高中物理 電磁感應(yīng)中的力學(xué)問(wèn)題課件 新人教版選修3

電磁感應(yīng)中的

力學(xué)問(wèn)題和圖象問(wèn)題知識(shí)復(fù)習(xí)1．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向的判斷方法？楞次定律、右手定則2．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的計(jì)算方法?3．安培力方向的判斷方法？計(jì)算公式？左手定則一、電磁感應(yīng)中的力學(xué)問(wèn)題例1．質(zhì)量為m、長(zhǎng)為L(zhǎng)、阻值為r的導(dǎo)體棒ab跨過(guò)電阻不計(jì)的光滑平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上端與一電阻R相連，導(dǎo)軌與水平面的夾角為θ．重力加速度為g.⑴當(dāng)導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)的速度為v時(shí)，求回路中的電流和棒的加速度．⑵若導(dǎo)體棒從靜止開(kāi)始下滑，分析導(dǎo)體棒做何種運(yùn)動(dòng)．⑶求導(dǎo)體棒能達(dá)到的最大速度vm．⑷導(dǎo)體棒速度最大時(shí)，求整個(gè)回路消耗的電功率和電阻R的熱功率．×GNF安導(dǎo)體棒在軌道上滑動(dòng)、線框進(jìn)出磁場(chǎng)等是電磁感應(yīng)中力學(xué)問(wèn)題的典型，正確地對(duì)導(dǎo)體棒或線框進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析是解決此類問(wèn)題的前提----將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖有助于分析問(wèn)題.導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)→感應(yīng)電流→通電導(dǎo)體受安掊力→合外力變化→加速度變化→速度變化→周而復(fù)始地循環(huán).循環(huán)結(jié)束時(shí)，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．經(jīng)常利用a=0時(shí)速度有最值的特點(diǎn)解題。解后反思:練1．如圖兩足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌豎直放置，相距為L(zhǎng),一理想電流表與兩導(dǎo)軌相連，勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直。一質(zhì)量為m、有效電阻為R的導(dǎo)體棒在距磁場(chǎng)上邊界h處?kù)o止釋放。導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)后，流經(jīng)電流表的電流逐漸減小，最終穩(wěn)定為I。整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好，且始終保持水平，不計(jì)導(dǎo)軌的電阻。求：⑴磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B；⑵電流穩(wěn)定后，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)速度的大小v；⑶流經(jīng)電流表電流的最大值．解：⑴電流穩(wěn)定后，導(dǎo)體棒做勻速運(yùn)動(dòng)，有BIL=mg解之得⑵電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv感應(yīng)電流解以上幾式得⑶由題意知，導(dǎo)體棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的電流最大，設(shè)速度為vm．由機(jī)械能守恒得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=BLvm感應(yīng)電流的最大值解之得二、電磁感應(yīng)中的圖像問(wèn)題電磁感應(yīng)的圖像問(wèn)題一般有兩大類：一類是根據(jù)已知條件，運(yùn)用電磁感應(yīng)規(guī)律分析回路中電動(dòng)勢(shì)E、電流I隨時(shí)間t變化的規(guī)律，或是定性分析導(dǎo)體棒(或線框)v-t圖象．另一類是通過(guò)E-t、I-t或v-t等圖象給出關(guān)鍵信息，再運(yùn)用電磁感應(yīng)規(guī)律分析解決問(wèn)題．根據(jù)題意列E、I或a的表達(dá)式，由表達(dá)式畫(huà)圖象、選圖象是解決此類問(wèn)題的常用方法．看清圖象的縱橫坐標(biāo)軸，找出圖象中的特殊點(diǎn)是解決此類問(wèn)題的關(guān)鍵!例2、如圖甲所示，讓閉合導(dǎo)線框abcd從高處自由下落一定高度后進(jìn)入水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，以cd邊開(kāi)始進(jìn)入到ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)這段時(shí)間內(nèi)，如圖乙中表示線框運(yùn)動(dòng)的速度－時(shí)間圖像中有可能的是（）BCD練2、如圖所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形導(dǎo)線框電阻為R，現(xiàn)使線圈以恒定速度v沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，規(guī)定x軸正方向?yàn)榱Φ恼较颍鏁r(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较颍€圈從圖示位置開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，則⑴穿過(guò)線圈的磁通量隨x變化的圖線為()？⑵線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流隨x變化的圖線為()？⑶磁場(chǎng)對(duì)線圈的作用力F隨x變化的圖線為()

？×××××××××××××××LL3LxBO123456x/Lx/LAO123456BO123456x/LCO123456x/LDACD例3．如圖（甲）所示，一對(duì)平行光滑軌道放置在水平面上，兩軌道間距l(xiāng)＝0.20m，電阻R＝1.0Ω；有一導(dǎo)體桿靜止地放在軌道上，與兩軌道垂直，桿及軌道的電阻皆可忽略不計(jì)，整個(gè)裝置處于磁感強(qiáng)度B＝0.50T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直軌道面向下,現(xiàn)用一外力F沿軌道方向拉桿，使之從靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)，測(cè)得力F與時(shí)間t的關(guān)系如圖（乙）所示，求桿的質(zhì)量m和加速度a．

lRFB甲0481216202428123456F/Nt/s乙解：導(dǎo)體桿在軌道上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，用v表示其速度，t表示時(shí)間，則有v＝at①桿切割磁力線，將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，E＝Blv②在桿、軌道和電阻的閉合回路中產(chǎn)生電流③桿受到的安培力為F安＝BIl④根據(jù)牛頓第二定律，有F-F安＝ma⑤聯(lián)立以上各式，得⑥由圖線上取兩點(diǎn)代入⑥式，可解得，m＝0.1kg練3．如左圖,電阻不計(jì)足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在同一水平面上,兩導(dǎo)軌間距0.3m，電阻R=0.4Ω。導(dǎo)軌上靜置一質(zhì)量為0.1kg、電阻r=0.2Ω的金屬桿ab，整個(gè)裝置處于B=0.5T豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．用力F沿水平方向拉ab，使它由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)（桿與導(dǎo)軌接觸良好并與導(dǎo)軌垂直），通過(guò)R的電流I隨時(shí)間t變化的關(guān)系如右圖所示。求桿ab運(yùn)動(dòng)2.0s時(shí)：⑴桿受到的安培力；⑵桿的速率；⑶已知桿在外力作用下做的是勻加速直線運(yùn)動(dòng)，且加速度大小a=0.40m/s2，計(jì)算2.0s時(shí)外力做功的功率。t/sI/A2.00.10.200.51.01.5aMbQNFRP解：（1）由圖可知2.0s時(shí)通過(guò)金屬桿ab的電流為0.2A此時(shí)金屬桿受到的安培力F安=BIL解得：F安=3.0×10-2N，方向水平向左（2）設(shè)金屬桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，由閉合電路歐姆定律解得：E=0.12V設(shè)金屬桿在2.0s時(shí)的速率為