物理必修27.动能和动能定理复习ppt课件

这是一份物理必修27.动能和动能定理复习ppt课件，共23页。PPT课件主要包含了含容电路，图象问题，收尾速度问题，“双杆”滑轨问题等内容，欢迎下载使用。

一、电磁感应与电路规律结合的一般问题
例１．两条光滑平行金属导轨间距d=0.6m，导轨两端分别接有R1=10Ω，R2=2.5Ω的电阻，磁感应强度B=0.2T的匀强磁场垂直于轨道平面向纸外，如图所示，导轨上有一根电阻为1.0Ω的导体杆MN当MN杆以v=5.0m/s的速度沿导轨向左滑动时，(1)MN杆产生的感应电动势大小为多少，哪一端电势较高？(2)用电压表测MN两点间电压时，电表的示数为多少？(3)通过电阻R1的电流为多少？通过电阻R２的电流为多少？(4)杆所受的安培力的大小为多少？方向怎样？
例2．如图两个电阻器的阻值分别为Ｒ与２Ｒ，其余电阻不计，电容器电容量为Ｃ．匀强磁场磁感应的大小为Ｂ，方向垂直纸面向里．金属棒ab,cd的长度均为Ｌ．当棒以速度v向左切割磁感线运动，金属棒cd以速度2v向右切割磁感线运动时，电容Ｃ的电量为多大？哪一个极板带正电？
动态分析(1)受力情况分析(安培力是一个变力) (2) 运动情况的分析
例4. 水平放置于匀强磁场中的光滑导轨上，有一根导体棒ab，用恒力F作用在ab上，由静止开始运动，回路总电阻为R，分析ab 的运动情况，并求ab的最大速度。
分析：ab 在F作用下向右加速运动，切割磁感应线，产生感应电流，感应电流又受到磁场的作用力f，画出受力图：
a=(F-f)/m v E=BLv I= E/R f=BIL
最后，当f=F 时，a=0，速度达到最大，
F=f=BIL=B2 L2 vm /R
vm=FR / B2 L2
又解：匀速运动时，拉力所做的功使机械能转化为电阻R上的内能。
F vm=I2 R= B2 L2 vm2/ R vm=FR / B2 L2
练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)开始下滑的加速度为 多少?(2)框内感应电流的方向怎样？(3)金属杆下滑的最大速度是多少?(4)从开始下滑到达到最大速度过程中重力势能转化为什么能量
开始PQ受力为mg,
PQ向下加速运动,产生感应电流,方向顺时针,受到向上的磁场力F作用。
达最大速度时, F=BIL=B2 L2 vm /R =mg
∴vm=mgR / B2 L2
由能量守恒定律,重力做功减小的重力势能转化为使PQ加速增大的动能和热能
如图所示,AB、CD是两根足够长的固定平行金属导轨,两导轨间的距离为L,导轨平面与水平面的夹角是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AC端连接一个阻值为R的电阻.一根垂直于导轨放置的金属棒ab,质量为m,从静止开始沿导轨下滑,求ab棒的最大速度. 要求画出ab棒的受力图.已知ab与导轨间的滑动摩擦系数μ,导轨和金属棒的电阻都不计.
画出ab棒的截面受力图：
N=mgcsθ f=μN= μ mgcsθ
开始时，ab在mg 和f 的作用下加速运动，v 增大，
切割磁感应线产生感应电流I，
感应电流I又受到磁场的作用力F，
合力减小，加速度a 减小，速度v 增大，I 和 F 增大
当 F+f=mgsinθ时ab棒以最大速度v m 做匀速运动
F=BIL=B2 L2 vm /R = mgsinθ- μ mgcsθ
vm= mg (sinθ- μ csθ)R/ B2 L2
练3.如图所示，竖直平行导轨间距l=20cm，导轨顶端接有一电键K。导体棒ab与导轨接触良好且无摩擦，ab的电阻R=0.4Ω，质量m=10g，导轨的电阻不计，整个装置处在与轨道平面垂直的匀强磁场中，磁感强度B=1T。当ab棒由静止释放0.8s 后，突然接通电键，不计空气阻力，设导轨足够长。求ab棒的最大速度和最终速度的大小。（g取10m/s2）
ab 棒由静止开始自由下落0.8s时速度大小为
则闭合K瞬间，导体棒中产生的感应电流大小
ab棒受重力mg=0.1N, 安培力F=BIL=0.8N.
