R,，垂直于导轨平面的匀强磁场,向下穿过平面，现以水平向右的恒力,F,拉着棒,AB,向右移动，,t,秒末棒,AB,的速度为,v,，移动距离为,x,，且在,t,秒内速度大小,一直在变化，则下列判断正确的是,(,),6,7,4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,大小。,(3),分析研究导体受力情况，特别要注意安培力方向的确定。,(4),列出动力学方程或平衡方程求解。,8,9,10,11,答案：,B,12,变式训练,如图,9,4,4,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,R,，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,B,，一根质量为,m,的金 图,9,4,4,属杆,(,电阻忽略不计,),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,v,m,，则,(,),A,如果,B,增大，,v,m,将变大,B,如果,增大，,v,m,将变大,C,如果,R,变小，,v,m,将变大,D,如果,m,变小，,v,m,将变大,13,14,(1),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,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，最终加速度为零，导体达到匀速运动的稳定状态。,(2),这类问题要抓住,“,速度变化引起安培力变化,”,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，这是解题的关键。,15,命题分析,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,闭合电路的部分导体做,运动产生感应电流，感应电流在,磁场中受,。外力,安培力做功，将其它形式的能转化,为,，电流做功再将电能转化为,。,2,实质,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,切割磁感线,安培力,克服,电能,其它形式的能,电能,17,1,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,(,焦耳热,),。,18,2,求解焦耳热,Q,的三种方法,(1),直接法：,Q,I,2,Rt,(2),功能关系法：,Q,W,克服安培力,(3),能量转化法：,Q,E,其他能的减少量,19,1,.,如图,9,4,2,所示，竖直放置的两根平行金属,导轨之间接有定值电阻,R,，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,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，图,9,4,2,棒在竖直向上的恒力,F,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,(,),20,A,棒的机械能增加量,B,棒的动能增加量,C,棒的重力势能增加量,D,电阻,R,上放出的热量,解析：棒加速上升时受到重力、拉力,F,及安培力。根据功能原理可知力,F,与安培力做的功的代数和等于棒的机械能的增加量，,A,正确。,答案：,A,21,2,(2012,山东高考,),如图,9,4,7,所示，相距,为,L,的两条足够长的光滑平行金属导轨与,水平面的夹角为,，上端接有定值电阻,R,，,匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度 图,9,4,7,为,B,。将质量为,m,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,下的拉力，并保持拉力的功率恒为,P,，导体棒最终以,2,v,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,g,。下列选项,正确的是,(,),22,23,答案：,AC,24,3.,(2012,天津高考,),如图,9,4,5,所,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,l,0.5 m,，左端接有阻值,R,0.3,的电阻。一质量,m,0.1 kg,，电阻,r,图,9,4,5,0.1,的金属棒,MN,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,B,0.4 T,。棒在水平向右的外力作用下，由静止开始以,a,2 m/s,2,的加速度做匀加速运动，当棒的位移,x,9 m,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之比,Q,1,Q,2,2,1,。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：,25,(1),棒在匀加速运动过程中，通过电阻,R,的电荷量,q,；,(2),撤去外力后回路中产生的焦耳热,Q,2,；,(3),外力做的功,W,F,。,26,27,28,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,F,恒定吗？,(2),求撤去外力后到棒停下来的过程中通过电阻,R,的电荷量,q,。,29,30,(2),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式。,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。,31,谢谢各位专家！多多指导。,32,