2.2-5电磁感应中的动力学问题和能量问题-2022-2023学年高二物理讲练结合新课件（2019人教版选择性必修第二册）

第二章 电磁感应 2.2-4 电磁感应定律的动力学和能量问题 选修二 第二章 第二节 2019人教版高中物理 【学习目标】 1．能熟练分析导体的受力和运动情况； 2．知道能量是怎么转化的，并能求解实际问题。 【重 点】受力和运动过程的分析 能量转化情况 【难 点】导线框进出磁场过程的动力学问题 【课标呈现】通过实验，理解法拉第电磁感应定律。 如图,一个水平放置的导体框架,宽度为d ,接有电阻R .匀强磁场竖直向下,磁感应强度为B ,方向如图.今有一长为L导体棒ab跨放在框架上（L＞d）, 以速度v匀速向右沿框滑动。导体ab和框架电阻均不计。试求： (1)感应电动势的大小； (2) R上感应电流的大小及方向； (3)安培力的大小； (4)t时间内R上的热量。 课前小测： 1、安培力的大小 安培力公式：F=______ 感应电流： I＝______ 感应电动势：E＝______ 2、安培力的方向 (1)先用 　判定感应电流方向,再用 　判定安培力方向。  (2)根据楞次定律,安培力的方向一定和导体切割磁感线运动方向 　。  R L 右手定则 左手定则 相反 BLv BIL F= 温故而知新 【例1】（目标指向1）如图所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L, M、P两点间接有阻值为R的电阻。一根质量为m电阻为r的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下，导轨的电阻可忽略。让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦。求： （1）确定电源、电路结构、画出等效电路图。 （2）加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流和安培力； （3）由b向a方向看此装置，请画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图； （4）导体棒在下滑过程中做什么样的运动？ （5）当ab杆的速度大小为v时的加速度大小； （6）求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度的最大值。 ab棒做加速度减小的加速运动，达到最大速度后做匀速直线运动。 v F安 a (2) (3) (4) (1) 如有图 (5) I= F安= a=gsinθ- mgsinθ-=ma mgsinθ-=ma mgsinθ-=0 解析： 拓展：若ab与导轨间存在动摩擦因数为μ，求：（1）在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时加速度的大小（2）在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值。 mgsinθ-μmgcosθ-=ma a=gsinθ-μgcosθ- mgsinθ-μmgcosθ-=0 （1） （2） 解析： 总体思路：先电后力 一、电磁感应现象中的动力学问题分析思路： (1)导体处于平衡态——静止或匀速直线运动状态． 处理方法：根据平衡条件列式分析． (2)导体处于非平衡态——加速度不为零． 处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析． 二、动力学两种状态及处理方法 【例2】如图所示，电阻Rab为0.1Ω的导体棒ab沿光滑导线框向右做匀速运动，线框中接有电阻R为0.4Ω。线框放在磁感应强度B为0.1T的匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面。导体棒ab的长度l为0.4m,运动的速度v为5 m/s。线框的电阻不计。 （1）电路abcd中哪部分相当于电源？电动势多大？内阻多大？哪个位置相当于电源 的正极？哪一部分相当于闭合电路中的外电路？ （2）ab棒向右运动时所受的安培力有多大？ （3）ab棒所受安培力的功率有多大？电阻R 的发热功率有多大？电阻Rab发热功率有多大？ 从能的转化和守恒角度说一说这三个功率关系 的含义。 解析： （1）导体棒ab做切割磁感线，产生感应电动势，相当于电源， 产生的感应电动势为：E=BLv=0.1×0.4×5V=0.2V． 电阻Rab=0.1Ω为内阻，电阻R=0.4Ω为外电路电阻，a端为电源的正极。 电路中的电流为：I==0.4A； （2）导体ab所受的安培力的大小：F安=BIL=0.1×0.4×0.4=0.016N， 由左手定则判断可知，安培力方向向左； （3）导体棒ab匀速运动，外力与安培力二力平衡， 则有：F外=F安=0.016N，方向向右． 外力做功的功率是：P外=P安=F安v=0.016×5W=0.08W 外力做正功，提供的机械能转化为电路中电能， 电能转化为回路中的内能，转化中能量是守恒的． 小结：电磁感应现象中的能量转化方式 与