人教版 (2019)选择性必修 第二册2 法拉第电磁感应定律课文内容ppt课件

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2．法拉第电磁感应定律
第3课时　电磁感应中的动力学及能量问题
题型一　电磁感应中的动力学问题1．导体中的感应电流在磁场中将受到安培力作用，所以电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理此类问题的基本方法：(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向。(2)用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(包括安培力)。(4)列动力学方程或平衡方程求解。
两种运动状态的处理思路：(1)达到稳定运动状态后，导体匀速运动，受力平衡，应根据平衡条件——合外力为零，列式分析平衡态。(2)导体达到稳定运动状态之前，往往做变加速运动，处于非平衡态，应根据牛顿第二定律或结合功能关系分析非平衡态。
典|例|剖|析 (2022·四川省绵阳高二月考)如图所示，足够长的平行光滑U形导轨倾斜放置，所在平面倾角θ＝37°，导轨间的距离L＝1.0 m，下端连接R＝1.6 Ω的电阻，导轨电阻不计，所在空间均存在磁感应强度B＝1.0 T，方向垂直于导轨平面的匀强磁场。质量m＝0.5 kg、电阻r＝0.4 Ω的金属棒ab垂直置于导轨上，现用沿轨道平面且垂直于金属棒、大小F＝5.0 N的恒力使金属棒ab从静止起沿导轨向上滑行，金属棒滑行一段距离后速度保持不变。求：(sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，g＝10 m/s2)
(1)金属棒匀速运动时的速度大小v；(2)当金属棒沿导轨向上滑行的速度v′＝2 m/s时，其加速度的大小a。
答案：(1)4 m/s　(2)2 m/s2
电磁感应中力学问题的解题技巧(1)受力分析时，要把立体图转换为平面图，同时标明电流方向及磁场B的方向，以便准确地画出安培力的方向。(2)要特别注意安培力的大小和方向都有可能变化，不像重力或其他力一样是恒力。(3)根据牛顿第二定律分析a的变化情况，以求出稳定状态的速度。(4)列出稳定状态下的受力平衡方程往往是解题的突破口。
(多选)如图所示，先后以速度v0和2v0把同一正方形闭合线圈匀速拉入有界匀强磁场区域的过程中，则在前后两种情况下(　 　)A．线圈中的感应电流之比为I1∶I2＝2∶1B．线圈所受安培力之比为F1∶F2＝1∶4C．线圈所受安培力之比为F1∶F2＝1∶2D．通过线圈横截面电荷量之比为q1∶q2＝1∶1
题型二　电磁感应中的能量问题1．电磁感应现象中的能量守恒电磁感应现象中的“阻碍”是能量守恒的具体体现，在这种“阻碍”的过程中，其他形式的能转化为电能。
3．求解电磁感应现象中能量问题的一般思路(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，必有内能产生；②有重力做功，重力势能必然发生变化；③克服安培力做功，必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能，如果安培力做正功，就是电能转化为其他形式的能。(3)列有关能量的关系式。
典|例|剖|析 (2022·广东高二阶段练习)如图所示，水平面上有两根相距0.5 m的足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ，它们的电阻可忽略不计，在M和P之间接有阻值为R＝2.5 Ω的定值电阻，导体棒ab长L＝0.5 m，其电阻为r＝0.5 Ω，质量m＝1 kg，导体棒放在金属导轨上且与导轨接触良好。整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B＝0.6 T。在水平外力的作用下，导体棒以v＝10 m/s的速度向右做匀速直线运动，g取10 m/s2。求：
(1)导体棒产生的感应电动势多大？并指出哪端电势高；(2)水平外力的大小；(3)某时刻将外力撤去，求从该时刻至导体棒停止的过程中，导体棒ab中产生的热量Q。
解析：(1)由法拉第电磁感应定律得E＝BLv＝0.6×0.5×10 V＝3 V根据右手定则可判断出，a端电势高。
电磁感应中焦耳热的计算技巧(1)电流恒定时，根据焦耳定律求解，即Q＝I2Rt。(2)感应电流变化，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。②利用能量守恒，即感应电流产生的焦耳热等于其他形式能量的减少，即Q＝ΔE其他。
(多选)如图所示电路，两根光滑金属导轨平行放置在倾角为θ的斜面上，导轨下端接有电阻R，导轨电阻不计，斜面处在竖直向上的匀强磁场中，电阻可忽略不计的金属棒ab质量为m，受到沿斜面向上且与金属棒垂直的恒力F的作用。金属棒沿导轨匀速向上滑动，则它在上滑高度h的过程中，以下说法正确的是(　 　)
A．作用在金属棒上各力的合力做功为零B．重力做的功等于系统产生的电能C．金属棒克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热D．恒力F做的功与安培力做的功之和等于金属棒增加的机械能解析：因为金属棒匀速运动，所以动能不变，根据动能定理可得合力做功为零，A正确。根据动能定理可得WF＋WG＋W安＝0，解得WF＋W安＝－WG，即克服重力做功等于外力与安培力做功之和，因为动能不变，所以恒力F做的功与安培力做的功之和等于金属棒增加的机械能，D正确。根据功能关系可知金属棒克服安培力做的功等于系统产生的电能，电能转化为电阻R上产生的焦耳热，B错，C正确。
1．(2022·山东高二期中)如图所示，MN和PQ是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计，ab是一根与导轨垂直且始终与导轨接触良好的金属杆，开始时，将开关S断开，让杆ab由静止开始自由下落，过段时间后，再将S闭合，若从S闭合开始计时，则金属杆ab的速度v随时间t变化的图像不可能是(　 　)
2．(多选)如图所示，光滑平行金属导轨间距d＝1 m，竖直四分之一圆弧部分与水平部分平滑连接，圆弧半径R＝1.8 m，导轨右端接有阻值R0＝6 Ω的定值电阻，导轨水平部分区域有垂直导轨向上的匀强磁场，磁感应强度大小B＝3 T，磁场区域长L＝2 m，导体棒ab从圆弧导轨顶部无初速度释放，导体棒ab质量m＝0.5 kg，接入回路部分电阻r＝3 Ω，导体棒与导轨始终接触良好，不计其他电阻，重力加速度g取10 m/s2，下列说法正确的是(　 　)
3．(多选)如图所示，水平面内固定有两根平行的光滑长直金属导轨，间距为L，电阻不计。整个装置处于两个磁感应强度大小均为B、方向相反的竖直匀强磁场中，虚线为两磁场的分界线。质量均为m的两根相同导体棒MN、PQ静置于如图所示的导轨上(两棒始终与导轨垂直且接触良好)。现使MN棒获得一个大小为v0，方向水平向左的初速度，则在此后的整个运动过程中(　 　)
4．如图所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在竖直平面内，两导轨间的距离为L＝1 m，导轨间连接的定值电阻R＝3 Ω，导轨上放一质量为m＝0.1 kg的金属杆ab，金属杆始终与导轨垂直且接触良好，导轨间金属杆的电阻r＝1 Ω，其余电阻不计，整个装置处于磁感应强度为B＝1 T的匀强磁场中，磁场的方向垂直导轨平面向里，重力加速度g取10 m/s2。现让金属杆从MP下方某一水平位置由静止释放，忽略空气阻力的影响。
(1)求金属杆的最大速度；(2)若从金属杆开始下落到刚好达到最大速度的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q＝0.9 J，求此过程通过电阻R的电荷量。答案：(1)4 m/s　(2)0.5 C