2019高考物理一轮复习第十章电磁感应专题8电磁感应现象中的动力学动量和能量问题课件新人教版.ppt

1、专题8电磁感应现象中的动力学、动量和能量问题,知识梳理,考点自诊,一、两种状态及处理方法,知识梳理,考点自诊,二、电磁感应现象中的动力学问题 1.安培力的大小,2.安培力的方向 (1)先用 右手定则判定感应电流方向,再用 左手定则判定安培力方向。 (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方向 相反。,知识梳理,考点自诊,三、电磁感应现象中的能量问题 1.能量的转化 感应电流在磁场中受安培力,外力克服安培力 做功,将机械能转化为 电能,电流做功再将电能转化为 内能或其他形式的能。 2.实质 电磁感应现象的能量转化,实质是其他形式的能和 电能之间的转化。,知识梳理,考点自诊,3.电

2、磁感应现象中能量的三种计算方法,知识梳理,考点自诊,1.金属棒ab静止在倾角为的平行导轨上,导轨上端有导线相连,垂直于导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为B0,方向如图所示。从t=0时刻开始,B0均匀增加,到t=t1时,金属棒开始运动。则在0t1这段时间内,金属棒受到的摩擦力将() A.不断增大B.不断减小 C.先增大后减小D.先减小后增大,答案,解析,知识梳理,考点自诊,2.(多选)(2017四川成都模拟)如图所示,水平固定放置的足够长的U形金属导轨处于竖直向上的匀强磁场中,在导轨上放着金属棒ab,开始时ab棒以水平初速度v0向右运动,最后静止在导轨上。就导轨光滑和导轨粗糙的两种情况相比较,这个

3、过程() A.安培力对ab棒所做的功不相等 B.电流所做的功相等 C.产生的总内能相等 D.通过ab棒的电荷量相等,答案,解析,命题点一,命题点二,命题点三,电磁感应中的动力学问题 电学对象与力学对象的转换及关系,命题点一,命题点二,命题点三,例1(2016全国卷)如图,两固定的绝缘斜面倾角均为,上沿相连。两细金属棒ab(仅标出a端)和cd(仅标出c端)长度均为L,质量分别为2m和m;用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca,并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上,使两金属棒水平。右斜面上存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上。已知两根导线刚好不在磁场

4、中,回路电阻为R,两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为,重力加速度大小为g。已知金属棒ab匀速下滑。求: (1)作用在金属棒ab上的安培力的大小; (2)金属棒运动速度的大小。,命题点一,命题点二,命题点三,解析:(1)设导线的张力的大小为FT,右斜面对ab棒的支持力的大小为FN1,作用在ab棒上的安培力的大小为F,左斜面对cd棒的支持力大小为FN2。对于ab棒,由力的平衡条件得2mgsin =FN1+FT+F FN1=2mgcos 对于cd棒,同理有mgsin +FN2=FT FN2=mgcos 联立式得F=mg(sin -3cos ),命题点一,命题点二,命题点三,(2)由安培力公式得F=BI

5、L 这里I是回路abdca中的感应电流。ab棒上的感应电动势为=BLv,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨(1)金属棒ab匀速下滑切割磁感线相当于电源吗?它受不受安培力的作用?,(2)cd棒受到哪些力的作用?,提示:相当于电源,构成闭合回路,受到安培力的作用。,提示:重力(竖直向下)、斜面的支持力(垂直斜面向上)、软导线的拉力(沿斜面向上)、斜面的摩擦力(沿斜面向下)。,命题点一,命题点二,命题点三,用“四步法”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“先电后力”,具体思路如下:,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 1.(2016全国卷)如图,水平面(纸面)内

6、间距为l的平行金属导轨间接一电阻,质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上。t=0时,金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动。t0时刻,金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀速运动。杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为。重力加速度大小为g。求: (1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小; (2)电阻的阻值。,命题点一,命题点二,命题点三,解析:(1)设金属杆进入磁场前的加速度大小为a,由牛顿第二定律得ma=F-mg 设金属杆到达磁场左边界时的速度为v,由运动学公式有v=at0 当金属杆以速

