高考物理新一轮复习+讲练互动)第九章第四节 电磁感应中的动力学和能量问题课件 新人教版

1、第九章电磁感应第九章电磁感应第四节电磁感应中的动力学和能量问题第四节电磁感应中的动力学和能量问题一、电磁感应现象中的动力学问题一、电磁感应现象中的动力学问题1安培力的大小安培力的大小BIlBlv2安培力的方向安培力的方向(1)先用先用_判定感应电流方向，再用判定感应电流方向，再用_判定安培力方向判定安培力方向(2)根据楞次定律，安培力的方向一定和导体切割磁感线运动根据楞次定律，安培力的方向一定和导体切割磁感线运动方向方向_右手定则右手定则左手定则左手定则相反相反二、电磁感应中的能量转化二、电磁感应中的能量转化1过程分析过程分析(1)电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质上是能量的转电磁感应现象

2、中产生感应电流的过程，实质上是能量的转化过程化过程(2)感应电流在磁场中受安培力，若克服安培力做功，则感应电流在磁场中受安培力，若克服安培力做功，则_的能转化为的能转化为_；若安培力做正功，则电；若安培力做正功，则电能转化为其他形式的能能转化为其他形式的能(3)当感应电流通过用电器时，当感应电流通过用电器时，_能转化为能转化为_的能的能其他形式其他形式电能电能电电其他形式其他形式2安培力做功和电能变化的对应关系安培力做功和电能变化的对应关系“外力外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能；安培力做多少功，就有多少电能转化为其他形化为电能；

3、安培力做多少功，就有多少电能转化为其他形式的能式的能1. (单选单选)如图所示，在一匀强磁场中有一如图所示，在一匀强磁场中有一U形导形导体框体框bacd，线框处于水平面内，磁场与线，线框处于水平面内，磁场与线框平面垂直，框平面垂直，R为一电阻为一电阻,ef为垂直于为垂直于ab的的一根导体杆，它可以在一根导体杆，它可以在ab、cd上无摩擦地上无摩擦地滑动，杆滑动，杆ef及线框中导体的电阻都可不计开始时，给及线框中导体的电阻都可不计开始时，给ef一一个向右的初速度，则个向右的初速度，则()Aef将减速向右运动，但不是匀减速将减速向右运动，但不是匀减速Bef将匀速向右运动将匀速向右运动Cef将加速向

4、右运动将加速向右运动Def将做往复运动将做往复运动A2. (单选单选)(2014平顶山统考平顶山统考)如图所示如图所示,固定在固定在水平绝缘平面上足够长的金属导轨不计电水平绝缘平面上足够长的金属导轨不计电阻，但表面粗糙，导轨左端连接一个电阻阻，但表面粗糙，导轨左端连接一个电阻R，质量为，质量为m的金属棒的金属棒(电阻也不计电阻也不计)放在导放在导轨上，并与导轨垂直，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向轨上，并与导轨垂直，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直与导轨平面垂直.用水平恒力用水平恒力F把把ab棒从静止起向右拉动的过棒从静止起向右拉动的过程中，下列说法正确的是程中，下列说法正确的是

5、()A恒力恒力F做的功等于电路产生的电能做的功等于电路产生的电能B恒力恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能C克服安培力做的功等于电路中产生的电能克服安培力做的功等于电路中产生的电能D恒力恒力F和摩擦力的合力做的功小于电路中产生的电能和棒和摩擦力的合力做的功小于电路中产生的电能和棒获得的动能之和获得的动能之和C1导体的两种运动状态导体的两种运动状态(1)导体的平衡状态导体的平衡状态静止状态或匀速直线运动状态静止状态或匀速直线运动状态(2)导体的非平衡状态导体的非平衡状态加速度不为零加速度不为零电磁感应中的动力学问题分析电磁感应中的动力学问题分析2

6、导体处于平衡状态的分析思路导体处于平衡状态的分析思路(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和方向(2)由闭合电路欧姆定律确定回路中的电流由闭合电路欧姆定律确定回路中的电流(3)分析导体的受力情况分析导体的受力情况(4)由平衡条件列方程求解由平衡条件列方程求解3导体做变加速运动，最终趋于稳定状态的分析思路导体做变加速运动，最终趋于稳定状态的分析思路(1)做好受力分析和运动状态分析做好受力分析和运动状态分析导体受力导体受力速度变化速度变化产生变化的感应电动势产生变化的感应电动势产生变化的产生变化的感应电流感应电流导体受变化的

7、安培力作用导体受变化的安培力作用合外力变化合外力变化加速度加速度变化变化速度变化速度变化感应电动势变化感应电动势变化最终加速度等于零最终加速度等于零,导导体达到稳定运动状态体达到稳定运动状态(2)达到平衡状态时，列方程求解达到平衡状态时，列方程求解利用好导体达到稳定状态时的受力平衡方程往往是解决这类利用好导体达到稳定状态时的受力平衡方程往往是解决这类问题的突破口问题的突破口(3)此类问题中极值问题的分析方法此类问题中极值问题的分析方法加速度的最大值出现在初位置，可先对初位置进行受力分加速度的最大值出现在初位置，可先对初位置进行受力分析析,然后由牛顿第二定律求解加速度然后由牛顿第二定律求解加速度

