电磁感应的动态分析和能量分析初步课件

安培(Ampére，1775—1836)法国物理学家、数学家

法拉第

(Faraday,1791-1867)英国实验物理学家

楞次（Ленц，1804-1865）俄国物理学家和地球物理学家电磁感应奥斯特（Oersted，1777-1851）丹麦物理学家安培(Ampére，1775—1836)法国物理学家、数学家1833年，楞次在圣彼得堡科学院宣读了他的题为“关于用电动力学方法决定感生电流方向”的论文，提出了楞次定律。1820年安培发现安培定则、安培定律。

1831年法拉第发现电磁感应现象、1851年发现电磁感应定律。安培还进一步探索了磁的本质，提出了分子电流假说，为正确认识物质磁性指出了方向．安培把磁和电流联系起来，从本质上认识了磁和电的统一。1820年奥斯特发现电流磁效应，开辟了物理学的新领域——电磁学。杰出成就1833年，楞次在圣彼得堡科学院宣读了他的题为“关于用电动力电磁感应现象的动态分析和能量分析初步电磁感应现象的动态分析和能量分析初步

在匀强磁场中，金属棒沿“U”型框架或平行导轨运动的问题，要涉及磁场对电流的作用，法拉第电磁感应定律，闭合电路的计算等电学知识；要依据物体的受力情况对速度和加速度的动态变化运行分析；还要对能量转化和能量守恒有深刻的理解，有些问题还涉及动量定理以及动量是否守恒的判断和应用。

在匀强磁场中，金属棒沿“U”型框架或平行导轨运动的[探究主题]如图所示，在竖直向下的磁感强度为B的匀强磁场中，有两根水平放置相距L且足够长的平行金属导轨AB、CD，在导轨的AC端连接一阻值为R的电阻，一根垂直于导轨放置的金属棒ab，质量为m，导轨和金属棒的电阻及它们间的摩擦均不计，若用恒力F沿水平向右拉棒运动.探究（1）：金属棒的最大速度.探究（2）：如果ab棒与导轨间的动摩擦因数为μ，其它条件均不变，则ab棒的最大速度为多少？[探究主题]如图所示，在竖直向下的磁感强度为B的匀强磁场探究（3）：如图所示，若将质量为M的重物跨过一光滑的定滑轮，通过一根不可伸长，质量不计的细绳与ab相连，绳与导轨平行，将M从静止开始释放，当ab棒产生的电功率最大时，求此时棒的速度？（设ab棒的阻值为r，ab棒与导轨间的动摩擦因数仍为μ）探究（3）：如图所示，若将质量为M的重物跨过一光滑的定滑轮，探究（4）：在探究（2）中如果电阻R换成额定电压为U、额定功率为P的小灯泡，且金属棒在导轨间的电阻仍为r，那么需要施加多大的外力时才能使灯泡亮度趋于稳定，正常发光？探究（4）：在探究（2）中如果电阻R换成额定电压为U、额定功探究（5）：如图所示，将线圈串接一只灵敏电流计，放在U形导线框附近，用一恒力向右拉ab并始终保持ab与导轨良好接触，则通过灵敏电流计的电流（）A．方向N→G→MB．方向M→G→NC．不断增加D．逐渐减小到零探究（5）：如图所示，将线圈串接一只灵敏电流计，放在U形导线探究（6）：若不计摩擦和金属棒ab的电阻①若拉力恒定，棒ab最终速度可达2v，则当速度为v时，棒ab的加速度a1多大？②若拉力功率恒定，最终速度可达2v，则当速度为v时，棒加速度a2多大？探究（6）：若不计摩擦和金属棒ab的电阻探究（7）：设金属棒ab的电阻为r，不计摩擦,当棒ab在恒力F的作用下达到稳定状态时，撤去F，求以后电阻R上产生的焦耳热以及通过电阻R的电荷量.撤去F探究（7）：设金属棒ab的电阻为r，不计摩擦,当棒ab在恒力导体受力运动产生感应电动势→感应电流→导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→感应电动势变化→…动态变化过程结束时，加速度为零，导体达到稳定状态.[小结]一般在动态变化过程中，导体做加速度不断减小的变加速运动，动态变化过程结束后，导体做匀速运动.一般在动态变化过程中，其他形式的能转化为导体的动能和回路的电能；动态变化过程结束后，导体的动能不变，其他形式的能转化为回路的电能.（1）受力分析：（2）运动分析：（3）能量分析：导体受力运动产生感应电动势→感应电流→导体受安培力→合外力变[例2]如图所示，竖直光滑导轨上，导体棒ab由静止开始下落，下落过程中与导轨接触良好，经过充分长的时间后合上开关S，则合上S后的一小段时间内导体棒ab将做（）A．向下匀速运动B．向下加速运动C．向下减速运动

