专题课：电磁感应中的动力学和能量问题 课件 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“电磁感应中的动力学和能量问题”专题，依据高考评价体系梳理了安培力与速度关系推导、动态运动分析、能量转化关系及焦耳热计算等核心考点，通过典型例题明确动力学与能量结合题型占比达60%以上的高频考点分布，构建了“源-路-力-运动”的完整解题体系。 课件亮点在于“问题链驱动+科学思维建模”的备考策略，如以导体棒匀加速运动撤去外力问题为载体，运用科学推理和能量观念，总结动力学四步分析及焦耳热三种计算方法，培养学生模型建构能力。特设“易错点警示”和“高考真题变式训练”，助力学生掌握解题技巧，教师可据此精准突破高频考点，实现高效复习。

新课导入 专题课:电磁感应中的动力学和能量问题 学习任务一　电磁感应中的动力学问题 [科学推理]如图所示,一对足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ放置在水平面上,两导轨间距为L,一端连接阻值为R的电阻.有一电阻为r的导体棒静止地放置在导轨上,与两导轨垂直且接触良好,导体棒的质量为m,导轨的电阻可忽略不计,整个装置处于垂直于导轨向下的匀强磁场中,磁感应强度大小为B.现用一水平恒力F沿导轨方向向右拉导体棒使其开始运动.回答下列问题: (1)试推导导体棒受到的安培力大小与其速度大小v的关系式. 学习任务一 [答案] 导体棒切割磁感线,产生的感应电动势E=BLv,由闭合电路欧姆定律得I=,导体棒受到的安培力大小F安=BIL,联立可得F安=. [科学推理]如图所示,一对足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ放置在水平面上,两导轨间距为L,一端连接阻值为R的电阻.有一电阻为r的导体棒静止地放置在导轨上,与两导轨垂直且接触良好,导体棒的质量为m,导轨的电阻可忽略不计,整个装置处于垂直于导轨向下的匀强磁场中,磁感应强度大小为B.现用一水平恒力F沿导轨方向向右拉导体棒使其开始运动.回答下列问题: (2)试分析导体棒运动过程中加速度和速度的变化情况. 学习任务一 [答案] 导体棒运动过程中,在水平方向上受到拉力F、安培力F安的 作用,根据牛顿第二定律得F-F安=ma,即F-=ma,由上式可 以看出,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,所以导体棒运动过程中的加速度越来越小,最后为0,而速度越来越大,达到最大值后保持速度不变做匀速直线运动. 例1 如图所示,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间距l=0.5 m,左端接有阻值R=0.3 Ω的电阻.一质量m=0.1 kg、电阻r=0.1 Ω的金属棒MN放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.4 T.棒在水平向右的外力作用下由静止开始以a=2 m/s2的加速度做匀加速运动,在棒的位移x=9 m时撤去外力,棒继续运动一段距离后停下来.已知撤去外力前、后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2=2∶1,导轨足够长且电阻不计,棒在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好.求: (1)求导体棒所能达到的最大速度; 学习任务二 [答案] 10 m/s 学习任务一 [解析] 导体棒切割磁感线,产生的感应电动势E=BLv，由闭合电路欧姆定律得I=，导体棒受到的安培力F安=ILB 导体棒运动过程中在水平方向上受到拉力F、安培力F安和摩擦力Ff的作用,根据牛顿第二定律得F-μmg-F安=ma，联立得F-μmg-=ma 由上式可以看出,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，此时有F-μmg-=0，可得vm==10 m/s. 例1 如图所示,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间距l=0.5 m,左端接有阻值R=0.3 Ω的电阻.一质量m=0.1 kg、电阻r=0.1 Ω的金属棒MN放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.4 T.棒在水平向右的外力作用下由静止开始以a=2 m/s2的加速度做匀加速运动,在棒的位移x=9 m时撤去外力,棒继续运动一段距离后停下来.已知撤去外力前、后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2=2∶1,导轨足够长且电阻不计,棒在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好.求: (2)试定性画出导体棒的速度—时间图像. 学习任务一 [答案] 如图所示 1.求解电磁感应中的动力学问题的基本策略 学习任务一 2.电磁感应中的动力学问题的动态分析思路 电磁感应现象中涉及的具有收尾速度的力学问题中,关键要抓好受力情况和运动情况的动态分析.