第二章专题电磁感应电路动力学图象能量动量课件高二下学期人教版选择性

第二章

电磁感应电磁感应电路、动力学、图象、能量、动量专题新教材人教版物理（选择性必修第二册）温故知新关于电磁感应我们已经学习了哪些知识？1、产生感应电流的条件（1）闭合电路

（2）磁通量变化2、产生感应电流的方向楞次定律和右手定则（切割）3、感应电动势的大小平均感应电动势瞬时感应电动势（切割）电磁感应的电路问题典例讲解（教材P46—6）如图所示，电阻Rab为0.1Ω的导体棒ab沿光滑导线框向右做匀速运动，线框中接有电阻R为0.4Ω。线框放在磁感应强度B为0.1T的匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面。导体棒ab的长度l为0.4m，运动的速度v为5m/s。线框的电阻不计。（1）电路abcd中哪部分相当于电源？哪个位置相当于电源的正极？哪一部分相当于闭合电路中的外电路？（2）电动势多大？内阻多大？感应电流多大？ab间的电压多大？电磁感应的电路问题典例讲解（教材P46—6）如图所示，电阻Rab为0.1Ω的导体棒ab沿光滑导线框向右做匀速运动，线框中接有电阻R为0.4Ω。线框放在磁感应强度B为0.1T的匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面。导体棒ab的长度l为0.4m，运动的速度v为5m/s。线框的电阻不计。（3）ab棒向右运动时所受的安培力有多大？（4）ab棒所受安培力的功率有多大？电阻R的发热功率有多大？电阻Rab发热功率有多大？从能的转化和守恒角度说一说这三个功率关系的含义。电磁感应的电路问题典例讲解电磁感应中电路问题分析思路：1.明确哪部分电路或导体产生感应电动势，该部分电路或导体就相当于电源，其他部分是外电路；2.画等效电路图，分清内、外电路；3.用法拉第电磁感应定律或E=Blv确定感应电动势的大小，用楞次定律或右手定则确定感应电流的方向。注意在等效电源内部，电流方向从负极流向正极；4.运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率等公式联立求解。电磁感应的电路问题跟踪训练如图所示，水平放置的两平行金属导轨相距l=0.50m，左端接一电阻R=0.2Ω，磁感应强度B=0.40T的匀强磁场方向垂直于导轨平面向下，导体棒ac垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。当棒ac以v=4.0m/s的速度水平向右匀速滑动时，求：（1）ac棒中感应电动势的大小；（2）回路中感应电流的大小；（3）维持ac棒做匀速运动的水平外力的大小。电磁感应的电路问题变式训练如图1所示，一个圆形的单匝线圈，线圈面积S=0.2m2，线圈的电阻r=1Ω，线圈外接一个阻值的电阻R=4Ω，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间的变化规律如图2所示，求：（1）t=0.2s时流过电阻R的电流大小和方向；（2）在t=0.5s时ab两点的电势差Uab是多少？（3）0~0.6s整个电路中产生的热量。（4）前0.6s内的平均感应电动势是多少?电磁感应的电路问题拔高训练（教材P46—3）如图2—9所示，固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd边长为l，其中ab边是电阻为R的均匀电阻丝，其余三边是电阻可忽略的铜导线，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里。现有一段长短、粗细、材料均与ab边相同的电阻丝PQ架在线框上，并以恒定速度v从ad边滑向bc边。PQ在滑动过程中与导线框的接触良好。当PQ滑过l/3的距离时，通过aP段电阻丝的电流是多大？温故知新关于动力学我们已经学习了哪些知识？匀变速直线运动的运动规律牛顿第二定律电磁感应的动力学问题典例讲解如图所示，两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L=0.2m，顶端接阻值为R=2Ω的电阻，质量为m=1kg、电阻为r=0.5Ω的金属棒在距磁场上边界h=5m处由静止释放，金属棒和导轨始终接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为B=5T的匀强磁场垂直，不计导轨的电阻，重力加速度为g=10m/s2。（1）金属棒刚进入磁场时受到的安培力；（2）金属棒运动的最大速度。电磁感应的动力学问题典例讲解电磁感应问题中电学对象与力学对象的相互制约关系：如图所示，在竖直平行光滑导电导轨上端接一阻值为R的电阻，导轨间距为l，电阻不计，导轨上套有一根金属棒ab，其电阻为R/2，质量为m，空间有匀强磁场，方向垂直纸面向里，磁感应强度为B，求：（1）ab棒下落的最大速度；（2）此时ab两端的电压。