专题09 动量守恒定律综合复习（四）动力学、动量和能量观点在电学(电磁感应)中的应用（课件）-2019-2020学年下学期高二物理复课开学重难点梳理（人教版选修3-5）(共40张PPT)

中物理 人教版 物理（高中） 第16章 动量守恒定律 综合复习(四） 动力学、动量和能量观点在电学中的应用 命题点一　电磁感应中的动量和能量的应用 1.求解电能应分清两类情况 (1)若回路中电流恒定，可以利用电路结构及W＝UIt或Q＝I2Rt直接进行计算. (2)若电流变化，则 ①利用安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功； ②利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则减少的机械能等于产生的电能. (一）电磁感应中的能量问题 3.求解焦耳热Q的三种方法 2.电磁感应现象中的能量转化 例1. 如图所示，足够长的粗糙绝缘斜面与水平面成θ＝37°角，在斜面上虚线aa′和bb ′与斜面底边平行，在aa′、bb′围成的区域有垂直斜面向上的有界匀强磁场，磁感应强度为B＝1 T；现有一质量为m＝10 g、总电阻为R＝1 Ω、边长为d＝0.1 m的正方形金属线圈MNPQ，让PQ边与斜面底边平行，从斜面上端静止释放，线圈刚好匀速穿过磁场。已知线圈与斜面间的动摩擦因数为μ＝0.5，(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)求： (1)线圈进入磁场区域时，受到的安培力大小； (2)线圈释放时，PQ边到bb′的距离； (3)整个线圈穿过磁场的过程中，线圈上产生的焦耳热。 研究对象：切割磁感线的单棒（或矩形框） （二）动量定理在电磁感应问题中的运用 规律：动量定理、电流定义式 例2.如图所示，两根电阻不计的光滑金属导轨竖直放置，相距为L，导轨上端接电阻R，宽度相同的水平条形区域Ⅰ和Ⅱ内有磁感应强度为B、方向垂直导轨平面向里的匀强磁场，其宽度均为d，Ⅰ和Ⅱ之间相距为h且无磁场.一长度为L、质量为m、电阻为r的导体棒，两端套在导轨上，并与两导轨始终保持良好的接触，导体棒从距区域Ⅰ上边界H处由静止释放，在穿过两段磁场区域的过程中，流过电阻R上的电流及其变化情况相同，重力加速度为g.求： (1)导体棒进入区域Ⅰ的瞬间，通过电阻R的电流大小与方向. (2)导体棒通过区域Ⅰ的过程，电阻R上产生的热量Q (3)求导体棒穿过区域Ⅰ所用的时间. 解析　（1）设导体棒进入区域Ⅰ瞬间的速度大小为v1， 由法拉第电磁感应定律：E＝BLv1 ② 由右手定则知导体棒中电流方向向右，则通过电阻R的电流方向向左. （2）由题意知，导体棒进入区域Ⅱ的速度大小也为v1，能量守恒，得：Q总＝mg(h＋d) 设导体棒进入区域Ⅰ所用的时间为t，根据动量定理： 变式1　如图所示，竖直放置的两光滑平行金属导轨，置于垂直于导轨平面向里的匀强磁场中，两根质量相同的导体棒a和b，与导轨紧密接触且可自由滑动.先固定a，释放b，当b的速度达到10 m/s时，再释放a，经过1 s后，a的速度达到12 m/s，g取10 m/s2，则： (1)此时b的速度大小是多少？ (2)若导轨足够长，a、b棒最后的运动状态怎样？ 解析　（1）当b棒先向下运动时，在a和b以及导轨所组成的闭合回路中产生感应电流，于是a棒受到向下的安培力，b棒受到向上的安培力，且二者大小相等.释放a棒后，经过时间t，分别以a和b为研究对象，根据动量定理，则有(mg＋F)t＝mva (mg－F)t＝mvb－mv0 代入数据可解得vb＝18 m/s 当a棒的速度与b棒接近时，闭合回路中的ΔΦ逐渐减小，感应电流也逐渐减小，则安培力也逐渐减小，最后，两棒以共同的速度向下做加速度为g的匀加速运动. 研究对象：切割磁感线的双棒（等长） （三）动量守恒定律在电磁感应问题中的运用 规律： (1)动量守恒定律 (2)能量转化规律 系统机械能的减小量等于内能的增加量. （类似于完全非弹性碰撞） 1 2 1．电路特点 刚开始棒2相当于电源; 棒1受安培力而加速起动,运动后产生反电动势. 2．电流特点 3．两棒的运动情况特点 棒1做加速度减小的加速运动 棒2做加速度减小的减速运动 最终两棒具有共同速度 等距双棒特点分析 1 2 O v t v0 v共 例3　如图所示，NQ和MP是两条平行且倾角为θ的光滑金属轨道，在两条轨道下面，在Q、P处接着QT和PS两条平行光滑的金属轨道，轨道足够长，所有轨道电阻忽略不计.金属棒ab、cd放在轨道上，始终与轨道垂直且接触良好.金属棒ab、cd的质量均为m，长度均为L，且金属棒的长度恰好等于轨道的间距，它们与轨道构成闭合回路，金属棒ab的电阻为2R，cd的电阻为R.磁场方向均垂直于导轨向上(不考虑PQ交界处的边界效应，可认为磁场在PQ处立即变为竖直向上)，磁感应强度大小为B.若先保持金属棒cd不动，ab在沿导轨向下的力F的作用下，开始以加速度a沿倾斜轨道向下做匀加速直线运动.经过t0时间，ab棒恰好到PQ位置，此时撤去力F，同