高中物理电磁感应中的导轨类问题高三复习名师优质课获奖市赛课一等奖课件.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,*,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。,电磁感应中导轨类问题,第1页,电磁感应中导轨问题,受力情况分析,运动情况分析,动力学观点,动量观点,能量观点,牛顿定律,平衡条件,动量定理,动量守恒,动能定理,能量守恒,第2页,电动式,发电式,阻尼式,v,0,F,一、单棒问题,运动特点,最终特征,a,逐步减小减速运动,静止,a,逐步减小加速运动,匀速,a,逐步减小加速运动,匀速,基本模型,I,=0,(,或恒定,),I,恒定,I,=0,第3页,二、含容式单棒问题,放电式,无外力充电式,F运动特点,最终特征,基本模型,v,0,有外力充电式,a,逐步减小加速运动,匀速运动,I,0,a,逐步减小减速运动,匀速运动,I,0,匀加速运动,匀加速运动,I,恒定,第4页,三、无外力双棒问题,运动特点,最终特征,基本模型,v,0,1,2,杆,1,做,a,渐小加速运动,杆,2,做,a,渐小减速运动,v,1,=,v,2,I,0,无外力等距式,2,v,0,1,杆,1,做,a,渐小减速运动,杆,2,做,a,渐小加速运动,无外力不等距式,a,0,I,0,L,1,v,1,=,L,2,v,2,第5页,四、有外力双棒问题,1,2,F,运动特点,最终特征,基本模型,有外力不等距式,杆,1,做,a,渐小加速运动,杆,2,做,a,渐大加速运动,a,1,a,2,a,1,、,a,2,恒定,I,恒定,F,1,2,杆,1,做,a,渐大加速运动,杆,2,做,a,渐小加速运动,a,1,=,a,2,v,恒定,I,恒定,有外力等距式,第6页,阻尼式单棒,1,电路特点,导体棒相当于电源。,2安培力特点,安培力为阻力，并随速度减小而减小。,3加速度特点,加速度随速度减小而减小,v,t,O,v,0,4,运动,特点,a,减小减速运动,5,最终状态,静止,第7页,6,三个规律,(1),能量关系：,(2),动量关系：,(3),瞬时加速度：,7,改变,(1),有摩擦,(2),磁场方向不沿竖直方向,阻尼式单棒,第8页,练习：,AB杆受一冲量作用后以初速度,v,0,=4m/s,，沿水平面内固定轨道运动，经一段时间后而停顿。,AB,质量为,m,=5g,，导轨宽为,L,=0.4m,，电阻为,R,=2,，其余电阻不计，磁感强度,B,=0.5T,，棒和导轨间动摩擦因数为,=0.4,，测得杆从运动到停顿过程中经过导线电量,q,=10,2,C,，求：上述过程中,(g,取,10m/s,2,),(1)AB,杆运动距离；,(2)AB,杆运动时间；,(3),当杆速度为,2m/s,时其加速度为多大？,第9页,发电式单棒,1,电路特点,导体棒相当于电源，当速度为,v,时，电动势,E,Blv,2安培力特点,安培力为阻力，并随速度增大而增大,3加速度特点,加速度随速度增大而减小,4,运动,特点,a,减小加速运动,t,v,O,v,m,第10页,5,最终特征,匀速运动,6,两个极值,(1),v=,0,时,有最大加速度：,(2),a=,0,时,有最大速度：,发电式单棒,第11页,7,稳定后能量转化规律,8,起动过程中三个规律,(1),动量关系：,(2),能量关系：,(3),瞬时加速度：,是否成立？,发电式单棒,问：,第12页,9,几个改变,(3),拉力改变,(4),导轨面改变（竖直或倾斜）,(1),电路改变,(2),磁场方向改变,F,加沿斜面恒力,经过定滑轮挂一重物,F,F,B,F,若匀加速拉杆则,F,大小恒定吗？,加一开关,发电式单棒,第13页,电容放电式：,1,电路特点,电容器放电，相当于电源；导体棒受安培力而运动。,2,电流,特点,电容器放电时，导体棒在安培力作用下开始运动，同时产生妨碍放电反电动势，造成电流减小，直至电流为零，此时,U,C,=Blv,3,运动,特点,a,渐小加速运动，最终做匀速运动。