2.2 法拉第电磁感应定律(能量、动量问题)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

§2.25 法拉第电磁感应定律 (能量、动量问题) 物理 选择性必修 第二册 第二章 电磁感应 1 5．图中的A是一个边长为l的方形导线框，其电阻为R。线框以恒定速度v沿x轴运动，并穿过图中所示的匀强磁场区域，磁感应强度为B。如果以x轴的正方向作为安培力的正方向，线框在图示位置的时刻开始计时，请通过计算作出线框所受的安培力随时间变化的图像，标明图线关键位置的坐标值。 教材 第47页 1. 立体图转平面图： 2. 受力分析： 3. 建立牛顿第二定律： 4. 求收尾速度： 一、电磁感应中的动力学问题 二、电磁感应中的图像问题 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： (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． 知识回顾：动力学、图像问题 1. 安培力与洛伦兹力的关系: (1). 导体棒静止时, 安培力为洛伦兹力的合力的宏观表现; (2). 导体棒运动时, 安培力为洛伦兹力在垂直于导体棒方向的分力的合力的宏观表现 2. 安培力做功与洛伦兹力做功的关系: (1). 电动机模型: 电流克服洛伦兹力沿导体棒方向的分力做功, 将电能转化为磁场能, 洛伦兹力垂直于导体棒方向的分力(安培力)做正功, 将磁场能转化为其它形式能量(机械能) 即整体上微观表现为：洛伦兹力合力不做功, 通过分力做功起能量转移作用 即整体上宏观表现为：安培力做正功, 将电能转化为其它形式能量(机械能) 2. 安培力做功与洛伦兹力做功的关系: (2). 发电机模型: 洛伦兹力垂直于导体棒方向的分力(安培力)做负功, (外界克服安培力做功) 将其它形式能量(机械能) 转化为磁场能 洛伦兹力沿导体棒方向的分力做正功(克服静电力做功), 将磁场能转化为电能 即整体上微观表现为：洛伦兹力合力不做功, 通过分力做功起能量转移作用 即整体上宏观表现为：安培力做负功, 将其它形式能量(机械能)转化电能 由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势。 非静电力是洛伦兹力沿导体棒方向的分力。 一、电磁感应中的能量问题 1．电磁感应中的能量转化 2．求解电磁感应中能量问题的一般思路 (1)确定回路，分清电源和外电路． (2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化，如： ①有滑动摩擦力做功，一定有内能产生； ②有重力做功，重力势能一定发生变化； ③克服安培力做功，一定有其他形式的能转化为电能， 并且克服安培力做了多少功，就产生了多少电能； 如果安培力做正功，就有电能转化为其他形式的能． (3)列有关能量的关系式． [例2] 如图所示，足够长的平行光滑U形导轨倾斜放置，所在平面的倾角θ＝37°，导轨间的距离l＝1.0 m，下端连接R＝1.6 Ω的电阻，导轨电阻不计，所在空间存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度B＝1.0 T．质量m＝0.5 kg、电阻r＝0.4 Ω的金属棒ab垂直置于导轨上，现用沿导轨平面且垂直于金属棒、大小F＝5.0 N的恒力使金属棒ab从静止开始沿导轨向上滑行，当金属棒滑行x＝2.8 m后速度保持不变．求：(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g＝10 m/s2) (1)金属棒做匀速直线运动时的速度大小v； (2)金属棒从静止到刚开始做匀速直线运动的过程中， 电阻R上产生的热量QR. (1)4 m/s　(2)1.28 J 系统集成 第44页 电磁感应中焦耳热的计算技巧 (1)感应电流恒定时，根据焦耳定律求解，即Q＝I2Rt. (2)感应电流变化时，可用以下方法分析： ①利用动能定理，求出克服安培力做的功， 产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即Q＝W安． ②利用能量守恒定律， 即感应电流产生的焦耳热等于其他形式能量的减少量，即Q＝ΔE其他． 3．(电磁感应中的能量问题)(多选)如图所示，竖直放置的两根平行光滑金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并接触良好，金属棒与导轨的电阻均不计，整个装置处于匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，金属棒在竖直向上的恒力F的作用下匀速上升，下列说法正确的是( ) A．作用在金属棒上各力的合力做功为零 B．重力做的功等于系统产生的电能 C．金属棒克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热 D