2.2.3 电磁感应的动力学和能量综合问题 课件 -2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

2.2.3 专题 电磁感应 ———动力学和能量综合问题 1.题型简述：感应电流在磁场中受到安培力的作用，因此电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起.解决这类问题需要综合应用电磁感应规律(法拉第电磁感应定律、楞次定律)及力学中的有关规律(共点力的平衡条件、牛顿运动定律、动能定理等). 2.处理方法： 状态 特征 处理方法 平衡态 加速度为零 根据平衡条件列式分析 非平衡态 加速度不为零 根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系进行分析 一、电磁感应中的动力学问题 3.基本思路：（先电后力） 解决这类问题的关键是通过运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度的最大值或最小值的条件.具体思路如下： 导体受力 切割磁感线 E=BLv F合变化 v变化 a变化 a、v出现极值 【例题1】如图，竖直放置的足够长平行导轨之间连接阻值为R的电阻，导轨电阻可忽略，电阻为r的水平放置的导体棒ab，质量为m，棒的两端分别与导轨保持良好接触，又能沿竖直导轨无摩擦下滑，整个装置放在与导轨垂直的匀强磁场B中，当导体棒从静止下滑经一段时间后闭合开关S，请分析S闭合后导体棒 的运动情况。 作a减小的加速运动 (1)若F安<mg,则继续加速， 设闭合开关时导体棒速度为v： 当a=0时， 最后以vmax作匀速运动 F安 mg (2)若F安=mg,则作匀速运动， (3)若F安>mg,则立即作减速运动， 作a减小的减速运动 当a=0时， 最后以vmin作匀速运动 F安 mg F安 mg 【变式训练】(多选)如图所示,MN和PQ是两根互相平行、竖直放置的光滑金属导轨,已知导轨足够长,且电阻不计.ab是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆.开始时,将开关S断开,让杆ab由静止开始自由下落,过段时间后,再将S闭合,若从S闭合开始计时,则金属杆ab的速度v随时间t变化的图像可能是图中的(　　 ) ACD 【变式训练】如图所示,两根平行金属导轨置于水平面内,导轨之间接有电阻R.导体棒ab与两导轨垂直并保持良好接触,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下.现使磁感应强度随时间均匀减小,ab始终保持静止,下列说法正确的是(　 　) A.ab中的感应电流方向由b到aB.ab中的感应电流逐渐减小C.ab所受的安培力保持不变D.ab所受的静摩擦力逐渐减小 D 【变式训练】如图所示,光滑固定平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成θ角,两端点M、P间接有阻值为R的定值电阻。阻值为r的金属棒ab垂直导轨放置,其他部分电阻不计,整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向上。从t=0时刻开始,棒受到一个平行于导轨向上的外力F作用,由静止开始沿导轨向上运动,运动中棒始终与导轨垂直,且接触良好,通过R的感应电流I随时间t变化的图像如图乙所示,选项中给出了外力F大小随时间t变化的图像,其中正确的是(　　 ) B 1.题型简述 电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程，而能量的转化是通过安培力做功来实现的.安培力做多少负功，有多少其他形式的能转化为电能. 在闭合回路中，电能最终通过电流做功转化为内能或其它形式能量。 二、电磁感应中的能量问题 其他形式的能量 如机械能 电流做功 焦耳热或 其他形式的能量 电 能 克服安培力做功 2.电磁感应现象中的能量分析 （1）电流恒定时，根据W＝UIt或焦耳定律 求解。 （2）电流变化时，用以下方法分析 ①利用动能定理，求出安培力做的功 ， 产生的焦耳热等于克服安培力所做的功，即 ②利用能量守恒，焦耳热与其他形式能量的总和保持不变。 3、电磁感应中焦耳热的计算思路 4.解题步骤 (1)确定研究对象(导体棒或回路)； (2)弄清电磁感应过程中，哪些力做功，哪些形式的能量相互转化； (3)根据能量守恒定律或功能关系列式求解. 【例题1】如图所示，水平面上有两根相距为L的足够长光滑平行金属导轨 ，它们之间接有阻值为 R的定值电阻，导轨的电阻可忽略不计。导体棒 ab 垂直导轨放置与导轨接触良好，其质量为m、电阻为 r。整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度 B。开始时，给ab棒一个向右的初速度v。 （1）请分析ab棒的运动情况； （2）求整个过程电阻R上产生的热量是多少？ ab棒做加速度减小 的减速运动，直至停止。 （1） （2） 【变式训练1】在上例中如果对ab棒施加一水平向右的恒力F，使其从静止开始向右运动 （1）请分析ab棒的运动情况； （2）求ab棒可以达到的速度最大值； （3）整个过程中，ab棒位移为x，求此过程回路中产生的热量。 ab棒做加速度减小 的加速运动，达到