2017-2018高中物理模塊要點回眸第9點電磁感應中的動力學問題素材粵教版選修3

1、第9點電磁感應中的動力學問題電磁感應和力學問題的綜合，其聯(lián)系橋梁是磁場對感應電流的安培力，因為感應電流與導體運動的加速度有相互制約的關(guān)系，這類問題中的導體一般不是做勻變速運動，而是經(jīng)歷一個動態(tài)變化過程，再趨于一個穩(wěn)定狀態(tài)，故解這類問題時正確的進行動態(tài)分析，確定最終狀態(tài)是解題的關(guān)鍵1受力情況、運動情況的動態(tài)分析及思考路線導體受力運動產(chǎn)生感應電動勢感應電流通電導體受安培力合力變化加速度變化速度變化感應電動勢變化周而復始地循環(huán)，直至最終達到穩(wěn)定狀態(tài)，此時加速度為零，而導體通過加速達到最大速度做勻速直線運動或通過減速達到穩(wěn)定速度做勻速直線運動2解決此類問題的基本思路解決電磁感應中的動力學問題的一般思路

2、是“先電后力”(1)“源”的分析分析出電路中由電磁感應所產(chǎn)生的電源，求出電源參數(shù)E和r；(2)“路”的分析分析電路結(jié)構(gòu)，弄清串、并聯(lián)關(guān)系，求出相關(guān)部分的電流大小，以便求解安培力；(3)“力”的分析分析研究對象(常是金屬桿、導體線圈等)的受力情況，尤其注意其所受的安培力；(4)“運動”狀態(tài)的分析根據(jù)力和運動的關(guān)系，判斷出正確的運動模型3兩種狀態(tài)處理(1)導體處于平衡態(tài)靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)處理方法：根據(jù)平衡條件(合外力等于零)，列式分析(2)導體處于非平衡態(tài)加速度不為零處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進行動態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系分析4電磁感應中的動力學臨界問題(1)解決這類問題的關(guān)鍵是通過運動狀態(tài)的

3、分析尋找過程中的臨界狀態(tài)，如由速度、加速度求最大值或最小值的條件(2)基本思路注意當導體切割磁感線運動存在臨界條件時：(1)若導體初速度等于臨界速度，導體勻速切割磁感線；(2)若導體初速度大于臨界速度，導體先減速，后勻速運動；(3)若導體初速度小于臨界速度，導體先加速，后勻速運動對點例題如圖1甲所示，兩根足夠長的平行金屬導軌MN、PQ相距為L，導軌平面與水平面夾角為，金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導軌上，且始終與導軌接觸良好，金屬棒的質(zhì)量為m，導軌處于勻強磁場中，磁場的方向垂直于導軌平面斜向上，磁感應強度大小為B.金屬導軌的上端與開關(guān)S、阻值為R1的定值電阻和電阻箱R2相連，不計一切摩擦，不

4、計導軌、金屬棒的電阻，重力加速度為g.現(xiàn)在閉合開關(guān)S，將金屬棒由靜止釋放圖1(1)判斷金屬棒ab中電流的方向；(2)若電阻箱R2接入電路的阻值為0，當金屬棒下降高度為h時，速度為v，求此過程中定值電阻R1上產(chǎn)生的焦耳熱Q；(3)當B0.40T、L0.50m、37時，金屬棒能達到的最大速度vm隨電阻箱R2阻值的變化關(guān)系如圖乙所示，取g10m/s2，sin370.6，cos370.8，求R1的大小和金屬棒的質(zhì)量m.答案(1)b到a(2)mghmv2(3)2.00.1kg解題指導(1)由右手定則可知，金屬棒ab中的電流方向為b到a.(2)由能量守恒定律可知，金屬棒減少的重力勢能等于增加的動能和電路中

5、產(chǎn)生的焦耳熱mghmv2Q解得：Qmghmv2(3)設(shè)最大速度為vm時，切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢EBLvm由閉合電路歐姆定律得：I從b端向a端看，金屬棒受力如圖所示金屬棒達到最大速度時滿足mgsinBIL0由以上三式得最大速度：vmR2R1題圖乙斜率km/(s)15 m/(s)，縱截距b30m/s則：R1bk解得：R12.0m0.1kg.1.(多選)如圖2所示，電阻阻值為R，其他電阻均可忽略，ef是一電阻可不計的水平放置的導體棒，質(zhì)量為m，棒的兩端分別與ab、cd保持良好接觸，又能沿框架無摩擦下滑，整個裝置放在與框架垂直的勻強磁場中，當導體棒ef從靜止下滑一段時間后閉合開關(guān)S，則S閉合后 (

6、)圖2A導體棒ef的加速度可能大于gB導體棒ef的加速度一定小于gC導體棒ef最終速度隨S閉合時刻的不同而不同D導體棒ef的機械能與回路內(nèi)產(chǎn)生的電能之和一定守恒答案AD2.一個剛性矩形銅制線圈從高處自由下落，進入一水平的勻強磁場區(qū)域，然后穿出磁場區(qū)域繼續(xù)下落，如圖3所示，則 ()圖3A若線圈進入磁場過程是勻速運動，則離開磁場過程也是勻速運動B若線圈進入磁場過程是加速運動，則離開磁場過程也是加速運動C若線圈進入磁場過程是減速運動，則離開磁場過程也是減速運動D若線圈進入磁場過程是減速運動，則離開磁場過程是加速運動答案C3如圖4甲所示，水平面上兩根足夠長的金屬導軌平行固定放置，間距為L，一端通過導線與阻值為R的電阻連接；導軌上放一質(zhì)量為m的金屬桿，金屬桿與導軌的電阻忽略不計；勻強磁場垂直水平面向里，用與導軌平行的恒定拉力F作用在金屬桿上，桿最終將做勻速運動當改變拉力的大小時，相對應的勻速運動速度v也會變化，v和F的關(guān)系如圖乙所示(重力加速度g取10m/s2)問：圖4(1)金屬桿在做勻速運動之前做什么運動？(2)若m0.5kg，L0.5m，R0.5，則磁感應強度B為多大？(3)由vF圖線的截距可求得什么物理量？其值為多少？答案(1)見解析(2)1T(3)見解析解析(1)變速運動(或變加速運動或加速度減小的加速運動或加速運動)(2)感應電動勢：EBL