4.5 专题 电磁感应中的动力学问题 课件 (共29张PPT) 高二上学期物理人教版选修3-2

(共29张PPT)
电磁感应中的动力学问题
电磁感应问题中电学对象与力学对象的相互制约关系
(4)列动力学方程或平衡方程求解．
(3)分析研究导体受力情况(包括安培力)．
(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向．
(2)用闭合电路的欧姆定律求回路中的感应电流的大小和方向．
处理此类问题的基本方法
(2)导体处于非平衡状态——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进行分析．
两种状态
(1)导体处于平衡状态——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．
V
E=
(R+r)
E=BLV
临界状态分析
电磁感应中的动力学临界问题
如图，水平面(纸面)内间距为l的平行金属导轨间接一电阻，质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上．t＝0时，金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动．t0时刻，金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，且在磁场中恰好能保持匀速运动．杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数为μ.重力加速度大小为g.求：
(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小；
(2)电阻的阻值．
跟我走
大显身手
例1
太
明
论
理
思路历程
一看导轨
二看杆
三看磁场
四看电路
五看力和运动
怎样放置 是否粗糙 有无电阻
怎样放置 是否粗糙 有无电阻
磁场与导轨之间的关系
哪里是电源 哪里有电阻 怎样连接
受哪些力 做什么运动
如图，水平面(纸面)内间距为l的平行金属导轨间接一电阻，质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上．t＝0时，金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动．t0时刻，金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，且在磁场中恰好能保持匀速运动．杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数为μ.重力加速度大小为g.求：
F的恒定拉力
由静止开始
保持匀速运动
(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小；
E=BLV
匀加速运动末速度
V
(2)电阻的阻值
E=
(R+r)
E=BLV
匀速
W W W. COME
Who
Where
Why
一起来
简单
直接
明白
W W W. COME
一起来
Who
Where
Why
简单
直接明白
对某某，从某某到某某，由某某
由牛二律 由牛三律
由动能定理或由动量定理
由动量守恒或由能量守恒
或匀速或匀变速或匀速圆周运动或类平抛
或直接判断结果或临界条件（如恰好到某点、最大速度等）
规范书写
对某某
从某某到某某
由某某
精
彩
解
析
如图所示，空间存在B＝0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场，MN、PQ是水平放置的平行长直导轨，其间距L＝0.2 m，R＝0.3 Ω的电阻接在导轨一端，ab是跨接在导轨上质量m＝0.1 kg、接入电路的电阻r＝0.1 Ω的导体棒，已知导体棒和导轨间的动摩擦因数为0.2.从零时刻开始，对ab棒施加一个大小为F＝0.45 N、方向水平向左的恒定拉力，使其从静止开始沿导轨滑动，过程中ab棒始终保持与导轨垂直且接触良好．(g＝10 m/s2)
(1)分析导体棒的运动性质；
(2)求导体棒所能达到的最大速度；
(3)试定性画出导体棒运动的速度－时间图象．
跟我走
大显身手
例2
L,m,r,
f
V
E=BLV
最大速度a=0
E=
(R+r)
太明论理
精
彩
解
析
如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的定值电阻，一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦．(重力加速度为g)
(1)由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中的受力示意图；
(2)在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流大小及其加速度的大小；
(3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值．
V
E=BLV
最大速度a=0
E=
R
太明论理
mg
跟我走
大显身手
例3
精
彩
解
析
如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的定值电阻，一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，它们之间的摩擦因素为．(重力加速度为g)
(1)由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中的受力示意图；
(2)在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流大小及其加速度的大小；
(3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值．
V
E=BLV
最大速度a=0
E=
R
太明论理
mg
跟我走
大显身手
例4
f
如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的定值电阻，一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向竖直向上，导轨和金属杆的电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，它们之间的摩擦因素为．(重力加速度为g)
(1)由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中的受力示意图；
(2)在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流大小及其加速度的大小；
(3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值．
V
E=BLV
最大速度a=0
E=
R
太明论理
mg
跟我走
大显身手
例5
f
(多选)如图所示，MN和PQ是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计．ab是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆．开始时，将开关S断开，让杆ab由静止开始自由下落，一段时间后，再将S闭合，若从S闭合开始计时，则金属杆ab的速度v随时间t变化的图象可能是(　　)
味
道
江
湖
1
味
道
江
湖
2
(多选)如图所示，有两根和水平方向成α(α<90°)角的光滑平行的金属轨道(电阻不计)，上端接有滑动变阻器R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面向上的匀强磁场，磁感应强度为B，一根质量为m、电阻不计的金属杆从轨道上由静止滑下且始终与导轨接触良好．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vm，则(　　)
A．如果B增大，vm将变大
B．如果α变大(仍小于90°)，vm将变大
C．如果R变大，vm将变大
D．如果m变小，vm将变大
如图所示，在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框；在导线框右侧有一宽度为d(d＞L)的条形匀强磁场区域，磁场的边界与导线框的一边平行，磁场方向竖直向下．导线框以某一初速度向右运动，t＝0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合，随后导线框进入并通过磁场区域．下列v－t图象中，能正确描述上述过程的是(　　)
味
道
江
湖
3
如图，光滑金属导轨由倾斜和水平两部分组成，水平部分足够长且处在竖直向下的匀强磁场中，右端接一电源(电动势为E，内阻为r)．一电阻为R的金属杆PQ水平横跨在导轨的倾斜部分，从某一高度由静止释放，金属杆PQ进入磁场后的运动过程中，速度时间图象不可能是下图中的(导轨电阻不计)(　　)
味
道
江
湖
4
(多选)如图所示，边长为L的正方形线框，从图示位置开始沿光滑斜面向下滑动，中途穿越垂直纸面向里、有理想边界的匀强磁场区域，磁场的宽度大于L，以i表示导线框中的感应电流，从线框刚进入磁场开始计时，取逆时针方向为电流正方向，以下i－t关系图象，可能正确的是(　　)
味
道
江
湖
5
如图所示，半径为l的金属圆环水平固定，处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中，金属棒OA可绕圆心O在圆环上转动．金属棒CD放在宽度也为l的足够长光滑平行金属导轨上，导轨倾角为θ，处于垂直导轨平面向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场中．用导线将金属圆环、金属棒OA的O端分别与两导轨连接，已知金属棒OA和CD的长度均为l、质量均为m、电阻均为r，其他电阻不计．重力加速度大小为g.
(1)将金属棒OA固定，使金属棒CD从静止开始下滑，求金属棒CD的最大速度；
(2)让金属棒OA匀速转动，使金属棒CD保持静止，求金属棒OA的转动方向及角速度．
味
道
江
湖
6
精
彩
解
析
华
山
论
剑
之
太明论理
味道江湖