人教版选修3-2 专题复习：电磁感应中的力学和能量学问题（共29张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版选修3-2 专题复习：电磁感应中的力学和能量学问题（共29张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 3.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-02-27 12:21:06 | ||
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文档简介
(共29张PPT)
电磁感应中的动
力学问题和能量问题
2020-01-12
学习目标
1、综合运用楞次定律和法拉第电磁感应定律解决电磁感应中的动力学问题
2、会分析电磁感应中的能量问题。
目 录
C
02
电磁感应中的能量问题
01
电磁感应中的动力学问题
ONTENTS
电磁感应中的动力学问题
part 01
知识梳理
1、具有感应电流的导体在磁场中将受到安培力作用，所以电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理这类问题的方法是：
（1）用法拉第电磁感应定律或楞次定律求感应电动势的大小和方向。
（2）求回路中的感应电流的大小和方向。
（3）分析导体的受力情况。（包括安培力）
（4）列动力学方程或平衡方程。
2.两种状态处理
（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--合力为零列式分析
(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分析
知识复习
1．感应电动势方向的判断方法？
楞次定律、 右手定则
2．感应电动势大小的计算方法?
3．安培力方向的判断方法？计算公式？
左手定则
在电磁感应中安培力的公式
1.感应电动势：
2.感应电流：
3.安培力公式:
安培力方向:
左手定则
例1．质量为m、长为L、阻值为r的导体棒ab跨过电阻不计的光滑平行金属导轨，导轨上端与一电阻R相连，导轨与水平面的夹角为θ．重力加速度为g.
⑴当导体棒沿导轨向下运动的速度为v时，求回路中的电流和棒的加速度．
⑵若导体棒从静止开始下滑，分析导体棒做何种运动．
⑶求导体棒能达到的最大速度vm．
×
G
N
F安
解：（1）感应电动势：
感应电流：
加速度：由 得
（2）做加速度逐渐减小的加速运动
（3）当加速度a=0时有最大速度
即：
导体棒在轨道上滑动、线框进出磁场等是电磁感应中力学问题的典型，正确地对导体棒或线框进行受力分析和运动分析是解决此类问题的前提----将立体图转化为平面图有助于分析问题.
导体的运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安掊力→合外力变化→加速度变化→速度变化→周而复始地循环.
循环结束时，加速度等于零，导体达稳定运动状态．经常利用a=0时速度有最值的特点解题。
解后反思:
练1．如图两足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距为L, 一理想电流表与两导轨相连，匀强磁场与导轨平面垂直。一质量为m、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放。导体棒进入磁场后，流经电流表的电流逐渐减小，最终稳定为I。整个运动过程中，导体棒与导轨接触良好，且始终保持水平，不计导轨的电阻。求：
⑴磁感应强度的大小B；
⑵电流稳定后，导体棒运动
速度的大小v；
⑶流经电流表电流的最大值．
解：⑴电流稳定后，导体棒做匀速运动，有
BIL=mg
解之得
⑵电路中的感应电动势E=BLv
感应电流
解以上几式得
⑶由题意知，导体棒刚进入磁场时的电流最大，
设速度为vm．由机械能守恒得
感应电动势的最大值Em=BLvm
感应电流的最大值
解之得
电磁感应中的能量问题
part 02
【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。
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，电能又转化为其他形式的能，如通过电阻转化为内能（焦耳热）
即：其他形式的能（如：机械能）
安培力做负功
电能
电流做功
其他形式的能（如：内能）
2.求解焦耳热的三种方法
（1）直接法：
（2）功能关系法：
（3）能量守恒法：
如图所示，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=0.5m，左端接有阻值R=0.3Ω的电阻，一质量m=0.1kg，电阻r=0.1Ω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=0.4T，棒在水平向右的外力作用下，由静止开始做匀加速直线运动，当棒运动的位移x=9m时速度达到6m/s，此时撤去外力，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Q1：Q2=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
