高二物理 电磁感应的综合运用精华课件

1、1第十二章第十二章 电磁感应电磁感应电磁感应的综合运用电磁感应的综合运用2第十二章第十二章电磁感应电磁感应第三节电磁感应的综合运用第三节电磁感应的综合运用电磁感应的综合运用通常可分解为以下四类基本问题：电磁感应的综合运用通常可分解为以下四类基本问题：、电路分析问题电路分析问题、力和运动的动态分析问题力和运动的动态分析问题、能量转化分析问题能量转化分析问题、图像分析问题图像分析问题3电磁感应电磁感应综合运用综合运用一、电路分析问题一、电路分析问题1、电路问题的特点：、电路问题的特点：导体运动导体运动 电磁感应电磁感应 对其它电路供电对其它电路供电 切割磁感线切割磁感线感应电动势感应电动势E、I主

2、要侧重于分析电路各部分的电流和电压等相关问题。主要侧重于分析电路各部分的电流和电压等相关问题。42、相关知识、相关知识法拉第电磁感应定律；法拉第电磁感应定律；闭合回路欧姆定律，电阻的串、并联；闭合回路欧姆定律，电阻的串、并联；静电场与电容，电量，电热。静电场与电容，电量，电热。电磁感应电磁感应综合运用综合运用一、一、电路分析问题电路分析问题5电磁感应电磁感应综合运用综合运用一、电路分析问题一、电路分析问题3、基本分析方法、基本分析方法画出等效电路图；画出等效电路图；利用电学相关知识求解相关问题。利用电学相关知识求解相关问题。6【例1】如图所示，光滑的平行导轨P、Q相距l=1m，处在同一水平面中

3、，导轨左端接有如图所示的电路，其中水平放置的平行板电容器C两极板间距离d=10mm，定值电阻R1=R3=8，R2=2，其它电阻均不计.磁感应强度B=0.4T的匀强磁场竖直向下穿过导轨面.当金属棒ab沿导轨向右匀速运动(开关S断开)时，电容器两极板之间质量 kg、带电量C的微粒恰好静止不动；取g=10 ，求： (1)金属棒ab运动的速度多大? (2)S闭合后，欲使微粒以加速度a=7 , 向下做匀加速运动，则使金属棒ab做匀速运动的外力 的功率多大?151 10Q 141 10m 电路综合电路综合分析问题分析问题感悟感悟渗透渗透应应用用2m s2m sPQ7电路综合电路综合分析问题分析问题感悟感悟

4、渗透渗透应应用用【剖析】步骤一、判断感应电动势的正负极，画出该装置的等效电路图；当S断开断开时当S闭合闭合时 S断开时，断开时，由微粒保持静止可得：UqmgEqdUBvl 金属棒ab电阻不计，则有： 联立可得：S闭合时，闭合时，由带电粒子受力可得： 即：0.135PF vw外2U qmgmad2()0.3m ga dUVq1313134RRRRR 由欧姆定律可得：联立可得：对棒可得：0.06FBIlN外由功率定义可得：步骤二、运用相关的电学和力学知识分析；2.25/vm s213213220.15UBvlIARRRRR2.5mgdvm sBlq8电磁感应电磁感应综合运用综合运用二、力和运动结合

5、的动态分析问题二、力和运动结合的动态分析问题1、各量之间关系：、各量之间关系：运动运动V电磁感应电磁感应E、I安培力安培力FF和和V关系：关系：F和和V之间具有瞬间对应的关系；之间具有瞬间对应的关系；F与主运动者的运动方向相反；与主运动者的运动方向相反；V E I F a V （）“阻碍阻碍”的体现。的体现。9电磁感应电磁感应综合运用综合运用二、力和运动结合的动态分析问题二、力和运动结合的动态分析问题2、分析电磁感应现象中力学问题的基本方法：、分析电磁感应现象中力学问题的基本方法：选择研究对象。选择研究对象。(即是哪一根导体棒或哪几根导体棒组成的系统；)(利用法拉第电磁感应定律和楞次定律)求感

6、应电动势求感应电动势E的大小和方向的大小和方向；求求(出回路中的)电流电流I大小大小；分析分析(所选定的研究对象的)受力受力F情况情况；(根据牛顿定律)分析加速度分析加速度a和速度和速度v的变化的变化.(并求解相关问题)10电磁感应电磁感应综合运用综合运用感悟感悟渗透渗透应用应用【例2】如图所示，有两根和水平方向成a角的光滑平行的金属轨道， 上端接有电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁 场，磁感强度为B一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下， 金属棒内 阻不计；设金属棒长为L，试求： 试分析金属棒在轨道上做怎样的运动？ 在金属棒加速下滑过程中，当其速度大小 为V时，求此时杆中的电流