D．向上减速运动[例2]如图所示，竖直光滑导轨上，导体棒ab由静止开始下落[例3]如图所示，MN、PQ是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为l，导轨平面与水平面间的夹角为θ，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感应强度为B.在导轨的M、P端连接一个阻值为R的电阻，一根垂直于导轨旋转质量为m的金属棒ab，从静止释放开始沿导轨下滑，求ab棒的最大速度.（要求画出ab棒的受力图，已知ab与导轨间的动摩擦因数为μ，导轨和金属棒的电阻不计）[例3]如图所示，MN、PQ是两根足够长的固定平行金属导轨，[例4]如图所示，水平放置的平行金属导轨左边接有电阻R，轨道所在处有竖直向下的匀强磁场.金属棒ab横跨导轨，它在外力作用下向右匀速运动，当速度由v变成2v时，（除R外其余电阻不计，导轨光滑）那么（）A．原来作用在ab上的外力应装置加到4倍B．感应电动势将增中为原来的2倍C．感应电流的功率将增为原来的4倍

D．外力的功率将曾为原来的2倍[例4]如图所示，水平放置的平行金属导轨左边接有电阻R，轨[例5]如图所示，两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为l，导轨上面横放着两根导体棒ab和cd，构成矩形回路。两根导体棒的质量皆为m，电阻皆为R，回路中其余部分的电阻可不计，在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B，设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行。开始时，棒cd静止，棒ab有指向棒cd的初速度v0。若两导体棒在运动中始终不接触，求：

（1）在运动中产生的焦耳热最多是多少？（2）当ab棒的速度变为初速度的3/4时，cd棒的加速度是多少？[例5]如图所示，两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一[例6]放在绝缘水平面上的两条平行导轨MN和PQ之间宽度为L，置于磁感强度为B的匀强磁场中，B的方向垂直于导轨平面.导轨左端接有阻值为R的电阻.其它部分电阻不计，导轨右端接有一电容为C的电容器，长为2L的金属棒放在导轨上与导轨垂直且接触良好，其a端放在导轨PQ上.现将金属棒以a端为轴以角速度ω沿导轨平面顺时针转过90°角，如下图所示.求这个过程中的通过电阻R的总电量是多少？（设导轨长度比2L长得多）[例6]放在绝缘水平面上的两条平行导轨MN和PQ之间宽度

（1）双金属棒在导轨上滑动时，要特别注意两棒的运动方向，从而确定两“电源”的电动势方向，据闭合电路欧姆定律计算电路中的电流强度，从而求出要求的其它问题。（2）和单金属棒棒在导轨上滑动一样，要认真进行受力情况和运动情况的动态分析，还要进行能量转化的分析。

[小结]（1）双金属棒在导轨上滑动时，要特别注意两棒的运动方——“这个世界最令人不解的事情是，它是可以理解的。”

——“探索奥秘对于我们人类而言是最为美妙的事情。它是真正艺术和科学的起源。”

——“想像力比知识更重要。”

——“这个世界最令人不解的事情是，它是可以理解的。”——“谢谢指导！谢谢指导！安培(Ampére，1775—1836)法国物理学家、数学家

法拉第

(Faraday,1791-1867)英国实验物理学家

楞次（Ленц，1804-1865）俄国物理学家和地球物理学家电磁感应奥斯特（Oersted，1777-1851）丹麦物理学家安培(Ampére，1775—1836)法国物理学家、数学家1833年，楞次在圣彼得堡科学院宣读了他的题为“关于用电动力学方法决定感生电流方向”的论文，提出了楞次定律。1820年安培发现安培定则、安培定律。

1831年法拉第发现电磁感应现象、1851年发现电磁感应定律。安培还进一步探索了磁的本质，提出了分子电流假说，为正确认识物质磁性指出了方向．安培把磁和电流联系起来，从本质上认识了磁和电的统一。1820年奥斯特发现电流磁效应，开辟了物理学的新领域——电磁学。杰出成就1833年，楞次在圣彼得堡科学院宣读了他的题为“关于用电动力电磁感应现象的动态分析和能量分析初步电磁感应现象的动态分析和能量分析初步

在匀强磁场中，金属棒沿“U”型框架或平行导轨运动的问题，要涉及磁场对电流的作用，法拉第电磁感应定律，闭合电路的计算等电学知识；要依据物体的受力情况对速度和加速度的动态变化运行分析；还要对能量转化和能量守恒有深刻的理解，有些问题还涉及动量定理以及动量是否守恒的判断和应用。