(1) 棒在匀加速运动过程中，通过电阻R的电荷量q
(2) 金属棒MN做匀加速直线运动所需外力随时间变化的表达式
(3) 外力做的功WF
（1）棒匀加速运动所用时间为t，有
根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律求电路中产生的平均电流为
根据电流定义式有
(2)撤去外力前棒做匀加速运动根据速度公式末速度为
撤去外力后棒在安培力作用下做减速运动，由能量守恒得
(3)根据题意在撤去外力前的焦耳热为
撤去外力前外力做正功，安培力做负功，重力不做功，共同使棒的动能增大，根据动能定理
则
I
(1) 根据电磁感应公式：
由闭合电路欧姆定律知：
因此，ab间电压为
(2) 由平衡条件知：
(3)由焦耳定律公式知：
检测1： 如图甲所示，让闭合导线框abcd从高处自由下落一定高度后进入水平方向的匀强磁场，以cd边开始进入到ab边刚进入磁场这段时间内，如图乙中表示线框运动的速度－时间图像中有可能的是 （ ）
BCD
解：
（1）由图可知2.0s时通过金属杆ab的电流为0.2A
此时金属杆受到的安培力 F安=BIL
解得：F安= 3.0×10-2N ，方向水平向左
（2）设金属杆产生的感应电动势为E，
由闭合电路欧姆定律
解得：E=0.12V
设金属杆在2.0s时的速率为v1，
则 E=BLv1
解得：v1=0.80m/s
（3）根据牛顿第二定律
F-F安=ma
解得：在2.0s时拉力 F=7.0×10-2N
设2.0s时外力F做功的功率为P，则
P=Fv1
解得：P=5.6×10-2W
感谢您的聆听与观看
练2、如图所示，边长为L的正方形导线框电阻为R，现使线圈以恒定速度v沿x轴正方向运动，穿过垂直纸面向里的匀强磁场区域，规定x轴正方向为力的正方向，逆时针方向为电流的正方向．线圈从图示位置开始运动，则
⑴穿过线圈的磁通量随x变化的图线为( )？
⑵线圈中产生的感应电流随x变化的图线为( )？
⑶磁场对线圈的作用力F随x变化的图线为( ) ？
x/L
A
A
C
D
例3．如图（甲）所示，一对平行光滑轨道放置在水平面上，两轨道间距l＝0.20m，电阻R＝1.0Ω；有一导体杆静止地放在轨道上，与两轨道垂直，杆及轨道的电阻皆可忽略不计，整个装置处于磁感强度B＝0.50 T的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道面向下,现用一外力F沿轨道方向拉杆，使之从静止开始做匀加速运动，测得力F与时间t 的关系如图（乙）所示，求杆的质量m和加速度a．
解：
导体杆在轨道上做匀加速直线运动，用v表示其速度，t表示时间，则有v＝at ①
杆切割磁力线，将产生感应电动势，
E＝Blv ②
在杆、轨道和电阻的闭合回路中产生电流
③
杆受到的安培力为 F安＝BIl ④
根据牛顿第二定律，有F-F安＝ma ⑤
联立以上各式，得
⑥
由图线上取两点代入⑥式，可解得，
m＝0.1 kg
电磁感应中的动
力学问题和能量问题
2020-01-12
学习目标
1、综合运用楞次定律和法拉第电磁感应定律解决电磁感应中的动力学问题
2、会分析电磁感应中的能量问题。
目 录
C
02
电磁感应中的能量问题
01
电磁感应中的动力学问题
ONTENTS
电磁感应中的动力学问题
part 01
知识梳理
1、具有感应电流的导体在磁场中将受到安培力作用，所以电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理这类问题的方法是：
（1）用法拉第电磁感应定律或楞次定律求感应电动势的大小和方向。
（2）求回路中的感应电流的大小和方向。
（3）分析导体的受力情况。（包括安培力）
（4）列动力学方程或平衡方程。
2.两种状态处理
（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--合力为零列式分析
(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分析
知识复习
1．感应电动势方向的判断方法？
楞次定律、 右手定则
2．感应电动势大小的计算方法?
3．安培力方向的判断方法？计算公式？
左手定则
在电磁感应中安培力的公式
1.感应电动势：
2.感应电流：
3.安培力公式:
安培力方向:
左手定则
例1．质量为m、长为L、阻值为r的导体棒ab跨过电阻不计的光滑平行金属导轨，导轨上端与一电阻R相连，导轨与水平面的夹角为θ．重力加速度为g.
⑴当导体棒沿导轨向下运动的速度为v时，求回路中的电流和棒的加速度．
⑵若导体棒从静止开始下滑，分析导体棒做何种运动．
⑶求导体棒能达到的最大速度vm．
×
G
N
F安
解：（1）感应电动势：
感应电流：
加速度：由 得
（2）做加速度逐渐减小的加速运动
（3）当加速度a=0时有最大速度
即：
导体棒在轨道上滑动、线框进出磁场等是电磁感应中力学问题的典型，正确地对导体棒或线框进行受力分析和运动分析是解决此类问题的前提----将立体图转化为平面图有助于分析问题.
导体的运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安掊力→合外力变化→加速度变化→速度变化→周而复始地循环.
