1、目标定位预习导学课堂讲义对点练习高中物理选修3-2鲁科版第二章 楞次定律和自感现象第六讲 电磁感应的综合应用（二）动力学和能量问题目标定位预习导学课堂讲义对点练习目标定位电磁感应中的动力学和能量问题2会分析电磁感应中的能量转化问题1理解楞次定律的内容，并应用楞次定律判定感应电流的方向.1理解楞次定律的内容，并应用楞次定律判定感应电流的方向.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目标定位预习导学课堂讲义对点练习预习导学1 楞次定律 BLv 右手定则 2BIL 左手定则3ma 增大 减小 匀速直线运动4.能量转化 转化 功(1)动能(2)重力势能(3)弹性势能(4)机械能
2、(5)电能5I2Rt 电磁感应中的动力学和能量问题nt目标定位预习导学课堂讲义对点练习课堂讲义一、电磁感应中的动力学问题电磁感应中产生感应电流，在磁场中受到安培力的作用，因此电磁感应问题往往与力学问题联系在一起1在解决此类问题时要注意内部各量之间的两个制约关系：(1)力和运动关系(2)动力学量和电学量之间的关系，表示如图所示2解决此类问题的主要方法：(1)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(2)依据闭合电路欧姆定律，求出回路中的电流(3)分析导体的受力情况(4)依据牛顿第二定律列出动力学方程或平衡方程，求解电磁感应中的动力学和能量问题目标定位预习导学课堂讲义对点练习课堂讲
3、义电磁感应中的动力学和能量问题例1 如图所示，电阻不计的金属导轨MN和OP放置在水平面内，MO间接有阻值为R3 的电阻，导轨相距d1 m，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B0.5 T，质量m0.1 kg，电阻r1 的导体棒CD垂直于导轨放置，并接触良好现用平行于MN的恒力F1 N向右拉动CD，CD所受摩擦力f恒为0.5 N，求：(1)CD运动的最大速度是多少？(2)当CD的速度为最大速度一半时，CD的加速度是多少？FfF0(1)CD 所受安培力 F0BId根据法拉第电磁感应定律有：EBdv在回路 CDOM 中，由闭合电路欧姆定律I ERr，当 vvm 时，有 FF0f所以 vm（Ff）（R
4、r）B2d28 m/s.(2)EBdvm2回路中电流 I ERrCD 所受安培力大小：FBId由牛顿第二定律：FFfma可得 a2.5 m/s2.目标定位预习导学课堂讲义对点练习课堂讲义例2 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(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
5、中某时刻的受力示意图；(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(2)当 ab 杆速度大小为 v 时，EBLv此时 IERBLvRF 安BILB2L2vR根据牛顿第二定律，mamgsin F 安mgsin B2L2vRagsin B2L2vmR.(3)当 a0 时，ab 杆有最大速度：vmmgRsin B2L2.电磁感应中的动力学和能量问题目标定位预习导学课堂讲义对点练习课堂讲义针对训练 如图所示，竖直平面内有足够长的金属导轨，轨距0.2 m，金属导体ab可在导轨上无摩擦地上下滑动，ab的电阻为0.4
6、，导轨电阻不计，导体ab的质量为0.2 g，垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.2 T，且磁场区域足够大，当导体ab自由下落0.4 s时，突然接通电键S，则：(1)试说出S接通后，导体ab的运动情况；(2)导体ab匀速下落的速度是多少？(g取10 m/s2)(1)S闭合前：v0gt4 m/s.S闭合后：F 安BILB2L2v0R0.016 Nmg0.002 N.aF安mgmB2L2vmR gmgF安ab做竖直向下的加速度逐渐减小的减速运动当速度减小至F安mg时，ab做竖直向下的匀速运动(2)设匀速竖直向下的速度为 vm，此时 F 安mg，即B2L2vmRmg，vmmgRB2L20.5 m/
7、s.电磁感应中的动力学和能量问题目标定位预习导学课堂讲义对点练习课堂讲义二、电磁感应中的能量问题1电磁感应现象中的能量守恒：电磁感应现象中的“阻碍”就是能量守恒的具体体现，在这种“阻碍”的过程中，其他形式的能转化为电能2电磁感应现象中的能量转化方式(1)与感生电动势有关的电磁感应现象中，磁场能转化为电能，若电路是纯电阻电路，转化过来的电能将全部转化为电阻的内能(2)与动生电动势有关的电磁感应现象中，通过克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化为电能，克服安培力做多少功，就产生多少电能，若电路是纯电阻电路，转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能电磁感应中的动力学和能量问题目标定位预习导学课堂讲
8、义对点练习课堂讲义3分析求解电磁感应现象中能量问题的一般思路：(1)分析回路，分清电源和外电路(2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化如：有摩擦力做功，必有内能产生；有重力做功，重力势能必然发生变化；克服安培力做功，必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能；如果是安培力做正功，就是电能转化为其他形式的能(3)列有关能量的关系式电磁感应中的动力学和能量问题目标定位预习导学课堂讲义对点练习课堂讲义4电磁感应中焦耳热的计算技巧(1)感应电路中电流恒定，则电阻产生的焦耳热等于电流通过电阻做的功，即QI2Rt.(2)感应电路中电流变化，可用以下方法分析：利用