7、及其加速度的大小； 求下滑过程中，杆可以达到的最大速度。11电磁感应电磁感应综合运用综合运用感悟感悟渗透渗透应用应用【例2】如图所示，有两根和水平方向成a角的光滑平行的金属轨道， 上端接有电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁 场，磁感强度为B一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下， 金属棒内 阻不计；设金属棒长为L，试求： 试分析金属棒在轨道上做怎样的运动？ 在金属棒加速下滑过程中，当其速度大小 为V时，求此时杆中的电流及其加速度的大小； 求下滑过程中，杆可以达到的最大速度。BR【解析】1、对导体棒受力分析如图、对导体棒受力分析如图F2、导体棒的运动：、导体棒的运动：当a0，v增加

8、，则导致a减小；做a减小的变加速直线运动；不稳定当a=0，v不变，则a保持为0，此时V最大；做匀速直线运动。稳定（此题中，安培力的方向与金属棒运动方向相反）12电磁感应电磁感应综合运用综合运用感悟感悟渗透渗透应用应用【例【例2】如图所示，有两根和水平方向成】如图所示，有两根和水平方向成a角的光滑平行的金属轨道，上端接角的光滑平行的金属轨道，上端接有电阻有电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感强度为，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感强度为B一根质量为一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下，的金属杆从轨道上由静止滑下， 金属棒内阻不计；设金属金属棒内阻不计；设金属

9、棒长为棒长为L，试求：，试求： 试分析金属棒在轨道上做怎样的运动？试分析金属棒在轨道上做怎样的运动？ 在金属棒加速下滑过程中，当其速度大小在金属棒加速下滑过程中，当其速度大小 为为V时，求此时杆中的电流及其加速度的大小；时，求此时杆中的电流及其加速度的大小； 求下滑过程中，杆可以达到的最大速度。求下滑过程中，杆可以达到的最大速度。【解析】1、对导体棒受力分析如图、对导体棒受力分析如图3、电学：、电学：BLvIREBLv22B L vFBILR力学：力学：由牛顿定律可得FsinmgBIlma2 2sinsinBIlB l vaggmmR当a=0 时，V达到最大值，即:2m s22sinmmgRV

10、B LN13电磁感应电磁感应综合运用综合运用【例【例3】如图所示，两根竖直平行放置的光滑金属导轨】如图所示，两根竖直平行放置的光滑金属导轨M、N， 与一电阻与一电阻R相连，导轨足够长，间距为相连，导轨足够长，间距为L;有一内阻有一内阻不计的金属杆不计的金属杆ab横放在横放在M、N之间，之间，ab杆的正下方有一杆的正下方有一有界的匀强磁场，磁感应强度为有界的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向，方向垂直于纸面向里现将里现将ab由静止释放，试分析将由静止释放，试分析将ab由静止释放后做怎样由静止释放后做怎样的运动？的运动？【解析】：22mgRvB L22B L vFmgR安22B L vFm

11、gR安22B L vFmgR安22mgRvB L22mgRvB L则：一直做匀速直线运动（稳定）2、当进入磁场时： 即则：先做a减小的变加速运动（不稳定），后作匀速直线运动（稳定）。3、当进入磁场时： 即则：先做变减速直线运动（稳定），后做匀速直线运动（稳定）。感悟感悟渗透渗透应用应用1、当进入磁场时： 即进入磁场前做自由落体运动自由落体运动14电磁感应电磁感应综合运用综合运用三、能量转化分析问题三、能量转化分析问题1 1、不同形式能量之间转化关系：、不同形式能量之间转化关系：机械能机械能电能电能其它形式能量其它形式能量注意：注意： 运动中克服安培力做功：机械能运动中克服安培力做功：机械能 电

12、能；电能； 电路中消耗电能：电能电路中消耗电能：电能 其他形式能量。其他形式能量。 EW 电安P =PFV电安（ ）15电磁感应电磁感应综合运用综合运用三、能量转化分析问题三、能量转化分析问题2 2、基本分析方法：、基本分析方法：分析清楚有哪些力做功，即哪些形式能量之间发生分析清楚有哪些力做功，即哪些形式能量之间发生 转化；转化；利用能量转化守恒定律，结合动能、动量定律等利用能量转化守恒定律，结合动能、动量定律等 列方程求解问题。列方程求解问题。1E =- E其它16电磁感应电磁感应综合运用综合运用【例【例4】（】（2006.2006.上海卷上海卷）如图所示）如图所示,平行金属导轨与水平面成平