循环结束时，加速度等于零，导体达稳定运动状态．经常利用a=0时速度有最值的特点解题。
解后反思:
练1．如图两足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距为L, 一理想电流表与两导轨相连，匀强磁场与导轨平面垂直。一质量为m、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放。导体棒进入磁场后，流经电流表的电流逐渐减小，最终稳定为I。整个运动过程中，导体棒与导轨接触良好，且始终保持水平，不计导轨的电阻。求：
⑴磁感应强度的大小B；
⑵电流稳定后，导体棒运动
速度的大小v；
⑶流经电流表电流的最大值．
解：⑴电流稳定后，导体棒做匀速运动，有
BIL=mg
解之得
⑵电路中的感应电动势E=BLv
感应电流
解以上几式得
⑶由题意知，导体棒刚进入磁场时的电流最大，
设速度为vm．由机械能守恒得
感应电动势的最大值Em=BLvm
感应电流的最大值
解之得
电磁感应中的能量问题
part 02
【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。
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，电能又转化为其他形式的能，如通过电阻转化为内能（焦耳热）
即：其他形式的能（如：机械能）
安培力做负功
电能
电流做功
其他形式的能（如：内能）
2.求解焦耳热的三种方法
（1）直接法：
（2）功能关系法：
（3）能量守恒法：
如图所示，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=0.5m，左端接有阻值R=0.3Ω的电阻，一质量m=0.1kg，电阻r=0.1Ω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=0.4T，棒在水平向右的外力作用下，由静止开始做匀加速直线运动，当棒运动的位移x=9m时速度达到6m/s，此时撤去外力，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Q1：Q2=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
(1) 棒在匀加速运动过程中，通过电阻R的电荷量q
(2) 金属棒MN做匀加速直线运动所需外力随时间变化的表达式
(3) 外力做的功WF
（1）棒匀加速运动所用时间为t，有
根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律求电路中产生的平均电流为
根据电流定义式有
(2)撤去外力前棒做匀加速运动根据速度公式末速度为
撤去外力后棒在安培力作用下做减速运动，由能量守恒得
(3)根据题意在撤去外力前的焦耳热为
撤去外力前外力做正功，安培力做负功，重力不做功，共同使棒的动能增大，根据动能定理
则
I
(1) 根据电磁感应公式：
由闭合电路欧姆定律知：
因此，ab间电压为
(2) 由平衡条件知：
(3)由焦耳定律公式知：
检测1： 如图甲所示，让闭合导线框abcd从高处自由下落一定高度后进入水平方向的匀强磁场，以cd边开始进入到ab边刚进入磁场这段时间内，如图乙中表示线框运动的速度－时间图像中有可能的是 （ ）
BCD
解：
（1）由图可知2.0s时通过金属杆ab的电流为0.2A
此时金属杆受到的安培力 F安=BIL
解得：F安= 3.0×10-2N ，方向水平向左
（2）设金属杆产生的感应电动势为E，
由闭合电路欧姆定律
解得：E=0.12V
设金属杆在2.0s时的速率为v1，
则 E=BLv1
解得：v1=0.80m/s
（3）根据牛顿第二定律
F-F安=ma
解得：在2.0s时拉力 F=7.0×10-2N
设2.0s时外力F做功的功率为P，则
P=Fv1
解得：P=5.6×10-2W
感谢您的聆听与观看
练2、如图所示，边长为L的正方形导线框电阻为R，现使线圈以恒定速度v沿x轴正方向运动，穿过垂直纸面向里的匀强磁场区域，规定x轴正方向为力的正方向，逆时针方向为电流的正方向．线圈从图示位置开始运动，则
⑴穿过线圈的磁通量随x变化的图线为( )？
⑵线圈中产生的感应电流随x变化的图线为( )？
⑶磁场对线圈的作用力F随x变化的图线为( ) ？
x/L
A
A
C
D
例3．如图（甲）所示，一对平行光滑轨道放置在水平面上，两轨道间距l＝0.20m，电阻R＝1.0Ω；有一导体杆静止地放在轨道上，与两轨道垂直，杆及轨道的电阻皆可忽略不计，整个装置处于磁感强度B＝0.50 T的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道面向下,现用一外力F沿轨道方向拉杆，使之从静止开始做匀加速运动，测得力F与时间t 的关系如图（乙）所示，求杆的质量m和加速度a．
解：
导体杆在轨道上做匀加速直线运动，用v表示其速度，t表示时间，则有v＝at ①
杆切割磁力线，将产生感应电动势，
E＝Blv ②
在杆、轨道和电阻的闭合回路中产生电流
③
杆受到的安培力为 F安＝BIl ④
根据牛顿第二定律，有F-F安＝ma ⑤
联立以上各式，得
⑥
由图线上取两点代入⑥式，可解得，
m＝0.1 kg