在匀强磁场中，金属棒沿“U”型框架或平行导轨运动的[探究主题]如图所示，在竖直向下的磁感强度为B的匀强磁场中，有两根水平放置相距L且足够长的平行金属导轨AB、CD，在导轨的AC端连接一阻值为R的电阻，一根垂直于导轨放置的金属棒ab，质量为m，导轨和金属棒的电阻及它们间的摩擦均不计，若用恒力F沿水平向右拉棒运动.探究（1）：金属棒的最大速度.探究（2）：如果ab棒与导轨间的动摩擦因数为μ，其它条件均不变，则ab棒的最大速度为多少？[探究主题]如图所示，在竖直向下的磁感强度为B的匀强磁场探究（3）：如图所示，若将质量为M的重物跨过一光滑的定滑轮，通过一根不可伸长，质量不计的细绳与ab相连，绳与导轨平行，将M从静止开始释放，当ab棒产生的电功率最大时，求此时棒的速度？（设ab棒的阻值为r，ab棒与导轨间的动摩擦因数仍为μ）探究（3）：如图所示，若将质量为M的重物跨过一光滑的定滑轮，探究（4）：在探究（2）中如果电阻R换成额定电压为U、额定功率为P的小灯泡，且金属棒在导轨间的电阻仍为r，那么需要施加多大的外力时才能使灯泡亮度趋于稳定，正常发光？探究（4）：在探究（2）中如果电阻R换成额定电压为U、额定功探究（5）：如图所示，将线圈串接一只灵敏电流计，放在U形导线框附近，用一恒力向右拉ab并始终保持ab与导轨良好接触，则通过灵敏电流计的电流（）A．方向N→G→MB．方向M→G→NC．不断增加D．逐渐减小到零探究（5）：如图所示，将线圈串接一只灵敏电流计，放在U形导线探究（6）：若不计摩擦和金属棒ab的电阻①若拉力恒定，棒ab最终速度可达2v，则当速度为v时，棒ab的加速度a1多大？②若拉力功率恒定，最终速度可达2v，则当速度为v时，棒加速度a2多大？探究（6）：若不计摩擦和金属棒ab的电阻探究（7）：设金属棒ab的电阻为r，不计摩擦,当棒ab在恒力F的作用下达到稳定状态时，撤去F，求以后电阻R上产生的焦耳热以及通过电阻R的电荷量.撤去F探究（7）：设金属棒ab的电阻为r，不计摩擦,当棒ab在恒力导体受力运动产生感应电动势→感应电流→导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→感应电动势变化→…动态变化过程结束时，加速度为零，导体达到稳定状态.[小结]一般在动态变化过程中，导体做加速度不断减小的变加速运动，动态变化过程结束后，导体做匀速运动.一般在动态变化过程中，其他形式的能转化为导体的动能和回路的电能；动态变化过程结束后，导体的动能不变，其他形式的能转化为回路的电能.（1）受力分析：（2）运动分析：（3）能量分析：导体受力运动产生感应电动势→感应电流→导体受安培力→合外力变[例2]如图所示，竖直光滑导轨上，导体棒ab由静止开始下落，下落过程中与导轨接触良好，经过充分长的时间后合上开关S，则合上S后的一小段时间内导体棒ab将做（）A．向下匀速运动B．向下加速运动C．向下减速运动

D．向上减速运动[例2]如图所示，竖直光滑导轨上，导体棒ab由静止开始下落[例3]如图所示，MN、PQ是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为l，导轨平面与水平面间的夹角为θ，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感应强度为B.在导轨的M、P端连接一个阻值为R的电阻，一根垂直于导轨旋转质量为m的金属棒ab，从静止释放开始沿导轨下滑，求ab棒的最大速度.（要求画出ab棒的受力图，已知ab与导轨间的动摩擦因数为μ，导轨和金属棒的电阻不计）[例3]如图所示，MN、PQ是两根足够长的固定平行金属导轨，[例4]如图所示，水平放置的平行金属导轨左边接有电阻R，轨道所在处有竖直向下的匀强磁场.金属棒ab横跨导轨，它在外力作用下向右匀速运动，当速度由v变成2v时，（除R外其余电阻不计，导轨光滑）那么（）A．原来作用在ab上的外力应装置加到4倍B．感应电动势将增中为原来的2倍C．感应电流的功率将增为原来的4倍

D．外力的功率将曾为原来的2倍[例4]如图所示，水平放置的平行金属导轨左边接有电阻R，轨[例5]如图所示，两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为l，导轨上面横放着两根导体棒ab和cd，构成矩形回路。两根导体棒的质量皆为m，电阻皆为R，回路中其余部分的电阻可不计，在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B，设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行。开始时，棒cd静止，棒ab有指向棒cd的初速度v0。若