电磁感应的动力学问题跟踪训练如图所示，两个光滑金属导轨MN和PQ平行，间距L=1m，与水平面之间的夹角α=37°，匀强磁场磁感应强度B=2T，方向垂直于导轨平面向上，MP间接有阻值的R=1.6Ω电阻，质量m=1kg、电阻r=0.4Ω的金属杆ab垂直导轨放置，导轨足够长，sin37°=0.6，g=10m/s2。把金属杆由静止释放，求：金属杆的最大速度vm电磁感应的动力学问题变式训练电磁感应的电路问题拔高训练（教材P45—B组第4题）如图所示，MN和PQ是两根互相平行、竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计。ab是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆，金属杆具有一定质量和电阻。开始时，将开关S断开，让杆ab由静止开始自由下落，过段时间后，再将S闭合。若从S闭合开始计时，请画出金属杆的速度随时间变化的可能图像，并结合图像对金属杆的受力和运动变化情况作出解释。温故知新关于能量我们已经学习了哪些知识？重力做功动能定理安培力做功电磁感应的能量问题典例讲解如图所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨相距L=1m，导轨平面与水平面成θ=37°角，下端连接阻值为的电阻R=7.5Ω。磁场方向垂直导轨平面向上，B=1T。质量为0.2kg、电阻r=2.5Ω的金属棒ab放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，棒从静止到速度稳定下滑的距离为15m。不计空气阻力，g=10m/s2。（1）求金属棒下滑速度达到稳定时的速度大小；（2）求此过程中，通过R的电荷量；（3）求此过程R产生的热量。电磁感应的能量问题跟踪训练如图所示，光滑平行足够长的金属导轨MN、PQ间距为d=1m，与水平地面成θ=37°角放置，Q端接地，阻值为R=18Ω的电阻接在M、P间，导轨电阻忽略不计，匀强磁场垂直导轨平面向下，磁感应强度为B=0.5T，质量为m=0.2kg，电阻为r=2Ω的导轨棒垂直于轨道，由静止释放，下滑距离s=3m，速度为v=4m/s，重力加速度g=10m/s2，求（1）导体棒速度为v时，PM点的电势差。（2）从释放到导体棒速度为v的过程中，电阻R中产生的热量Q。电磁感应的能量问题变式训练如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ间距L＝0.5m，导轨平面与水平面夹角θ＝30°，N、Q两端和M、P两端分别接R＝4Ω的相同定值电阻。一根金属棒ab垂直导轨放置，棒ab的两端与导轨始终接触良好，整个装置处于垂直导轨平面向上、磁感应强度大小为B＝4T的匀强磁场中，金属棒ab在平行于导轨向上、大小为F＝4N的拉力作用下，由静止沿导轨开始向上运动x＝0.6m时达到最大速度。已知金属棒ab的质量m＝0.4kg，电阻r＝2Ω，重力加速度g取10m/s2，其他电阻不计，求：（1）金属棒ab的最大速度；（2）此过程中，流过M、P间定值电阻的电荷量；（3）此过程中，金属棒ab产生的焦耳热。延伸：此过程中，M、P间定值电阻产生的焦耳热电磁感应的能量问题拔高训练如图所示，两平行光滑导轨间距为L=0.5m，两端分别接电阻R1=6Ω，R2=3Ω，导轨的水平部分足够长，处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小B=1.2T，导体棒与导轨垂直，从距水平部分高h=1.25m处无初速释放，导体棒质量m=0.12kg，电阻r=1Ω，其余电阻不计，重力加速度g取10m/s2。求：（1）导体棒刚进入磁场时的加速度大小；（2）电阻R1两端的最大电压；（3）整个过程电阻R1产生的热量。温故知新我们接触过哪些图像问题？v—t图象U—I图象图线均与公式（函数表达式）相符合电磁感应的图象问题典例讲解（教材P44—7）在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一圆形导体环。规定导体环中电流的正方向如图甲所示，磁场向上为正。当磁感应强度B随时间t按乙图变化时，请画出导体环中感应电流随时间变化的图像。电磁感应的图象问题典例讲解光滑绝缘水平桌面上的正方形区域内，存在竖直向下的匀强磁场，一粗细均匀的直角三角形金属线框置于桌面上，如图所示。现用一水平外力F将线框匀速拉出磁场区域，此过程中，线框中的电流I随时间t变化的关系图像正确的是（

）A

B

C

D电磁感应的图象问题变式训练如图所示，直角边长为2d的等腰直角三角形EFG区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场，左侧有边长为d的正方形金属线框ABCD以恒定速度v水平穿过磁场区域，设逆时针方向为电流正方向，则线框通过磁场过程中，感应电施i随时间t变化的图象是（

）A

B

C

D电磁感应的图象问题拔高训练如图是一边长为L的正方形金属框放在光滑水平面上的俯视图，虚线右侧存在竖直向上的匀强磁场。金属框电阻为R，t=0时刻，金属框在水平拉力F作用下从