,4,最终特征,但此时电容器带电量不为零,t,v,O,v,m,匀速运动,第14页,电容放电式：,5,最大速度,v,m,电容器充电量：,v,t,O,v,m,放电结束时电量：,电容器放电电量：,对杆应用动量定理：,第15页,电容放电式：,6,达最大速度过程中两个关系,安培力对导体棒冲量：,安培力对导体棒做功：,易错点：认为电容器最终带电量为零,第16页,电容放电式：,7,几个改变,(1),导轨不光滑,(2),光滑但磁场与导轨不垂直,第17页,电容无外力充电式,1,电路特点,导体棒相当于电源,;,电容器被充电,.,2,电流,特点,3,运动,特点,a,渐小加速运动，最终做匀速运动。,4,最终特征,但此时电容器带电量不为零,匀速运动,v,0,v,O,t,v,导体棒相当于电源,;,电容器被充电。,F,安,为阻力，,当,Blv,=,U,C,时，,I,=0,，,F,安,=0,，棒匀速运动。,棒减速,E,减小,U,C,渐大，妨碍电流,I,感,渐小,有,I,感,第18页,电容无外力充电式,5,最终速度,电容器充电量：,最终导体棒感应电动势等于电容两端电压：,对杆应用动量定理：,第19页,无外力等距双棒,1,电路特点,棒,2,相当于电源,;,棒,1,受安培力而加速起动,运动后产生反电动势,.,2,电流特点,伴随棒,2,减速、棒,1,加速，两棒相对速度,v,2,-,v,1,变小，,回路中电流也变小,。,v,1,=0,时：,电流最大,v,2,=,v,1,时：,电流,I,0,第20页,无外力等距双棒,3,两棒运动情况,安培力大小：,两棒相对速度变小,感应电流变小,安培力变小,.,棒,1,做加速度变小加速运动,棒,2,做加速度变小减速运动,v,0,t,v,共,O,v,最终两棒含有共同速度,第21页,无外力等距双棒,4,两个规律,(1),动量规律,两棒受到安培力大小相等方向相反,系统合外力为零,系统动量守恒,.,(2),能量转化规律,系统机械能减小量等于内能增加量,.,（类似于完全非弹性碰撞）,两棒产生焦耳热之比：,第22页,无外力等距双棒,5,几个改变：,(1),初速度提供方式不一样,(2),磁场方向与导轨不垂直,(3),两棒都有初速度,v,v,0,0,1,1,2,2,两棒动量守恒吗？,(4),两棒位于不一样磁场中,两棒动量守恒吗？,第23页,无外力不等距双棒,1,电路特点,棒,1,相当于电源,;,棒,2,受安培力而起动,运动后产生反电动势,.,2,电流特点,伴随棒,1,减速、棒,2,加速，,回路中电流变小,。,2,v,0,1,最终当,Bl,1,v,1,=,Bl,2,v,2,时,电流为零,两棒都做匀速运动,第24页,无外力不等距双棒,3,两棒运动情况,棒,1,加速度变小减速,最终匀速,;,2,v,0,1,回路中电流为零,棒,2,加速度变小加速,最终匀速,.,v,0,v,2,O,t,v,v,1,4,最终特征,5,动量规律,系统动量守恒吗？,安培力不是内力,两棒合外力不为零,第25页,无外力不等距双棒,6,两棒最终速度,任一时刻两棒中电流相同，两棒受到安培力大小之比为：,2,v,0,1,整个过程中两棒所受安培力冲量大小之比,对棒,1,：,对棒,2,：,结合：,可得：,第26页,无外力不等距双棒,7,能量转化情况,系统动能,电能内能,2,v,0,1,8,流过某一截面电量,第27页,无外力不等距双棒,9,几个改变,(2),两棒位于不一样磁场中,(1),两棒都有初速度,2,v,1,1,v,2,第28页,有外力等距双棒,1,电路特点,棒,2,相当于电源,;,棒,1,受安培力而起动,.,2,运动分析：,某时刻回路中电流：,最初阶段，,a,2,a,1,F,1,2,棒,1,：,安培力大小：,棒,2,：,只要,a,2,a,1,(v,2,-,v,1,),I,F,B,a,1,a,2,当,a,2,a,1,时,v,2,-,v,1,恒定,I,恒定,F,B,恒定,两棒匀加速,第29页,有外力等距双棒,3,稳定时速度差,F,1,2v,2,O,t,v,v,1,第30页,有外力等距双棒,4,改变,(1),两棒都受外力作用,F,2,1,2,F,1,(2),外力提供方式改变,第31页,(,苏锡常镇,17,）：如图所表示，平行金属导轨与水平面间夹角均为,=37,0,，导轨间距为,lm,，电阻不计，导轨足够长两根金属棒,ab,和,a b,质量都是,0.2kg,，电阻都是,1,，与导轨垂直放置且接触良好，金属棒和导轨之间动摩擦因数为,0.25,，两个导轨平面处均存在着垂直轨道平面向上匀强磁场（图中未画出），磁感应强度,B,大小相同让,a,b,固定不动，将金属棒,ab,由静止释放，当,ab,下滑速度到达稳定时，整个回路消耗电功率为,8W,求,(1)ab,到达最大速度多大？