7、度v在磁场中运动时,由法拉第电磁感应定律,杆中的电动势为E=Blv,命题点一,命题点二,命题点三,(2)设金属杆在磁场区域中匀速运动时,金属杆中的电流为I,根据欧姆定律,式中R为电阻的阻值。金属杆所受的安培力为f=BlI 因金属杆做匀速运动,由牛顿运动定律得F-mg-f=0,命题点一,命题点二,命题点三,2.(2017河北桃城区模拟)如图所示,固定且足够长的平行光滑金属导轨EF、PQ所在平面的倾角=53,导轨的下端E、P之间接有R=1 的定值电阻,导轨间距l=1 m,导轨的电阻不计。在导轨的虚线上方有垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小B=1 T,在虚线下方的导轨上放一垂直于导轨

8、的金属棒ab,金属棒ab的质量m=1 kg,有效电阻r=0.5 ,长度也为l=1 m。将金属棒ab与绕过导轨上端的定滑轮的细线连接,定滑轮与金属棒ab间的细线与导轨平行,细线的另一端吊着一个重物,重物的质量也为m=1 kg。释放重物,细线带着金属棒ab向上运动,金属棒ab始终与导轨垂直,且与导轨接触良好,开始时金属棒ab到虚线的距离s=0.5 m,重力加速度g取10 m/s2,sin 53=0.8,cos 53=0.6,求:,命题点一,命题点二,命题点三,(1)金属棒ab刚进入磁场时的速度大小; (2)金属棒ab刚进入磁场时的加速度大小; (3)金属棒ab在磁场中做匀速运动时的速度大小。,命题

9、点一,命题点二,命题点三,(2)刚进入磁场时,对于重物有 mg-FT=ma 对于金属棒ab有 FT-mgsin -F安=ma,命题点一,命题点二,命题点三,电磁感应现象中的能量问题 1.电磁感应现象中的能量转化,2.求解焦耳热Q的三种方法,命题点一,命题点二,命题点三,例2(2017江苏卷)如图所示,两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内,其右端接一阻值为R的电阻。质量为m的金属杆静置在导轨上,其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度大小为B、方向竖直向下。当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后,金属杆的速度变为v。导轨和金属杆的电阻不计,导轨光滑且足够长,杆在运动过程中始终与导轨

10、垂直且两端与导轨保持良好接触。求: (1)MN刚扫过金属杆时,杆中感应电流的大小I; (2)MN刚扫过金属杆时,杆的加速度大小a; (3)PQ刚要离开金属杆时,感应电流的功率P。,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨本题的关键在于导体切割磁感线产生电动势E=Blv,切割的速度(v)是导体与磁场的相对速度,分析这类问题,通常是先电后力,再能量。,命题点一,命题点二,命题点三,能量转化问题的分析程序:先电后力再能量,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 3.(2017四川德阳一模)如图所示,四条水平虚线等间距地分布在同一竖直面上,间距为h,在、两区间分布着完全相同、方向水平向内的磁场,磁场大小

11、按B-t图象变化(图中B0已知)。现有一个长方形金属框ABCD,质量为m,电阻为R,AB=CD=l,AD=BC=2h。用一轻质的细线把线框ABCD竖直悬挂着,AB边恰好在区的中央。t0(未知)时刻细线恰好松弛,之后剪断细线,当CD边到达M3N3时线框恰好匀速运动。(空气阻力不计,g取10 m/s2),命题点一,命题点二,命题点三,(1)求t0的值。 (2)求线框AB边到达M2N2时的速率v。 (3)从剪断细线到整个线框通过两个磁场区的过程中产生的电能为多大?,命题点一,命题点二,命题点三,命题点一,命题点二,命题点三,(3)线框由静止开始下落到CD边刚离开M4N4的过程中线框中产生电能为E电,

12、线框下落高度为4.5h,根据能量守恒得重力势能减少量,命题点一,命题点二,命题点三,4.(多选)(2017河南联考)如图所示,固定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d,其右端接有阻值为R的电阻,整个装置处在竖直向上的磁感应强度大小为B的匀强磁场中。一质量为m的导体棒ab垂直于导轨放置,且与两导轨保持良好接触,导体棒与导轨之间的动摩擦因数为。现导体棒在水平向左、垂直于导体棒的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离l时,速度恰好达到最大(运动过程中导体棒始终与导轨保持垂直)。设导体棒接入电路的电阻为r,导轨电阻不计,重力加速度大小为g。则在此过程中,下列说法正确的是(),命题点一,命题