周而复始地循环,加速度等于零时,导体达到稳定运动状态. 学习任务一 学习任务二　电磁感应中的能量问题 [科学思维]如图所示,光滑平行长直金属导轨固定在同一水平面内,处于竖直向下的匀强磁场中,两导轨间的距离为L,导轨左端接有定值电阻R.长度为L的导体棒MN垂直放置在导轨上,以初速度v0向右开始运动,运动过程中与导轨垂直且接触良好.已知导体棒MN的电阻为r,质量为m,导轨电阻不计. (1)定性分析并描述导体棒MN的运动情况; 学习任务二 [答案] 导体棒受到向左的安培力而做减速运动,根据F安==ma,可知随着速度的减小,安培力逐渐减小,导体棒做加速度不断减小的减速运动,最后静止在导轨上 [科学思维]如图所示,光滑平行长直金属导轨固定在同一水平面内,处于竖直向下的匀强磁场中,两导轨间的距离为L,导轨左端接有定值电阻R.长度为L的导体棒MN垂直放置在导轨上,以初速度v0向右开始运动,运动过程中与导轨垂直且接触良好.已知导体棒MN的电阻为r,质量为m,导轨电阻不计. (2)从做功和能量角度分析导体棒运动过程中的能量转化关系,并求出导体棒整个运动过程中回路产生的焦耳热Q. 学习任务二 [答案] 安培力做负功,导体棒的动能转化为电能,电流做功又把电能转化为焦耳热. 方法一:根据能量守恒定律得导体棒运动过程中产生的焦耳热为Q=m. 方法二:根据动能定理得-W克安=0-m,则Q=W克安=m. 10 例2 如图所示,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间距l=0.5 m,左端接有阻值R=0.3 Ω的电阻.一质量m=0.1 kg、电阻r=0.1 Ω的金属棒MN放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.4 T.棒在水平向右的外力作用下由静止开始以a=2 m/s2的加速度做匀加速运动,在棒的位移x=9 m时撤去外力,棒继续运动一段距离后停下来.已知撤去外力前、后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2=2∶1,导轨足够长且电阻不计,棒在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好.求: (1)撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2; 学习任务二 [答案] 1.8 J 学习任务二 [解析] 设撤去外力时棒的速度为v, 由运动学公式得v2=2ax 设在撤去外力后安培力做功为W安, 由动能定理得W安=0-mv2 撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2=-W安 联立解得Q2=1.8 J. 例2 如图所示,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间距l=0.5 m,左端接有阻值R=0.3 Ω的电阻.一质量m=0.1 kg、电阻r=0.1 Ω的金属棒MN放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.4 T.棒在水平向右的外力作用下由静止开始以a=2 m/s2的加速度做匀加速运动,在棒的位移x=9 m时撤去外力,棒继续运动一段距离后停下来.已知撤去外力前、后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2=2∶1,导轨足够长且电阻不计,棒在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好.求: (2)外力做的功W. 学习任务二 [答案] 5.4 J 学习任务二 [解析] 由题意知,撤去外力前、后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2=2∶1,可得Q1=3.6 J 在棒运动的整个过程中,由功能关系知W=Q1+Q2=5.4 J. 变式2 [2023·萧山中学月考] 如图所示,边长为L的正方形abcd导线框质量为m,线框由距匀强磁场H高处自由下落,其下边ab进入磁场后,线框开始做减速运动,abcd平面始终垂直于磁场,且ab始终平行于磁场上边界,直到其上边dc刚刚穿出磁场时,速度减为ab刚进入磁场时的一半,磁场的宽度也为L,重力加速度为g,则线框穿越匀强磁场过程中产生的焦耳热为(　) A.2mgL B.2mgL+mgH C.2mgL+mgH D.2mgL+mgH 学习任务二 C [解析] 设线框进入磁场时的速度为v1,刚穿出磁场时的速度v2=,由题意得m=mgH,线框自开始进入磁场到完全穿出磁场共下落高度为2L,由能量守恒定律得m+mg·2L=m+Q,联立解得Q=2mgL+mgH,C正确. 学习任务二 1.电磁感应中的能量转化 学习任务二 2.电磁感应中常见的功能关系 学习任务二 做功情况 能量转化 滑动摩擦力做功 有内能产生 重力做功 重力势能变化 克服安培力做功 有其他形式的能转化为电能,克服安培力做多少功,就转化为多少电能 安培力做正功 电能转化为其他形式的能 3.求解焦耳热Q的三种方法 学习任务二 $