8、速度的最大值、最小值一般出现在匀速运动时，通常根据速度的最大值、最小值一般出现在匀速运动时，通常根据平衡条件进行分析和求解平衡条件进行分析和求解 如图甲所示，相距如图甲所示，相距L0.5 m、电阻不计的两根长金、电阻不计的两根长金属导轨，各有一部分在同一水平面上，另一部分沿竖直属导轨，各有一部分在同一水平面上，另一部分沿竖直面质量均为面质量均为m50 g、电阻均为、电阻均为R1.0 的金属细杆的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数数0.5.整个装置处于磁感应强度大小整个装置处于磁感应强度大小B1.0 T、方向竖

9、直、方向竖直向上的匀强磁场中当向上的匀强磁场中当ab杆在水平拉力杆在水平拉力F作用下沿导轨向右作用下沿导轨向右运动时，从运动时，从t0时刻开始释放时刻开始释放cd杆，杆，cd杆的杆的vcdt图象如图图象如图乙所示乙所示(在在01 s和和2 s3 s内，图线为直线内，图线为直线)(1)在在01 s内，内，ab杆做什么运动？杆做什么运动？(2)在在01 s内，内，ab杆的速度为多少？杆的速度为多少？(3)已知已知1 s2 s内，内，ab杆做匀加速直线运动，求这段时间内杆做匀加速直线运动，求这段时间内拉力拉力F随时间变化的函数方程随时间变化的函数方程课堂笔记课堂笔记 总结提升总结提升用用“四步法四步

10、法”分析电磁感应中的动力学问题分析电磁感应中的动力学问题解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是“先电后力先电后力”,具具体思路如下：体思路如下：(1)先进行先进行“源源”的分析的分析分离出电路中由电磁感应所产生分离出电路中由电磁感应所产生的电源，求出电源参数的电源，求出电源参数E和和r；(2)再进行再进行“路路”的分析的分析分析电路结构，弄清串、并联关分析电路结构，弄清串、并联关系系,求出相关部分的电流大小，以便求解安培力；求出相关部分的电流大小，以便求解安培力；(3)然后是然后是“力力”的分析的分析分析研究对象分析研究对象(常是金属杆、导体常是金属杆、导

11、体线圈等线圈等)的受力情况，尤其注意其所受的安培力；的受力情况，尤其注意其所受的安培力；(4)接着进行接着进行“运动运动”状态的分析状态的分析根据力和运动的关系根据力和运动的关系,判判断出正确的运动模型断出正确的运动模型答案答案(1)匀速直线运动匀速直线运动(2)4.8 m/s(3)F0.8t0.37 (N)1(多选多选)(2014云南部分名校统考云南部分名校统考)如图所示，如图所示，足够长的光滑导轨倾斜放置足够长的光滑导轨倾斜放置,其下端连接一个其下端连接一个定值电阻定值电阻R,匀强磁场垂直于导轨所在平面匀强磁场垂直于导轨所在平面,将将ab棒在导轨上无初速度释放，当棒在导轨上无初速度释放，当

12、ab棒下滑到稳定状态时，速度棒下滑到稳定状态时，速度为为v，电阻，电阻R上消耗的功率为上消耗的功率为P.导轨和导体棒电阻不计下列导轨和导体棒电阻不计下列判断正确的是判断正确的是( )BD1电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程，而能电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程，而能量的转化是通过安培力做功的形式实现的，安培力做功的过量的转化是通过安培力做功的形式实现的，安培力做功的过程程,是电能转化为其他形式能的过程，外力克服安培力做功是电能转化为其他形式能的过程，外力克服安培力做功,则则是其他形式的能转化为电能的过程是其他形式的能转化为电能的过程电磁感应中的能量问题电磁感应中的能量问题

13、2能量转化及焦耳热的求法能量转化及焦耳热的求法(1)能量转化能量转化(2)求解焦耳热求解焦耳热Q的三种方法的三种方法 如图所示，在倾角如图所示，在倾角37的斜面的斜面内内,放置放置MN和和PQ两根不等间距的光滑金属两根不等间距的光滑金属导轨，该装置放置在垂直斜面向下的匀强导轨，该装置放置在垂直斜面向下的匀强磁场中磁场中.导轨导轨M、P两端间接入阻值两端间接入阻值R130 的电阻和理想电流表的电阻和理想电流表,N、Q两端间接入阻值两端间接入阻值R26 的电阻的电阻.质量质量m0.6 kg、长、长L1.5 m的金属棒放在导的金属棒放在导轨上以轨上以v05 m/s的初速度从的初速度从ab处向右上滑到

