专题强化10 电磁感应中的动量和能量 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理课件系统梳理电磁感应中的能量与动量问题，通过知识框架串联能量转化、求解思路、焦耳热计算及动量定理、守恒应用，结合单杆双杆模型拓展，构建完整知识网络。 其亮点在于融入科学思维的模型建构与科学推理，如通过单杆双杆模型分类推导位移、速度关系，设计分层练习（例题、针对训练、拓展题），助力学生深化物理观念，教师可精准实施个性化复习，提升复习效率。

第二章 电磁感应 专题强化10　 电磁感应中能量动量 新教材人教版 物理（选择性必修第二册） 一、电磁感应中的能量问题 1．电磁感应现象中的能量转化 (2). 电动机模型: 安培力做正功, 将电能转化为其它形式能量(机械能) (1). 发电机模型: 安培力做负功, 将其它形式能量(机械能)转化电能 v0 一、电磁感应中的能量问题 v0 (1). 发电机模型: (2). 电动机模型: 安培力做负功等于对应 产生的电能 安培力做的正功等于对应消耗的电能 一、电磁感应中的能量问题 A．作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于零B．作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻R上产生的焦耳热之和C．恒力F与安培力的合力所做的功等于零D．恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热 例1(多选)如图所示，两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，导轨的左端接有电阻R，导轨自身的电阻可忽略不计．斜面处在一匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上．质量为m、电阻可以忽略不计的金属棒ab，在沿着斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑，且上升的高度为h，重力加速度为g，在这一过程中(　　) 一、电磁感应中的能量问题 2．求解电磁感应中能量问题的一般思路 (3)列有关能量的关系式．能量守恒研究对象为系统；动能定理研究对象是单个物体，一般为导体棒 (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． 一、电磁感应中的能量问题 一、电磁感应中的能量问题 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． 一、电磁感应中的能量问题 二、电磁感应中的动量问题 考向1　动量定理在电磁感应中的应用 问题1：导体棒速度及所受安培力大小与时间关系会是怎样的？ 【例】如图所示，水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ，两导轨间距为L，导轨电阻均忽略不计。在M和P之间接有一阻值为R的定值电阻，导体杆ab质量为m、电阻也为R，并与导轨垂直且接触良好。整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中。现给ab杆一个水平向右的初速度v0， 问题2：求导体棒最大位移？ 二、电磁感应中的动量问题 问题1：该过程中导体棒速度及所受安培力大小与时间关系会是怎样的？ 动力学观点研究:导体杆运动过程中的速度、加速度变化规律是怎样的？ 加速度逐渐减小的减速运动！ v t O F安 t O L，R，m、R，B、v0， 二、电磁感应中的动量问题 问题2：求导体棒最大位移？ 又： 以初速度为正方向： 已知：L，R，m、R，B、v0， 联立得： 即： 解得： 二、电磁感应中的动量问题 电磁感应中的动量定理 动量定理：合外力的冲量等于物体动量的变化量。 安培力为合力动量定理表达式 ： 适用于电阻电路 归纳总结 适用于单杆电阻电路 电荷量q、位移x、速度v、时间t等 q= n 二、电磁感应中的动量问题 考向2　动量守恒定律在电磁感应中的应用 1 2   【例】如图所示，水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨，两导轨间距为L，导轨电阻均忽略不计。