9、动能定理，求出克服安培力做的功，产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即QW安利用能量守恒，即感应电流产生的焦耳热等于其他形式能量的减少，即QE其他电磁感应中的动力学和能量问题目标定位预习导学课堂讲义对点练习课堂讲义例3 如图所示，两根电阻不计的光滑平行金属导轨倾角为，导轨下端接有电阻R，匀强磁场垂直斜面向上质量为m、电阻不计的金属棒ab在沿斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑，上升高度为h，在这个过程中()A金属棒所受各力的合力所做的功等于零B金属棒所受各力的合力所做的功等于mgh和电阻R上产生的焦耳热之和C恒力F与重力的合力所做的功等于棒克服安培力所做的功与电阻R上产生的焦耳热之和D恒力F
10、与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热FFmgF安FN棒匀速上升的过程动能定理WWFWGW安0A对B错Q W安WFWGC错D对电磁感应中的动力学和能量问题目标定位预习导学课堂讲义对点练习课堂讲义例 4 如图所示，电阻可忽略的光滑平行金属导轨长 s1.15 m，两导轨间距 L0.75 m，导轨倾角为 30，导轨上端 ab 接一阻值 R1.5 的电阻，磁感应强度 B0.8 T 的匀强磁场垂直轨道平面向上阻值 r0.5、质量 m0.2 kg的金属棒与轨道垂直且接触良好，从轨道上端ab 处由静止开始下滑至底端，在此过程中金属棒产生的焦耳热 Qr0.1 J(取 g10 m/s2)(1)金属棒在此过
11、程中克服安培力做的功 W 安；(2)金属棒下滑速度 v2 m/s 时的加速度 a；(3)为求金属棒下滑的最大速度 vm，有同学解答如下：由动能定理，WGW 安12mv2m，由此所得结果是否正确？若正确，说明理由并完成本小题；若不正确，给出正确的解答F 安BILB2L2Rrv由牛顿第二定律得mgsin 30B2L2Rrvma(1)下滑过程中QR3Qr0.3 JW安QQRQr0.4 J F安mgFN(2)金属棒下滑时所以a3.2 m/s2(3)正确表明由动能定理可以得到棒的最大速度，上述解法正确a随v增大而减小，棒做a减小的加速运动,到达底端时速度最大所以mgssin 30Q12mv2m所以 vm
12、2.74 m/s.电磁感应中的动力学和能量问题目标定位预习导学课堂讲义对点练习对点练习电磁感应中的动力学问题1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(dL)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，t0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vt图象中，可能正确描述上述过程的是()进入时F安阻碍运动F 安B2L2vR减小v减小a减小进入后F安0v不变离开时F安阻碍运动F 安B2L2vR减小v减小a减小综上所述，正确答案为D电磁感应中的动力学和能量问题目标定位预习导学
13、课堂讲义对点练习2 如图所示，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2v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()AP2mgvsin BP3mgvsin C当导体棒速度达到v/2时加速度大小为(gsin)/2D在速度达到2v以后匀速运动的过程中，R上产生的焦耳热等于拉力所做的功m受力分析如图甲图甲mgsin BILBLvI
14、R受力分析如图乙图乙功率PF2v2mgvsin，故A正确 22sin1B L vmgR 22sin+22B L vmgFR 由(1)(2)可得Fmgsin 受力分析如图丙图丙 222sin-3vB LmgRam 由(1)(3)可知a=(gsin)/2，C正确等于拉力和重力做功之和，故D错误对点练习电磁感应中的动力学和能量问题目标定位预习导学课堂讲义对点练习对点练习有磁场时，ab切割磁感线产生感应电流，重力和安培力均做负功，机械能减小，有电热产生，故ab上升的最大高度变小A、B错误，D正确电磁感应中的能量问题3.如图所示，两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ平行放置，导轨平面与水平面的夹角为，导轨的下端接有电阻当导轨所在空间没有磁场时，使导体棒ab以平行导轨平面的初速度v0冲上导轨，ab上升的最大高度为H；当导轨所在空间存在方向与导轨平面垂直的匀强磁场时，再次使ab以相同的初速度从同一位置冲上导轨，ab上升的最大高度为h，两次运动中ab始终与两导轨垂直且接触良好，关于上述情景，下列说法中正确的是()A比较两次上升的最大高度，有HhB比较两次上升的最大高度，有HhC无磁场时，导轨下端的电阻中有电热产生D有磁场时，导轨下端的电阻中有电热产生无磁场时，只有重力做功，机械能守恒没有电热产生C错误电磁感应中的动力学和能量问题目标定位预习导学课堂讲义对点练习再见