,(2)ab,下落了,30m,高度时，其下滑速度已经到达稳定，则此过程中回路电流发烧量,Q,多大？,(3,）假如将,ab,与,a b,同时由静止释放，当,ab,下落了,30m,高度时，其下滑速度也已经到达稳定，则此过程中回路电流发烧量,Q,为多大？,(g=10m/s,2,sin37,0,=0.6,cos37,0,=0.8),第32页,有外力不等距双棒,运动分析：,某时刻两棒速度分别为,v,1,、,v,2,加速度分别为,a,1,、,a,2,此时回路中电流为：,经极短时间,t,后其速度分别为：,I,恒定,F,B,恒定,两棒匀加速,1,2,F,当时,第33页,有外力不等距双棒,1,2,F,由,此时回路中电流为：,与两棒电阻无关,第34页,(,测试九,:18),如图所表示足够长导轨上，有竖直向下匀强磁场，磁感强度为,B,，左端间距,L,1,=4,L,，右端间距,L,2,=,L,。现在导轨上垂直放置,ab,和,cd,两金属棒，质量分别为,m,1,=2,m,，,m,2,=,m,；电阻,R,1,=4,R,，,R,2,=,R,。若开始时，两棒均静止，现给,cd,棒施加一个方向向右、大小为,F,恒力，求：,（,1,）两棒最终加速度各是多少；,（,2,）棒,ab,上消耗最大电功率。,第35页,解：（,1,）设刚进入稳定状态时,ab,棒速度为,v,1,，加速度为,a,2,，,cd,棒速度为,v,2,，加速度为,a,2,，则,所以当进入稳定状态时，电路中电流恒定，,a,2,=4,a,1,对两棒分别用牛顿运动定律有,（,2,）当进入稳定状态时，电路中电流最大棒,ab,上消耗最大电功率为：,P,=,I,2,R,1,=,。,解之得：,第36页,电动式单棒,1,电路特点,导体为电动边，运动后产生反电动势（等效于电机）。,2安培力特点,安培力为运动动力，并随速度减小而减小。,3加速度特点,加速度随速度增大而减小,4,运动,特点,a,减小加速运动,t,v,O,v,m,第37页,5,最终特征,匀速运动,6,两个极值,(1),最大加速度：,(2),最大速度：,v=,0,时,E,反,=0,电流、加速度最大,稳定时，速度最大，电流最小,电动式单棒,第38页,7,稳定后能量转化规律,8,起动过程中三个规律,(1),动量关系：,(2),能量关系：,(3),瞬时加速度：,还成立吗？,电动式单棒,第39页,9,几个改变,(1),导轨不光滑,(2),倾斜导轨,(3),有初速度,(4),磁场方向改变,v,0,B,电动式单棒,第40页,练习：,如图所表示，水平放置足够长平行导轨,MN,、,PQ,间距为,L,=0.1m,，电源电动势,E,10V,，内阻,r,=0.1,，金属杆,EF,质量为,m,=1kg,，其有效电阻为,R,=0.4,，其与导轨间动摩擦原因为,0.1,，整个装置处于竖直向上匀强磁场中，磁感应强度,B,1T,，现在闭合开关，求：（,1,）闭合开关瞬间，金属杆加速度；（,2,）金属杆所能到达最大速度；（,3,）当其速度为,v,=20m/s,时杆加速度为多大？（忽略其它一切电阻，,g,=10m/s,2,）,第41页,电容有外力充电式,1,电路特点,导体为发电边；电容器被充电。,2,三个基本关系,F,导体棒受到安培力为：,导体棒加速度可表示为：,回路中电流可表示为：,第42页,电容有外力充电式,3,四个主要结论：,v,0,O,t,v,F,(1),导体棒做初速度为零匀加速运动：,(2),回路中电流恒定：,(3),导体棒受安培力恒定：,(4),导体棒克服安培力做功等于电容器储存电能：,证实,第43页,电容有外力充电式,4,几个改变：,F,(1),导轨不光滑,(2),恒力提供方式不一样,(3),电路改变,F,第44页,电容有外力充电式,练习：,如图所表示，水平放置金属导轨宽为,L,，质量为,m,金属杆,ab,垂直放置在导轨上，导轨上接有阻值为,R,电阻和电容为,C,电容器以及电流表。竖直向下匀强磁场磁感应强度为,B,。现用水平向右拉力使,ab,杆从静止开始以恒定加速度向右做匀加速直线运动，电流表读数恒为,I,，不计其它电阻和阻力。求：,（,1,）,ab,杆加速度。,（,2,）,t,时刻拉力大小。,第45页,