2.2 法拉第电磁感应定律 课时3 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

第二章 电磁感应 人教版（2019）选修 第二册 2.2 法拉第电磁感应定律 （课时3） 电磁感应中的动力学和能量问题 1.知道安培力做正功，电能转化为其它形式能；安培力做负功，表示有多少其它形式的能转化为电能。 2.利用动力学观点、能量观点、动量观点分析同一物理问题，灵活选择解决问题的视角； 通过电磁感应中的动力学问题和能量问题的探究，提高分析、综合等思维能力。 学习目标 模型：杆+导轨模型 轨道光滑 共同特点： 初状态静止 金属棒受恒定非安培力作用 b a B 300 乙 导体在恒力作用下由静止开始切割磁感线运动 a b B R F 甲 a b R 丙 一、电磁感应中的动力学问题 例1 如图所示，空间存在B=0.5T、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，其间距L=0.2m，R=0.3Ω的电阻接在导轨一端，ab是跨接在导轨上质量m=0.1kg、接入电路的电阻r=0.1Ω的导体棒，已知导体棒和导轨间的动摩擦因数为0.2。从零时刻开始，对ab棒施加一个大小为F=0.45N、方向水平向左的恒定拉力，使其从静止开始沿导轨滑动，过程中ab棒始终保持与导轨垂直且接触良好。（g=10m/s2） ⑴分析导体棒的运动性质； ⑵求导体棒所能达到的最大速度； ⑶试定性画出导体棒运动的速度－时间图象。 ⑴可得 由牛顿第二定律，得 可见，随着速度的增大，安培力增大，加速度a减小，当加速度a减小到0时，速度达到最大，此后导体棒做匀速直线运动； 故导体棒做加速度减小的加速运动，最终做匀速运动。⑵当导体棒达到最大速度时，有 代入数据解得 ⑶如右图。 解析： 关键点：寻找临界状态 核心点：受力分析、运动分析 例题总结：电磁感应中的动力学问题 收尾速度：加速度减小的加速运动，当a=0时速度达最大值vm 问题：定性分析物体的运动 速度增加 同向 反向 速度减小 1.加速度变化分析 2.速度变化分析 由F合=ma得 根据F合变化，判断a的变化 F合（或a）与v方向间关系 E=BLv F合 导体切割 磁感线v a F安=ILB 电学对象 （电源、电路） 力学对象 （导体棒） F安 （桥梁） 法拉第电磁感应定律 楞次定律 闭合电路欧姆定律 …… 功能关系 …… F合=ma F合=0 小结：解决电磁感应中的动力学问题的基本思路 针对练 如图，匀强磁场B＝0.2T，方向垂直于足够长的金属U形框架向上，框架宽度L＝1m，与水平面夹角α=300，电阻忽略不计。导体棒ab质量m＝0.2kg，电阻R＝0.1Ω，垂直跨放在框架上，并能无摩擦的滑动，求： ⑴导体下滑的最大速度vm。 ⑵在最大速度vm时，导体棒上消耗的电功率Pm。 参考答案 B mg F安 FN b a B α L 如图，定值电阻R，导体棒ab电阻r，水平光滑导轨间距l ，其电阻不计。匀强磁场磁感应强度为B，当棒ab以速度v向右匀速运动时，求： ⑴棒ab受到的安培力为多大？要使棒ab匀速运动，要施加多大的外力？方向如何？ ⑵整个回路中消耗的电能从哪里转化来？ R a b v ⑵ 安培力做负功，机械能转化为电能，导体棒克服安培力做多少功，就有多少机械能转化为电能。 当匀速运动时，有 分析： ⑴当导体棒匀速运动时，有 F外=F安 二、电磁感应中的能量问题 例题2 有一边长l=0.1m的正方形导线框abcd，质量m=10g，由高度h=0.2m处自由下落，如图所示。其下边ab进入匀强磁场区域后，线圈开始做匀速运动，直到其上边dc刚刚开始穿出匀强磁场为止，此匀强磁场区域宽度也为l。 求：线框在穿越匀强磁场过程中产生的焦耳热。（g取10m/s2） 解析：重力势能减少转化为电能，根据能量守恒定律得，线框在穿越匀强磁场过程中发出的焦耳热 Q=2mgl=2×0.01×10×0.1J=0.02J 针对练 如图所示，竖直平面内的两条水平虚线之间有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁场宽度d=0.2m。一质量m=10g，电阻R=0.05Ω，边长L=0.1m的正方形单匝导线框abcd，由距磁场上边界高度h=0.2m处自由下落，其ab边进入磁场区域瞬间，线框恰好能匀速运动，其cd边离开磁场瞬间速度v2=2.4m/s。空气阻力忽略不计，重力加速度g=10m/s2求： ⑴匀强磁场的磁感应强度B的大小； ⑵导线框穿越匀强磁场的整个过程中产生的焦耳热Q。 参考答案：⑴0.5T；⑵0.0212J ⑴线框ab边到达磁场上边界速度为v，线框在进入磁场前做自由落体运动， 其速度为v2=2gh，解得v=2m/s 进入磁场瞬间，ab边：E=BLv 线框中的电流为 对