2018届二轮复习电磁感应中动力学问题和能量问题课件（12张）（全国通用） 12页

电磁感应中的动力学问题 讨论如图所示的多种情况：以初速度 V0 向右运动、初速度为零受到水平向右的恒力的运动情况；向右做匀加速运动的受力情况。如果单杆处于竖直面、斜面又如何？ 一、力学问题中 单杆切割问题 ： 单杆切割 ---- 杆做匀变速运动 光滑且足够长的平行金属导轨 MN ， PQ 固定在同一水平面上，两导轨间距 L=0.2m ，其电阻 R=0.4 欧，导轨上停放一质量 m=0.1kg ，电阻 r=0.1 欧的金属杆，导轨电阻可不计， B=0.5T ，匀强磁场方向竖直向下。先用一外力 F 沿水平方向拉杆，使之由静止运动，若理想电压表示数 U 随时间 t 变化关系如图。求（ 1 ）杆在 5s 末时运动速度（ 2 ）第 4s 末时外力 F 瞬时功率。 V F M N N Q U/v t/s 0.2 5 例 6 ： 单杆切割 ----- 对应功率恒定 例 7 ：电动机牵引一根原来静止的，长 L 为 1m ，质量 m=0.1kg 的ＭＮ金属杆上升，其电阻 R=1 欧，匀强磁场 B=1T ，当棒上升 h=3.8m 时，获得稳定速度，导体棒产生 Q=2J ，电动机牵引棒时，电压表电流表读数分别为 7V 、 1A 电动机的内阻为 r=1 欧，不计框的电阻及一切摩擦，求 （ 1 ）棒能达到的稳定速度（ 2 ）棒从静止到稳定速度所需要时间 V A 单杆切割携带电容器 v F 运动状态分析：先做加速度逐渐减小的减速运动，后做匀速运动。 收尾状态为：匀速运动 运动状态分析：一直做匀加速直线运动 [2013· 课标全国卷 Ⅰ ] 如图所示，两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为 θ ，间距为 L . 导轨上端接有一平行板电容器，电容为 C . 导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为 B ，方向垂直于导轨平面．在导轨上放置一质量为 m 的金属棒，棒可沿导轨下滑，且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触．已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为 μ ，重力加速度大小为 g ，忽略所有电阻，让金属棒从导轨上端由静止开始下滑，求： (1) 电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系； (2) 金属棒的速度大小随时间变化的关系． 2. 线框在磁场中运动 讨论如图所示（ b>L ），以水平初速度 V0 向右运动穿过磁场运动情况。 初速度为零受到水平向右的恒力穿过磁场的运动情况；线框在竖直面自由下落进入磁场的运动情况情                                          例 8 . 如图所示，质量为ｍ、边长为ｌ的正方形线框，从有界的匀强磁场上方由静止自由下落，线框电阻为Ｒ。匀强磁场的宽度为Ｈ（ l ＜ H ），磁感强度为 B ，线框下落过程中ａｂ边与磁场边界平行且沿水平方向。已知ａｂ边刚进入磁场和刚穿出磁场时线框都作减速运动，加速度大小都是 g/3 。求： ①ａｂ边刚进入磁场时与ａｂ边刚出磁场时的速度大小； ②ｃｄ边刚进入磁场时，线框的速度大小； ③线框进入磁场的过程中，产生的热量。 a b 解析：本题综合考查电磁感应现象与力和运动的综合以及与能量的综合。 ①由题意可知ａｂ边刚进入磁场时与刚出磁场时减速运动的速度相等，设为ｖ 1 ，则对线框由电学知识得： E=BLV 1 I ＝ E / R F ＝ BIL 由牛顿第二定律得： F － mg ＝ mg/ 3 ，解得速度ｖ 1 为：             ②设ｃｄ边刚进入磁场时的速度为ｖ ２ ，则 cd 边进入磁场到ａｂ边刚出磁场的过程中应用动能定理得：                         解得：                          ③由能的转化和守恒定律，可知在线框进入磁场的过程中有 解得产生的热量Ｑ为：Ｑ＝ｇ H 二、电磁感应中的能量问题 能量守恒和转化 是解决一些电磁感应问题的 重要方法 . 电磁感应中的能量问题综合性最强，需以 电路问题、动力学问题 为基础，解决这类问题的基本方法是： 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 —— 画出等效电路 ， 求出感应电流的大小 —— 某段导体感应电流所对应的安培力（总是阻碍磁通量的变化） —— 分析各个力的做功情况及所对应的能量变化（ W 克安 = ∆ E 电 = Q 热 ） —— 选过程用动能定理或能量守恒列方程。   在求解焦耳热时（纯电阻）不能直接使用 Q=I²Rt ！ 例 14 ：质量为 m 电阻为 R 的正方形线框，从距离磁场上边界 H 的地方静止下落，线框的边长为 L ，匀强磁场宽度为 2L ，下落过程中， ab 边始终与边界平行且保持水平方向，已知 ab 边刚传出磁场区域时线框恰好做匀速直线运动 （ 1 ） cd 边刚进入磁场是线框的速度 （ 2 ）线框穿过磁场过程中产生的热量 2L H a b c d 例 13 ：矩形线圈的质量为 m ，宽度为 L ，在竖直平面内由静止开始下落，其下方有匀强磁场上下边界平行，宽度也为 L ，线圈 ab 边刚进入磁场就做匀速运动，那么线圈穿过磁场的全过程中，产生多少热量？ a b L L