高中三年級(jí)下學(xué)期物理《電磁感應(yīng)能量問(wèn)題》課件

電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題年級(jí)：高三年級(jí)下學(xué)科：物理一：知識(shí)回顧1．電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化2．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問(wèn)題求解的一般步驟(1)分析電路：在電磁感應(yīng)中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源。(2)分析力和運(yùn)動(dòng)，分析力做功能量的相互轉(zhuǎn)化情況。(3)根據(jù)動(dòng)能定理或能量守恒列方程求解。例1、如圖所示，固定在水平面上間距為L(zhǎng)的兩條平行光滑金屬導(dǎo)軌，垂直于導(dǎo)軌放置的兩根金屬棒MN和PQ長(zhǎng)度也為L(zhǎng)、電阻均為R，兩棒與導(dǎo)軌始終接觸良好。MN兩端通過(guò)開(kāi)關(guān)S與電阻為R的單匝金屬線圈相連，線圈內(nèi)存在豎直向下均勻增加的磁場(chǎng)，磁通量變化率為常量k。圖中虛線右側(cè)有垂直于導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。PQ的質(zhì)量為m，金屬導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，電阻忽略不計(jì)。二：學(xué)以致用（1）閉合S，若使PQ保持靜止，需在其上加多大水平恒力F，并指出其方向；（2）斷開(kāi)S，PQ在上述恒力作用下，由靜止開(kāi)始到速度大小為v的加速過(guò)程中流過(guò)PQ的電荷量為q，求該過(guò)程安培力做的功w。源：線圈內(nèi)磁場(chǎng)變化路：MN和PQ并聯(lián)力：PQ受到的安培力PQ靜止：解得：方向水平向右（1）閉合S，若使PQ保持靜止，需在其上加多大水平恒力F，指出其方向；F

F安（2）斷開(kāi)S，PQ在上述恒力作用下，由靜止開(kāi)始到速度大小為v的加速過(guò)程中流過(guò)PQ的電荷量為q，求該過(guò)程安培力做的功w。源：PQ向右加速運(yùn)動(dòng)切割磁感線設(shè)加速到v的過(guò)程中位移為x，時(shí)間為Δt路：且由動(dòng)能定理：F解得：例2、如圖所示，兩根足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角θ＝30°的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，間距L＝0.4m．導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域Ⅰ和Ⅱ，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN，Ⅰ中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向下，Ⅱ中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向上，兩磁場(chǎng)的磁場(chǎng)感應(yīng)度大小均為B＝0.5T．在區(qū)域Ⅰ中，將質(zhì)量m1＝0.1kg，電阻R1＝0.1Ω的金屬條ab放在導(dǎo)軌上，ab剛好不下滑．然后，在區(qū)域Ⅱ中將質(zhì)量m2＝0.4kg，電阻R2＝0.1Ω的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上，由靜止開(kāi)始下滑．cd在滑動(dòng)過(guò)程中始終處于區(qū)域Ⅱ的磁場(chǎng)中，ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸（g取10m/s2）問(wèn)：(1)cd下滑的過(guò)程中，ab中的電流方向；(2)ab剛要向上滑動(dòng)時(shí)，cd的速度v多大；(3)從cd開(kāi)始下滑到ab剛要向上滑動(dòng)的過(guò)程中，cd滑動(dòng)的距離x＝3.8m，此過(guò)程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少？由右手定則知：由a流向b如圖.m1gsinθ＝Fmax(2)ab剛要向上滑動(dòng)時(shí)，cd的速度v多大；(1)cd下滑的過(guò)程中，ab中的電流方向；對(duì)ab分析，由平衡有：由題意：開(kāi)始放置時(shí)ab剛好不下滑:ab剛好要上滑時(shí)，cd棒的速度v：E＝BLv由閉合電路歐姆定律:解得：v＝5m/sm1gNFmaxm1gNFmaxFAF安＝BIL=m1gsinθ＋Fmax(3)從cd開(kāi)始下滑到ab剛要向上滑動(dòng)的過(guò)程中，cd滑動(dòng)的距離x＝3.8m，此過(guò)程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少？設(shè)cd運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電路中產(chǎn)生的總熱量為Q總，由能量守恒有：

解得Q＝1.3J例3、如圖所示，兩條平行的金屬導(dǎo)軌相距L=1m，水平部分處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1中，傾斜部分與水平方向的夾角為370，處于垂直于斜面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2中，兩部分磁場(chǎng)的大小均為0.5T,金屬棒MN和PQ的質(zhì)量均為m=0.2kg，電阻分別為R1=0.5Ω和R2=1.5Ω,MN置于水平導(dǎo)軌上，與水平導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，PQ置于光滑的傾斜導(dǎo)軌上，兩根金屬棒均與導(dǎo)軌垂直且接觸良好．從t=0時(shí)刻起，MN棒在水平外力F1的作用下由靜止開(kāi)始以a=2m/s2的加速度向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，PQ則在平行于斜面方向的力F2作用下保持靜止?fàn)顟B(tài)．不計(jì)導(dǎo)軌的電阻，水平導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，MN始終在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)．求：(1)t=5s時(shí)PQ消耗的電功率；(2)t=0-2s時(shí)間內(nèi)通過(guò)PQ棒的電荷量；(3)規(guī)定圖示F1、F2方向作為力的正方向，分別求出F1、F2隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系；(4)若改變F1的作用規(guī)律，使棒的運(yùn)動(dòng)速度v與位移x滿足關(guān)系：v=0.4x，PQ棒仍然靜止在傾斜軌道上．求MN棒從靜止開(kāi)始到x=5m的過(guò)程中，F(xiàn)1所做的功．(1)t=5s時(shí)PQ消耗的電功率MN金屬棒在5s時(shí)的速度為：電流為：則PQ消耗的電功率為：源:MN切割B1路：MN和PQ兩棒構(gòu)成回路E=B1Lv=0.5×1×10v=5vv=at=2×5m/s=10m/st=0-2s時(shí)間內(nèi)金屬棒MN運(yùn)動(dòng)的位移為：(2)t=0-2s時(shí)間內(nèi)通過(guò)PQ棒的電荷量；

穿過(guò)MNQP回路磁通量的變化量：

故，這段時(shí)間內(nèi)通過(guò)PQ棒的電荷量為解得：q=1CMN勻加速過(guò)程中：(3)規(guī)定圖示F1、F2方向作為力的正方向，分別求出F1、F2隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系；且v=at得I=0.5t（A）對(duì)MN分析：mgN1F1FAfF1－BIL－μmg=ma得F1=(1.4+0.25t)N對(duì)PQ分析：mgN2FAF2F2+BIL=mgsin370得F2=(1.2－0.25t)N(4)若改變F1的作用規(guī)律，使棒的運(yùn)動(dòng)速度v與位移x滿足關(guān)系：v=0.4x，PQ棒仍然靜止在傾斜軌道上．求MN棒從靜止開(kāi)始到x=5m的過(guò)程中