在金属导轨间接有两导体杆1、2质量为m1、m2、电阻也为R1、R2，并与导轨垂直且接触良好。整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中。现给2杆一个水平向右的初速度v0， 问题1：分析两导体杆受力及运动过程？ 问题2：两导体杆末速度？ 问题3：整个过程中产生的焦耳热？ 二、电磁感应中的动量问题 1 2   问题1：分析两导体杆受力及运动过程？ 刚开始导体棒2相当于电源；导体棒2受安培力减速；导体棒1受安培力而加速起动，运动后产生反电动势。 E=Blv2-Blv1 I=E/(R1+R2) v0 t v共 O v F=BIl 回路总电动势等于两电动势之差。 二、电磁感应中的动量问题 问题2：两导体杆末速度？ 1 2   两导体杆受安培力等大反向， 系统合力为零，动量守恒。 问题3：整个过程中产生的焦耳热？ 导体杆2的动能转化为1,2 动能和系统焦耳热。 Q=Q1+Q2 二、电磁感应中的动量问题 v0 t v共 O v 二、电磁感应中的动量问题 例4足够长的平行金属轨道M、N相距L＝0.5 m，且水平放置；M、N左端与半径R＝0.4 m的光滑竖直半圆轨道相连，与轨道始终垂直且接触良好的金属棒b和c可在轨道上无摩擦地滑动，两金属棒的质量mb＝mc＝0.1 kg，接入电路的有效电阻Rb＝Rc＝1 Ω，轨道的电阻不计．平行水平金属轨道M、N处于磁感应强度大小B＝1 T的匀强磁场中，磁场方向垂直于轨道平面向上，光滑竖直半圆轨道在磁场外，如图所示．若使b棒以初速度v0＝10 m/s开始向左运动，运动过程中b、c不相撞，g取10 m/s2，求：(1)c棒的最大速度大小；(2)c棒从开始到达到最大速度的过程中，此棒产生的焦耳热；(3)若c棒达到最大速度后沿半圆轨道上滑，金属棒c到达轨道最高点时对轨道的压力的大小为多少． 二、电磁感应中的动量问题 课时对点练 1.(多选)如图所示，固定在水平绝缘平面上足够长的两条平行金属导轨电阻不计，但表面粗糙，导轨左端连接一个电阻R，质量为m的金属棒ab(电阻也不计)放在导轨上，并与导轨垂直，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，用水平恒力F把ab棒从静止起向右拉动的过程中(　　)A．恒力F做的功等于电路产生的电能B．克服安培力做的功等于电路中产生的电能C．恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能D．恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能和ab棒获得的动能之和 课时对点练 课时对点练 课时对点练 课时对点练 5.(多选)如图，方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨，两相同的光滑导体棒ab、cd静止在导轨上，t＝0时，棒ab以初速度v0向右滑动．运动过程中，ab、cd始终与导轨垂直且接触良好，两者速度分别用v1、v2表示，回路中的电流用I表示．下列图像中可能正确的是(　　) 课时对点练 课时对点练 7.如图所示，足够长的粗糙绝缘斜面与水平面间的夹角θ＝37°，在斜面上直线aa′和bb′与斜面底边平行，在aa′、bb′围成的区域有垂直斜面向上的有界匀强磁场，磁感应强度为B＝1 T；现有一质量为m＝10 g、总电阻R＝1 Ω、边长d＝0.1 m的正方形金属线圈MNQP，让PQ边与斜面底边平行，从斜面上端由静止释放，线圈刚好匀速穿过整个磁场区域，已知线圈与斜面间的动摩擦因数为μ＝0.5.(取g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)求：(1)线圈进入磁场区域时的速度大小；(2)线圈释放时，PQ边到bb′的距离；(3)整个线圈穿过磁场的过程中，线圈上产生的焦耳热． 课时对点练 8.