2.3.3 电磁感应定律的应用(能量、动量、双杆) 课件-2023-2024学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第二册

第二章 电磁感应 粤教版 选择性必修二 第三节 电磁感应定律的应用 1 1、电磁感应中的电路问题 2、电磁感应中的图像问题 4、电磁感应中的动力学问题 5、电磁感应中的能量问题 3、电磁感应中的电荷量问题 6、电磁感应中的 “双杆”模型 Part 05 电磁感应中的能量问题 3 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。 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 分类五：电磁感应的能量问题 （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。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。 【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。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，达到最大速度后作匀速运动。 （1） （2） （3） 【例题2】如图所示，两根足够长的金属导轨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的均匀直金属棒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，导轨和金属棒的电阻可忽略。让ab棒沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属棒接触良好，不计它们之间的摩擦，重力加速度为g。 （1）请分析ab棒的运动情况； （1）求在运动过程中，ab棒可以达到的速度最大值； （2）从静止到速度达到最大的过程，ab棒沿斜面下 滑距离为x，求回路产生的热量。 （1） 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。 （2） （3） 方法一：从功能关系的角度求解 方法二：从能量守恒的角度求解 初始状态 v0≠0 v0=0 情景图 运动 分析 稳定条件 能量分析 V=0 E=E感=BLv F=F安=B2L2v/R 电磁感应中的单杆模型总结 a=(F-F安)/m恒定 F-BIL=F-(CB2L2v)/t=F-CB2L2a=ma I=Q/t Q=CU=CBLv a=F/(m+CB2L2) Part 06 电磁感应中的“双杆”模型 11 1.题型简述 （1）如果相互平行的水平轨道间有双导体棒做切割磁感线运动，当这两根导体棒所受的安培力等大反向，且不受其他外力，两导体棒的总动量守恒，可用动量守恒定律求解导体棒的共速问题. 2.方法技巧 解决此类问题时通常将两棒视为一个整体，于是相互作用的安培力是系统的内力，这个变力将不影响整体的动量守恒.因此解题的突破口是巧妙选择系统，运用动量守恒(动量定理)和功能关系求解. 分类五：动量守恒和功能关系的综合应用 例1如图所示,两根足够长的光滑平行金属导轨固定于同一水平面内,整个导轨处于竖直向下的匀强磁场中,质量均为m=0.2 kg的导体棒MN、PQ垂直静止于平行导轨上,与导轨构成矩形闭合回路。某时刻给导体棒MN一个水平向右的瞬时冲量I=0.4 N·s,则从此时至PQ达到最大速度的过程中,回路中产