14、处向右上滑到ab处的时间为处的时间为t0.5 s,滑过的距离滑过的距离l0.5 m.ab处导轨间距处导轨间距Lab0.8 m,ab处处导轨间距导轨间距Lab1 m.若金属棒滑动时电流表的读数始终保持不若金属棒滑动时电流表的读数始终保持不变变,不计金属棒和导轨的电阻不计金属棒和导轨的电阻sin 370.6，cos 370.8，g取取10 m/s2,求求:(1)此过程中电阻此过程中电阻R1上产生的热量；上产生的热量；(2)此过程中电流表的读数；此过程中电流表的读数；(3)匀强磁场的磁感应强度匀强磁场的磁感应强度思路分析思路分析先根据感应电流以及感应电动势不变的特点确先根据感应电流以及感应电动势不变

15、的特点确定金属棒的速度，再结合能量守恒定律分析电阻上产生的总定金属棒的速度，再结合能量守恒定律分析电阻上产生的总热量，并利用两电阻的关系确定电阻热量，并利用两电阻的关系确定电阻R1产生的热量因为是产生的热量因为是恒定电流，故可以直接利用焦耳定律求解电流的大小以及电恒定电流，故可以直接利用焦耳定律求解电流的大小以及电动势的大小，并得出磁感应强度的大小动势的大小，并得出磁感应强度的大小课堂笔记课堂笔记 方法总结方法总结在利用功能关系分析电磁感应的能量问题时，在利用功能关系分析电磁感应的能量问题时，首先应对研究对象进行准确的受力分析，判断各力做功的情首先应对研究对象进行准确的受力分析，判断各力做功的

16、情况，再利用动能定理或功能关系列式求解同时还应注意明况，再利用动能定理或功能关系列式求解同时还应注意明确初、末状态及其能量转化，根据各力做功和相应形式的能确初、末状态及其能量转化，根据各力做功和相应形式的能之间的转化列式求解之间的转化列式求解解决这类问题的基本方法为：解决这类问题的基本方法为：(1)利用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大利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小和方向(2)画出等效电路，求出回路中电阻消耗的电能画出等效电路，求出回路中电阻消耗的电能(或电功率或电功率)(3)分析导体机械能的变化，用动能定理或能量守恒定律列方分析导体机械能的变化，用动

17、能定理或能量守恒定律列方程程答案答案(1)0.15 J(2)0.1 A(3)0.75 T2(单选单选)如图如图,足够长的足够长的U型光滑金属导型光滑金属导轨平面与水平面成轨平面与水平面成角角(090),其中其中MN与与PQ平行且间距为平行且间距为L，导轨平面与，导轨平面与磁感应强度为磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨的匀强磁场垂直，导轨电阻不计金属棒电阻不计金属棒ab由静止开始沿导由静止开始沿导 轨下滑，并与两导轨轨下滑，并与两导轨 始始终保持垂直且良好接触，终保持垂直且良好接触，ab棒接入电路的电阻为棒接入电路的电阻为R，当流过，当流过ab棒某一横截面的电量为棒某一横截面的电量为q时时,棒的

18、速度大小为棒的速度大小为v，则金，则金 属棒属棒ab在这一过程中在这一过程中()B电磁感应中的电磁感应中的“杆导轨杆导轨”模型模型1模型分类模型分类“杆轨杆轨”模型分为模型分为“单杆单杆”型和型和“双杆双杆”型；导轨放置方式可型；导轨放置方式可分为水平、竖直和倾斜三种；杆的运动状态可分为匀速运动、分为水平、竖直和倾斜三种；杆的运动状态可分为匀速运动、匀变速运动、非匀变速运动或转动等；磁场的状态可分为恒定匀变速运动、非匀变速运动或转动等；磁场的状态可分为恒定不变、均匀变化和非均匀变化等情景复杂不变、均匀变化和非均匀变化等情景复杂,形式多变形式多变2分析方法分析方法通过受力分析，确定运动状态，一般

19、会有收尾状态对于收尾通过受力分析，确定运动状态，一般会有收尾状态对于收尾状态则有恒定的速度或者加速度等，再结合运动学规律、牛顿状态则有恒定的速度或者加速度等，再结合运动学规律、牛顿运动定律和能量观点分析求解运动定律和能量观点分析求解规范解答规范解答该得的分一分不丢！该得的分一分不丢！(1)由题图乙可知，在由题图乙可知，在t0时，时，F1.5 N(1分分)对对ab杆进行受力分析，由牛顿第二定律得杆进行受力分析，由牛顿第二定律得Fmgma(2分分)代入数据解得代入数据解得a10 m/s2.(1分分)答案答案(1)10 m/s2(2)2 m/s(3)0.12 J 总结提升总结提升分析分析“双杆模型双杆模型”问题时，要注意双杆之间的问题时，要注