如图所示，空间存在有水平边界、方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，磁场边界上方l处有一个质量为m、电阻为R、边长为l的正方形线框，将线框由静止释放，从线框下边框进磁场经时间Δt后线框上边框进磁场，不计空气阻力，重力加速度为g，求：(1)线框下边框进入磁场时的速度大小；(2)线框上边框进入磁场时的速度大小． 课时对点练 电磁感应单杆双杆拓展 v t O v0 1.阻尼式单棒 已知m、R、r、L、B、v0 可求:R上焦耳热；位移x 电磁感应单杆双杆拓展 2.发电式单棒 t vm v O 已知m、F、R、r、L、B、x 可求:最大速度；R上焦耳热； 时间t 电磁感应单杆双杆拓展 1. 阻尼式单棒（不计摩擦）： 电路分析： v0 B L R r 受力及加速度分析： 运动性质：加速度a减小的减速直线运动，最终静止； 能量关系： 动量关系： v t O v0 电磁感应单杆双杆拓展 2. 发电式单棒（F为恒力，从静止开始且不计摩擦）： 电路分析： 受力及加速度分析： 运动性质：加速度a减小的加速直线运动，最终匀速运动； 能量关系： 动量关系： v t O v t 两种状态： F B L R r v s 电磁感应单杆双杆拓展 3. 电动式单棒（不计摩擦，初状态静止）： 电路分析： 受力及加速度分析： 运动性质：加速度a减小的加速直线运动，最终匀速直线运动； 能量关系： 动量关系： B L ε R r v t O vm t 两种状态： 特别提醒： 电磁感应单杆双杆拓展 4. 含电源单棒（不计摩擦，初状态具有向左初速度v0）： v0 B L ε R r v t O -vm t v0 电路分析： 受力及加速度分析： 运动性质： ①先向左做加速度a减小的减速直线运动； ②再向右做加速度a减小的加速直线运动，最终匀速； 能量关系： 动量关系： 两种状态： 电磁感应单杆双杆拓展 1. 电容放电式（不计摩擦，初状态静止）： 电路分析： 受力及加速度分析： 运动性质：加速度a减小的加速直线运动，最终匀速直线运动； v t O vm t B L U0 R + - 最终状态： 动量关系： 能量关系： 电磁感应单杆双杆拓展 2. 电容无外力充电式（不计摩擦，初速度v0）： 电路分析： 受力及加速度分析： 运动性质：加速度a减小的减速直线运动，最终匀速直线运动； 动量关系： 能量关系： 最终状态： B L R v0 v t O v0 t v 电磁感应单杆双杆拓展 电路分析： 受力及加速度分析： 运动性质：加速度恒定的匀加速直线运动； 3. 电容有外力充电式（受恒力F作用，不计摩擦及导棒电阻，初状态静止）： 最终状态： v t O v t 动量关系： 能量关系： B L F 电磁感应单杆双杆拓展 1. 双杆放置同一磁场中（不计摩擦，初状态一静一动）： 电路分析： 受力及加速度分析： 运动性质： 杆1：加速度a减小的加速直线运动，最终匀速直线运动； 杆2：加速度a减小的减速直线运动，最终匀速直线运动； v t O v0 v共 B 1 2 v0 电磁感应单杆双杆拓展 1. 双杆放置同一磁场中（不计摩擦，初状态一静一动）： v t O v0 v共 B 1 2 v0 模型：完全非弹性碰撞（合外力为零，最终共速） 最终状态： 电荷量： 相对位移： 电磁感应单杆双杆拓展 1. 双杆放置同一磁场中（杆2受恒力，不计摩擦，初状态都静止）： 电路分析： 运动性质： 杆1：加速度a1增大的加速直线运动，最终匀加速直线运动； 杆2：加速度a2减小的加速直线运动，最终匀加速直线运动； 受力及加速度分析： 分析： 开始：杆2加速度大于杆1加速度，相对速度增大，安培力增大； 稳定：杆2与杆1加速度大小相等，相对速度恒定，安培力恒定 ； B 1 2 F v t O 1 2 电磁感应单杆双杆拓展 1. 双杆放置同一磁场中（杆2受恒力，不计摩擦，初状态都静止）： 最终加速度： B 1 2 F 最终相对速度： 最终电流： 能量关系： v t O 1 2 动量关系： 电磁感应单杆双杆拓展 1. 双杆放置同一磁场中（不计摩擦，初状态一静一动）： 电路分析： 运动性质： 杆1：加速度a减小的加速直线运动，最终匀速直线运动； 杆2：加速度a减小的减速直线运动，最终匀速直线运动； 受力及加速度分析： v t O v0 v2 v1 B 1 2 v0 L1 L2 电磁感应单杆双杆拓展 1. 