2.4 法拉第电磁感应定律(动力学、图像问题)课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

§2.24 法拉第电磁感应定律 (动力学、图像问题) 物理 选择性必修 第二册 第二章 电磁感应 1 课前练3．如图所示，固定在匀强磁场中的正方形导线框边长为l，其中边是电阻为R的均匀电阻丝，其余三边是电阻可忽略的铜导线，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里。现有一段长短、粗细、材料均与边相同的电阻丝架在线框上，并以恒定速度v从边滑向边。在滑动过程中与导线框的接触良好。当滑过的距离时，通过段电阻丝的电流是多大？ 教材 第46页 1.电磁感应中电路知识的关系图 一、电磁感应中的电路问题 知识回顾：电路、电荷量问题 2. 分析电磁感应电路问题的基本思路 [例1] 如图所示，空间存在磁感应强度大小B＝0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场，MN、PQ是水平放置的平行长直导轨(电阻不计)，其间距l＝0.2 m，电阻R＝0.3 Ω接在导轨一端，ab是跨接在导轨上质量m＝0.1 kg、电阻r＝0.1 Ω的导体棒，已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为0.2.从t＝0时刻开始，对导体棒施加一个大小F＝0.45 N、方向水平向左的恒定拉力，使其从静止开始沿导轨滑动，滑动过程中导体棒始终保持与导轨垂直且接触良好．(g＝10 m/s2) (1)求导体棒所能达到的最大速度； (2)试定性画出导体棒运动的速度—时间图像． (1)10 m/s　 系统集成 第42页 1. 立体图转平面图：受力分析时，要把立体图转换为平面图， 同时标明电流方向及磁场方向， 以便准确地画出安培力的方向． 2. 受力分析：要特别注意安培力的大小和方向都有可能变化， 不像重力一样是恒力． 3. 建立牛顿第二定律：根据牛顿第二定律分析加速度的变化情况， 以求出稳定状态下的速度． 4. 求收尾速度：列出稳定状态下的受力平衡方程往往是解题的突破口． 一、电磁感应中的动力学问题 [针对训练1] 如图甲所示，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，磁场方向垂直于斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略，让金属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． (1)由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在图乙中画出金属杆下滑过程中某时刻的受力示意图； (2)在加速下滑过程中，当金属杆的速度大小为v时，求金属杆中的电流及其加速度的大小； (3)在下滑过程中，求金属杆可以达到的最大速度． 系统集成 第43页 4．如图所示，和是两根互相平行、竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计。是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆，金属杆具有一定质量和电阻。开始时，将开关S断开，让杆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，请画出金属杆的速度随时间变化的可能图像，并结合图像对金属杆的受力和运动变化情况作出解释。 教材 第47页 7．在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一圆形导体环。规定导体环中电流的正方向如图甲所示，磁场向上为正。当磁感应强度B随时间t按乙图变化时，请画出导体环中感应电流随时间变化的图像。 教材 第46页 1. 明确图像种类：B-t 图像、Φ-t 图像，E-t 图像、I-t 图像、F-t 、F-x 图像等． 2. 过程分析：分析电磁感应的具体过程(受力分析、运动分析、特殊位置)． 3. 建立函数关系： (1). 确定感应电动势(或感应电流)的大小和方向： ①当回路面积不变、磁感应强度变化时，用楞次定律判定感应电流的方向， 用E＝n 确定感应电动势的大小． ②若磁场不变、导体切割磁感线，用右手定则判定感应电流的方向， 用E＝Blv 确定感应电动势的大小, 注意切割的有效长度． (2). 由安培力公式F＝BIl 、牛顿运动定律等规律写出有关函数关系式． 4. 画图像或分析图像: 特别注意分析斜率的变化、截距、正负、方向等． 二、电磁感应中的图像问题 4．(电磁感应中的图像问题)如图所示，在Ⅰ、Ⅱ区域中存在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面．一导线框abcdef位于纸面内，线框的邻边都相互垂直，bc边与Ⅰ区域的左边界重合．线框与磁场区域的尺寸已标注．从t＝0时刻开始，线框匀速横穿两个磁场区域．以a→b→c→d