高考物理第二轮复习课件13电磁感应与力学综合问题.ppt

专题六 电路、电与磁的转化,第3讲 电磁感应与力学综合问题,1电磁感应中产生的感应电流，在磁场中将受到安培力的作用，因此，电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起 2解决这类电磁感应中的力学问题，一方面要考虑电磁学中的有关规律，如楞次定律、法拉第电磁感应定律、左手定则、右手定则、安培力的计算公式等；另一方面还要考虑力学中的有关规律，如牛顿运动定律、动能定理、能量守恒定律等，要将电磁学和力学的知识综合起来应用,3电磁感应中的动力学问题,(3)在力和运动的关系中，要注意分析导体受力，判断导体加速度方向、大小及变化；加速度等于零时，速度最大，导体最终达到稳定状态是该类问题的重要特点 4电磁感应中的能量转化综合问题 (1)安培力做的功是电能和其他形式的能之间相互转化的“桥梁”，用框图表示如下： 安培力做的功是电能与其他形式的能转化的量度安培力做多少正功，就有多少电能转化为其他形式的能；安培力做多少负功，就有多少其他形式的能转化为电能,(2)明确功能关系，确定有哪些形式的能量发生了转化如有滑动摩擦力做功，必有内能产生；有重力做功，重力势能必然发生变化；安培力做负功，必然有其他形式的能转化为电能等 (3)根据不同物理情景选择动能定理，能量守恒定律，功能关系列方程求解,方法指导： 1解决这类问题的一般思路是：根据电磁感应现象感应电动势感应电流安培力合力加速度速度感应电动势周而复始地循环注意：当导体运动达到稳定时，a=0，速度达到最大值(临界值) 2两种状态处理 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 导体处于非平衡态加速度不等于零 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解答电磁感应、电路与力学综合问题的 基本步 骤： (1)确定电源：首先确定电源电路，并求出电动势的 大小与方向 (2)分析电路结构，画等效电路图，区分出内外电路 (3)利用电路的有关规律求出电流大小与方向 (4)根据F= BIL 求出安培力的大小与方向(至此，就 转化为一个力学问题) (5)对研究对象进行受力分析、运动分析、做功分析 (6)运用力学规律求解,【例1】边长为h的正方形金属导线框，从图所示的位置由静止开始下落，通过一匀强磁场区域，磁场方向水平，且垂直于线框平面，磁场区域宽度为H，上、下边界如图中虚线所示，Hh，试分析讨论从线框开始下落到完全穿过磁场区域的全过程中线框运动速度的变化情况,当线框上边进入磁场后，由Hh可知，线框将有一段时间全部处于匀强磁场区，此时线框磁通量不变，无感应电流，不受安培力作用，该段时间内线框将以加速度g做匀加速运动； 当线框下边界运动至磁场下边界时，分析同.,【点评】 本题的最大的特点是电磁学知识与力学知识相结合这类综合题本质上是一道力学题，只不过在受力上多了一个感应电流受到的安培力分析问题的基本思路还是力学解题的那些规律在运用牛顿第二定律与运动学结合解题时，分析加速度与初速度的关系是解题最关键的第一步因为加速度与初速度的关系决定了物体的运动,【同类变式1】(2011天津卷)如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为l=0.5m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30角完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒质量均为m=0.02kg，电阻均为R=0.1w，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中， 磁感应强度B=0.2T，棒 ab 在平行于导轨向上的力F作 用下， 沿导轨向上匀 速运 动，而棒 cd 恰好能够保持 静止取g=10m/s2，问：,(1)通过棒cd的电流I是多少，方向如何？ (2)棒ab受到的力F多大？ (3)棒cd每产生Q=0.1J的热量，力F做的功W是多少？,【解析】 (1)棒cd受到的安培力 Fcd=IlB 棒cd在共点力作用下平衡，则 Fcd= mgsin30 由式，代入数据得 I=1A 根据楞次定律可知，棒cd中的电流方向由d至c (2)棒ab与棒cd受到的安培力大小相等 Fab=Fcd 对棒ab，由共点力平衡知 F= mgsin30+IlB 代入数据解得 F=0.2N ,(3)设在时间t内棒cd产生Q=0.1J热量，由焦耳定律知 Q=I2Rt 设棒ab匀速运动的速度大小为v，其产生的感应电动势 E=Blv 由闭合电路欧姆定律知 由运动学公式知在时间t内，棒ab沿导轨的位移 x=vt 力F做的功 W=Fx 综合上述各式，代入数据解 W=0.4J ,【例2】如图所示，一边长为 L的正方形闭合金属线框，其质量为m，回路电阻为R，M、N、P为磁场区域的边界，且均为水平，上、下两部分磁场的磁感应强度均为B，方向如图所示图示所示位置线框的底边与M重合现让线框由图示位置从静止开始下落，线框在穿过N和P两界面的过程中均为匀速运动若已知M、N之间的高度差为h1，h1L.线框下落过程中线框平面始终保持竖直，底边始终保持水平，重 力加速度为g，求： (1)线框穿过N与P界面的速度； (2)在整个运动过程中，线框 产生的焦耳热,【切入点】匀速运动时，线框所受安培力与重力平衡线框机械能的减小等于产生的焦耳热,【点评】 (1)利用功能关系分析电磁感应问题，首先应对研究对象进行受力分析，判断各力做功情况，有哪些形式的能参与了转化，分别写出表达式，然后利用功能关系或能量守恒列式求解 (2)解题的关键是根据力的平衡知识、电路知识及法拉第电磁感应定律列出方程，再联立求解,【同类变式2】 (2011浙江卷)如图甲所示，在水平面上固定有长为L=2m、宽为d=1m的金属“U”型导轨，在“U”型导轨右侧 l=0.5m 范围内存在垂直 纸面向里的匀强磁场， 且磁感应强 度随时间变化规律如图乙所示在 t=0时刻，质量为 m=0.1kg的导体棒 以v0=1m/s的初速度从导轨的左端开 始向右运动， 导体棒与导轨之间的 动摩擦因数为 = 0.1，导轨 与导体