13、行金属导轨与水平面成角，导轨与角，导轨与固定电阻固定电阻 和和 相连，匀强磁场垂直于导轨平面向上。有一导体棒相连，匀强磁场垂直于导轨平面向上。有一导体棒abab，质，质量为量为m m，导体棒的电阻与，导体棒的电阻与 、 均相等，与导轨之间的动摩擦因数为均相等，与导轨之间的动摩擦因数为，某时刻棒某时刻棒abab以速度以速度v v开始沿导轨向上滑动，此刻棒开始沿导轨向上滑动，此刻棒abab所受安培力大小为所受安培力大小为F F；试求：试求： 此刻电阻此刻电阻 消耗的功率是多少？消耗的功率是多少？ 设上升的最大高度为设上升的最大高度为h，则上升过程，则上升过程 中产生的中产生的 焦耳热是多少？焦耳热

14、是多少？ab1R2RBV1R1R2R2R1R感悟感悟渗透渗透应用应用【解析】解析】11FV6P 导体运动中克服安培力导体运动中克服安培力F做功，电路中获得电功率，做功，电路中获得电功率， 即电路中因电阻而消耗的功率，即即电路中因电阻而消耗的功率，即12RRR内1R2R 由电路规律可得：由电路规律可得： 且且 、 并联并联1214PPP内12FPPPPFV内17电磁感应电磁感应综合运用综合运用【例【例4】（】（2006.2006.上海卷上海卷）如图所示）如图所示,平行金属导轨与水平面成平行金属导轨与水平面成角，导轨与角，导轨与固定电阻固定电阻 和和 相连，匀强磁场垂直于导轨平面向上。有一导体棒相

15、连，匀强磁场垂直于导轨平面向上。有一导体棒abab，质，质量为量为m m，导体棒的电阻与，导体棒的电阻与 、 均相等，与导轨之间的动摩擦因数为均相等，与导轨之间的动摩擦因数为，某时刻棒某时刻棒abab以速度以速度v v开始沿导轨向上滑动，此刻棒开始沿导轨向上滑动，此刻棒abab所受安培力大小为所受安培力大小为F F；试求：试求： 设上升的最大高度为设上升的最大高度为h，则上升过程，则上升过程 中产生的中产生的 焦耳热是多少？焦耳热是多少？1R1R2R2R1R感悟感悟渗透渗透应用应用【解析】KPEEQQ 焦上升到最高点时，速度上升到最高点时，速度v=0m/s，末动能为，末动能为0J，动能减少：，

16、动能减少：重力做负功，增加势能；重力做负功，增加势能； pGEWmghfQ WfsmghCotFQW焦安培力做负功，产生焦耳热；安培力做负功，产生焦耳热；摩擦力做负功，产生热量（与焦耳热不同）。摩擦力做负功，产生热量（与焦耳热不同）。由能量守恒定律得：由能量守恒定律得：212QmvmghmghCot焦18电磁感应电磁感应综合运用综合运用感悟感悟渗透渗透应用应用【例例5】.如图所示，沿水平面放置一宽如图所示，沿水平面放置一宽50cm的的U形光滑金属框架电路中电阻形光滑金属框架电路中电阻 R=2.0，其余，其余电阻不计，匀强磁场电阻不计，匀强磁场B=0.8T，方向垂直于框架，方向垂直于框架平面向上

17、，金属棒平面向上，金属棒MN质量为质量为30g，它与框架两，它与框架两边垂直，边垂直，MN的中点的中点O用水平的绳跨过定滑轮系用水平的绳跨过定滑轮系一个质量为一个质量为20g的砝码，自静止释放砝码后，的砝码，自静止释放砝码后，电阻电阻R能得到的最大功率为能得到的最大功率为 w【剖析】思考：【剖析】思考：1、R得到的功率是什么功率？得到的功率是什么功率？2、什么时候、什么时候R功率最大？功率最大？【解】由能量关系可得：【解】由能量关系可得：RFPPF v安FTmg安222mm gPB对棒受力分析可知，棒先做变加速后坐匀速运动，此刻速度为最大速度，对棒受力分析可知，棒先做变加速后坐匀速运动，此刻速度为最大速度，安培力也达最大值：安培力也达最大值：22mB L vvR19电磁感应电磁感应综合运用