双杆放置同一磁场中（不计摩擦，初状态一静一动）： 非碰撞模型（合外力不为零，最终以各自速度匀速运动） v t O v0 v2 v1 能量关系： 最终状态： B 1 2 v0 L1 L2 电荷量： 电磁感应单杆双杆拓展 1.双杆放置同一磁场中（杆2受恒力，不计摩擦，初状态都静止）： 电路分析： 运动性质： 杆1：加速度a增大的加速直线运动，最终匀加速直线运动； 杆2：加速度a减小的加速直线运动，最终匀加速直线运动； B 1 2 F L1 L2 受力及加速度分析： v t O 1 2 最终加速度关系： 电磁感应单杆双杆拓展 1.双杆放置同一磁场中（杆2受恒力，不计摩擦，初状态都静止）： B 1 2 F L1 L2 最终电流： 能量关系： 动量关系： 最终安培力及加速度： v t O 1 2 电磁感应单杆双杆拓展 THANKS “ ” 二、导体棒切割磁感线时的感应电动势 ①导体棒以v1向右运动，洛伦兹力F1什么方向？ ②正电荷向什么方向运动？ F1=qv1B，向上 正电荷除了向右运动，还要沿杆向上运动 受洛伦兹力 F2=qv2B，向左 × × × × B × × × × × × × × × × × × × × × × v1 F1=qv1B v2 F2=qv2B －－ ＋＋ 洛伦兹力永远不做功 F洛 v 做功代数和为0. 即：非静电力做功产生的电能等于杆克服安培力做功，数值相等 F1：洛伦兹力沿导棒分力； F2：洛伦兹力垂直导棒分力； （正功） （负功） 非静电力 安培力 (1). 发电机模型: 二、导体棒切割磁感线时的感应电动势 ①导体棒以v1向右运动，洛伦兹力F1什么方向？ ②正电荷向什么方向运动？ ③导体杆内所有自由电荷F2宏观表现什么力？ F1=qv1B，向上 正电荷除了向右运动，还要沿杆向上运动 受洛伦兹力 F2=qv2B，向左 × × × × B × × × × × × × × × × × × × × × × v1 F1=qv1B v2 F2=qv2B －－ ＋＋ ④F1、F2各做什么功？ F1做正功、F2做负功 洛伦兹力永远不做功 F洛 v 做功代数和为0. 安培力 F1等于电场力，F1做功等于电流做功；即电流做功与安培力做功之和为零；数值相等 二、电磁感应中的动量问题 考向1　动量定理在电磁感应中的应用 问题1：该过程中导体棒速度及所受安培力大小与时间关系会是怎样的？ v t 【例】如图所示，水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ，两导轨间距为L，导轨电阻均忽略不计。在M和P之间接有一阻值为R的定值电阻，导体杆ab质量为m、电阻也为R，并与导轨垂直且接触良好。整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中。现给ab杆一个水平向右的初速度v0， 最终ab杆停止在导轨上。 问题2：该过程中导体棒速度及所受安培力大小与位移关系会是怎样的？ O 二、电磁感应中的动量问题 问题1：该过程中导体棒速度及所受安培力大小与时间关系会是怎样的？ 动力学观点研究:导体杆运动过程中的速度、加速度变化规律是怎样的？ 加速度逐渐减小的减速运动！ v t O F安 t O L，R，m、R，B、v0， 二、电磁感应中的动量问题 问题2：该过程中导体棒速度及所受安培力大小与位移关系会是怎样的？ 动量观点研究:导体杆运动过程中合外力的冲量、动量的变化是怎样的？ 又： 联立解得： 以初速度为正方向： O O L，R，m、R，B、v0， 二、电磁感应中的动量问题 电磁感应中的动量定理 动量定理：合外力的冲量等于物体动量的变化量。 安培力冲量的表达式 ： 适用于电阻电路 q= C·∆U 适用于含容电路 归纳总结 ｛ 适用于单杆电阻电路 电荷量、位移、速度、安培力、时间等 二、电磁感应中的动量问题 电磁感应中的动量定理 动量定理：合外力的冲量等于物体动量的变化量。 安培力冲量的表达式 ： 适用于电阻电路 q= C·∆U 适用于含容电路 归纳总结 ｛ 适用于单杆电阻电路 课时对点练 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 v0 F $