13、点二,命题点三,C.恒力F和摩擦力对导体棒做的功之和等于导体棒动能的变化量 D.恒力F和安培力对导体棒做的功之和大于导体棒动能的变化量,答案,解析,命题点一,命题点二,命题点三,5.(多选)(2017湖北宜昌1月调研)如图所示,相距为d的两条水平虚线l1、l2之间是方向水平向里的匀强磁场,磁感应强度为B,正方形线圈abcd的边长为l(ld),质量为m,电阻为R,将线圈在磁场上方高h处由静止释放,cd边刚进入磁场时速度为v0,cd边刚离开磁场时速度也为v0。则线圈穿越磁场的过程中(从cd边刚进入磁场起一直到ab边离开磁场为止),以下说法正确的是(),A.感应电流所做的功为mgd B.感应电流所做

14、的功为2mgd,答案,解析,命题点一,命题点二,命题点三,电磁感应现象中的动量综合问题 电磁感应中的有些题目可以从动量角度分析。运用动量定理或动量守恒定律解决:(1)应用动量定理可以由动量变化来求解变力的冲量。如在导体棒做非匀变速运动的问题中,应用动量定理可以解决牛顿运动定律不易解答的问题。(2)双棒在相互平行的水平轨道间做切割磁感线运动时,由于这两根导体棒所受的安培力等大反向,合外力为零,若不受其他外力,两导体棒的总动量守恒,解决此类问题往往要应用动量守恒定律。,命题点一,命题点二,命题点三,例3如图所示,两根平行的光滑金属导轨MN、PQ放在水平面上,左端向上弯曲,导轨间距为l,电阻不计。水

15、平段导轨所处空间存在方向竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B。导体棒a与b的质量均为m,电阻值分别为Ra=R,Rb=2R。b棒放置在水平导轨上足够远处,a棒在弧形导轨上距水平面h高度处由静止释放。运动过程中导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直。 (1)求a棒刚进入磁场时受到的安培力的大小和方向。 (2)求最终稳定时两棒的速度大小。 (3)从a棒开始下落到最终稳定的过程中,求b棒上产生的内能。,命题点一,命题点二,命题点三,解析:(1)设a棒刚进入磁场时的速度为v,从开始下落到进入磁场,命题点一,命题点二,命题点三,(2)a棒进入磁场,切割磁感线产生感应电流 a棒和b棒均受安培力作用,F=IBl,

16、大小相等、方向相反,所以a棒和b棒组成的系统动量守恒。 设两棒最终稳定速度为v,则mv=2mv,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨(1)两棒最终稳定后的速度有什么关系?,(2)a棒和b棒在电路中串联,a棒产生的内能和b棒产生的内能大小有什么关系?,提示:两棒最终稳定后的速度相等。,提示:b棒产生的内能是a棒的2倍。,命题点一,命题点二,命题点三,电磁感应中有关导体棒动量问题的注意事项 1.涉及单棒问题,一般考虑动量定理。 2.涉及双棒问题,一般考虑动量守恒。 3.导体棒的运动过程要注意电路的串并联及能量转化和守恒。,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练 6.如图所示,光滑导轨EF、GH等高平行放置,EG间宽度为FH间宽度的3倍,导轨右侧水平且处于竖直向上的匀强磁场中,左侧呈弧形升高。ab、cd是质量均为m的金属棒,现让ab从离水平轨道h高处由静止下滑,设导轨足够长。求: (1)ab、cd棒的最终速度。 (2)全过程中感应电流产生的焦耳热。,命题点一,命题点二,命题点三,解析:ab下滑进入磁场后切割磁感线,在abcd电路中产生感应电流,ab、cd各受不同的磁场力作用而分别做减速、加速运动,电路中感应电流逐渐减小,当感应电流为零时,ab、cd不再受磁场力作用,各自以不同的速度匀速滑