第十一章 课时3 电磁感应中的动力学与能量问题-【导与练】2024高考物理一轮复习高中总复习第1轮教学课件PPT（浙江专用）

课时3　电磁感应中的动力学与能量问题 基础梳理 一、电磁感应现象中的动力学问题 1.电磁感应中动力学问题的分析思路 (1)首先作“源”的分析——分析由电磁感应所产生的电源,求出电源参数E和r。 (2)再进行“路”的分析——分析电路结构,弄清串、并联关系,求出相关部分的电流大小,以便求解安培力。 (3)然后是“力”的分析——分析研究对象(常是金属杆、导体线圈等)的受力情况。 (4)接着进行“运动”状态分析——根据力和运动的关系,判断出正确的运动 模型。 2.电磁感应中动力学问题的两类常见模型 类型 “电—动—电”型 “动—电—动”型 已知 棒ab长l,质量为m,电阻为R;导轨光滑水平,电阻不计,电源电动势为E 棒ab长l,质量为m,电阻为R;导轨光滑,与水平面夹角为α,电阻不计 二、电磁感应中的能量转化问题 1.电磁感应现象的实质是能量的转化过程,能量的转化是通过通电导线在磁场中受安培力做功的形式实现的,安培力做多少功,就有多少电能与其他形式能量的转化。如图: 2.用能量观点解决电磁感应问题的一般步骤 (1)确定研究对象(导体棒或回路)。 (2)分析研究对象的受力情况、运动情况和电磁感应过程。 (3)弄清电磁感应过程中哪些力做功、哪些形式的能量参与转化及如何转化。 (4)根据功能关系或能量守恒定律列式求解。 三、运用动量的观点分析解决电磁感应问题 动量定理及动量守恒定律在电磁感应中的应用技巧 (1)在电磁感应中,动量定理应用于单杆切割磁感线运动,可求解变力的时间、位移、速度和电荷量。 (2)在双金属棒切割磁感线的系统中,双金属棒和导轨构成闭合回路,安培力充当系统内力,如果它们不受摩擦力,且受到的安培力的合力为0时,满足动量守恒定律,运用动量守恒定律解题比较方便。 夯实考点 [例1] 如图甲,两个相距为L=0.5 m的平行金属导轨固定于水平面上,导轨左端与阻值R=2 Ω的电阻连接,导轨间虚线右侧存在垂直导轨平面向里的匀强磁场。质量m=0.2 kg的金属杆垂直置于导轨上,与导轨接触良好,导轨与金属杆的电阻可忽略。金属杆在水平向右的恒定拉力作用下由静止开始运动,并始终与导轨垂直且接触良好,其v-t 图像如图乙所示。在15 s末时撤去拉力,同时使磁场随时间变化,从而保持金属杆中电流为0。求: (1)金属杆所受拉力的大小F; 电磁感应中的动力学问题 答案:(1)0.24 N [例1] 如图甲,两个相距为L=0.5 m的平行金属导轨固定于水平面上,导轨左端与阻值R=2 Ω的电阻连接,导轨间虚线右侧存在垂直导轨平面向里的匀强磁场。质量m=0.2 kg的金属杆垂直置于导轨上,与导轨接触良好,导轨与金属杆的电阻可忽略。金属杆在水平向右的恒定拉力作用下由静止开始运动,并始终与导轨垂直且接触良好,其v-t 图像如图乙所示。在15 s末时撤去拉力,同时使磁场随时间变化,从而保持金属杆中电流为0。求: (2)0～15 s内匀强磁场的磁感应强度大小B0; 答案:(2)0.4 T [例1] 如图甲,两个相距为L=0.5 m的平行金属导轨固定于水平面上,导轨左端与阻值R=2 Ω的电阻连接,导轨间虚线右侧存在垂直导轨平面向里的匀强磁场。质量m=0.2 kg的金属杆垂直置于导轨上,与导轨接触良好,导轨与金属杆的电阻可忽略。金属杆在水平向右的恒定拉力作用下由静止开始运动,并始终与导轨垂直且接触良好,其v-t 图像如图乙所示。在15 s末时撤去拉力,同时使磁场随时间变化,从而保持金属杆中电流为0。求: (3)15～20 s内磁感应强度B随时间t的变化规律。 [变式1] (2021·全国甲卷)(多选)由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈,两线圈的质量相等,但所用导线的横截面积不同,甲线圈的匝数是乙的2倍。现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落,一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域,磁场的上边界水平,如图所示。不计空气阻力,已知下落过程中线圈始终平行于纸面,上、下边保持水平。在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前,可能出现的是(　 　) A.甲和乙都加速运动 B.甲和乙都减速运动 C.甲加速运动,乙减速运动 D.甲减速运动,乙加速运动 AB [例2] (多选)如图,光滑平行金属导轨固定在水平面上,左端由导线相连,导体棒垂直静置于导轨上构成回路。在外力F的作用下,回路上方的条形磁体竖直向上做匀速运动。在匀速运动过程中外力F做功WF,安培力对导体棒做功W1,磁体克服安培力做功W2,重力对磁体做功WG,回路中产生的焦耳热为Q,导体棒获得的动能为Ek。则下列选项正确的是(　 　) A.WF+WG=Ek+Q B.W2-W1=Q C.W1=Ek D.W1=Q 考向1:电磁感应中的功能关系 电磁感应中的能量问题 ABC 解析