第二章电磁感应专题二 电磁感应中的力学问题（第一课时单杆） 导学案-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

专题二 电磁感应中的力学问题 ——单杆模型 1.知识要点： 电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用，因此，电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起。在电磁感应的力学问题中，其研究方法与力学问题相同： ①明确研究对象，②搞清物理过程，③正确进行受力分析。 这里应特别注意伴随感应电流的产生而受到的安培力：在匀强磁场中匀速运动的导体受到的安培力是恒力；变速运动的导体受到的安培力也随速度变化。 2.解题基本步骤： （1）用法拉第电磁感应定律和楞次定律、右手定则求感应电动势的大小和方向； （2）根据闭合电路的欧姆定律求回路中的电流大小； （3）分析、研究导体受力情况（包含安培力，用左手定则确定其方向）； （4）列平衡方程、动力学方程或动量、冲量关系式，并求解。（一切力学规律均能适用于受安培力作用的感应导体） 例1：水平放置于匀强磁场中的光滑导轨上，有一根长为L电阻为r质量为m的导体棒ab，用恒力F作用在ab上，由静止开始运动，回路中还连有电阻R。试求ab棒运动的最大速度？ 思考回答如下问题： 问题1：回路中谁相当于电源？电动势为多少？通过ab的电流方向如何？哪端是电源正极？ 问题2：回路中总电阻为多少？电流大小为多少？ 问题3：棒ab受到安培力如何变化？是动力还是阻力？ 问题4：棒ab做什么性质的运动？棒ab的最终状态如何？最大速度Vm=？画出棒ab的V-t图像？ 问题5：设棒ab从静止开始向右运动位移d达到最终状态，则此过程中安培力做功多少？ 问题6：设棒ab从静止开始向右运动位移d达到最终状态，则此过程中产生的电能是多少？ 问题7：设棒ab从静止开始向右运动位移d达到最终状态，则此过程中能量是如何转化的？ 问题8：设棒ab从静止开始向右运动位移d达到最终状态，则此过程中流过ab棒的电荷量？ 练习1：在磁感应强度为B的水平均强磁场中，竖直放置一个冂形金属框ABCD，框面垂直于磁场，宽度BC＝L，质量m的金属杆PQ用光滑金属套连接在框架AB和CD上如图，金属杆PQ电阻为R。当杆自静止开始沿框架下滑时： (1)框内感应电流的方向怎样？ (2)开始下滑的加速度为多少? (3)金属杆下滑的最大速度是多少? (4)若棒从开始运动到达最大速度一共下落h，整个过程产生的焦耳热Q=？ 练习2：如图，有两根足够长的固定的平行光滑金属导轨，两导轨间的距离为L，导轨平面与水平面的夹角为θ，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感应强度为B，在导轨的底端连接一个阻值为R的电阻，一根质量为m、电阻为r垂直于导轨放置的金属棒ab，从静止开始沿导轨下滑。导轨的电阻不计。 问题1：金属棒ab做什么性质的运动？ 问题2：求金属ab下滑的最大速度Vm？ 问题3：下滑过程中电阻R上消耗的最大功率？ 问题4：若棒ab下滑h高度时达到最大速度Vm，求此过程中R上产生的电热？ 问题5：画出棒ab下滑过程的v-t图、i-t图、F安-t图。 问题6：若B竖直向上，则当速度大小为V时的感应电动势大小是多少？安培力如何?下滑的最大速度Vm又是多少？ 20 1 学科网（北京）股份有限公司 $$