因为F＞mg，ab棒加速度向上，开始做减速运动，
产生的感应电流和受到的安培力逐渐减小，
当安培力 F′=mg时，开始做匀速直线运动。
此时满足B2l2 vm /R =mg
vm = mgR/B2l2 = 1m/s。
闭合电键时速度最大为8m/s。
t=0.8sl=20cmR=0.4Ωm=10gB=1T
分析两杆的运动情况和受力情况分析物理情景灵活选择运动规律
例5. 光滑平行导轨上有两根质量均为m，电阻均为R的导体棒1、2，给导体棒1以初速度 v 运动， 分析它们的运动情况，并求它们的最终速度。….
对棒1，切割磁感应线产生感应电流I，I又受到磁场的作用力F
对棒2，在F作用下，做加速运动，产生感应电动势，总电动势减小
a2 =F/m v2 E2=BLv2 I=(E1-E2) /2R F=BIL
当E1=E2时，I=0，F=0,两棒以共同速度匀速运动，vt =1/2 v
由楞次定律，感应电流的效果总要阻碍产生感应 电流的原因，1棒向右运动时， 2棒也要向右运动。
杆1做变减速运动，杆2做变加速运动，稳定时，两杆的加速度为0，当两棒相对静止时，没有感应电流，也不受磁场力作用，以共同速度匀速运动。
mv=(m+m)vt 共同速度为vt =1/2 v
它们的速度图象如图示：
如图，在水平面上有两条平行导电导轨MN、PQ,导轨间距离为l，匀强磁场垂直于导轨所在的平面（纸面）向里，磁感应强度的大小为B，两根金属杆1、2摆在导轨上，与导轨垂直，它们的质量和电阻分别为m1、m2和R1 、 R2,两杆与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数为μ，已知：杆1被外力拖动，以恒定的速度v0沿导轨运动；达到稳定状态时，杆2也以恒定速度沿导轨运动，导轨的电阻可忽略，求此时杆2克服摩擦力做功的功率。
设杆2的运动速度为v，由于两杆运动时，两杆间和导轨构成的回路中的磁通量发生变化，产生感应电动势
杆2作匀速运动,它受到的安培力等于它受到的摩擦力,
导体杆2克服摩擦力做功的功率
以F表示拖动杆1的外力，以I表示由杆1、杆2和导轨构成的回路中的电流，达到稳定时，
对杆1有 F-μm1 g-BI l=0 …… ⑴
对杆2有 BI l –μm2 g=0 …… ⑵
外力F的功率 PF=Fv0 …… ⑶
以P表示杆2克服摩擦力做功的功率，则有
由以上各式得
练4．如图所示,两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L,导轨平面与水平面夹角α＝30°,导轨电阻不计。磁感应强度为B的匀强磁场垂直导轨平面向上,两根长为L的完全相同的金属棒ab、cd垂直于MN、PQ放置在导轨上,且与导轨电接触良好,每根棒的质量为m、电阻为R．现对ab施加平行导轨向上的恒力F，当ab向上做匀速直线运动时，cd保持静止状态．（1）求力F的大小及ab运动的速度大小；（2）若施加在ab上力的大小变为2mg，方向不变，经过一段时间后ab、cd以相同的加速度沿导轨向上加速运动，求此时ab棒和cd棒的速度差(Δv＝vab-vcd)．
(1)ab棒所受合外力为零 F-Fab-mgsinα=0 ①
cd棒合外力为零 Fcd-mgsinα=0 ②
解得： F=2mgsinα=mg ④
（2）当ab、cd以共同加速度a 运动时，运用整体法 由牛顿定律得到
2mg - 2mgsinα=2ma ⑥
以b棒为研究对象有 BIL- mgsinα=ma ⑦
I=E／2R ⑨
如图所示,在磁感应强度大小为B、方向垂直向上的匀强磁场中,有一上、下两层均与水平面平行的“U”型光滑金属导轨,在导轨面上各放一根完全相同的质量为m的匀质金属杆A1和A2,开始时两根金属杆位于同一竖直面内且杆与轨道垂直。设两导轨面相距为H，导轨宽为L,导轨足够长且电阻不计,金属杆单位长度的电阻为r。现有一质量为m/2的不带电小球以水平向右的速度v0撞击杆A1的中点,撞击后小球反弹落到下层面上的C点。C点与杆A2初始位置相距为S。求:（1）回路内感应电流的最大值；（2）整个运动过程中感应电流最多产生了多少热量；（3）当杆A2与杆A1的速度比为1:3时，A2受到的安培力大小。
（1）小球与杆A1碰撞过程动量守恒，之后小球作平抛运动。设小球碰撞后速度大小为v1，杆A1获得速度大小为v2 ，则
S=v1 t H=1/2 gt2 ②
杆在磁场中运动，其最大电动势为 E1=BLv2 ④
（2）两金属杆在磁场中运动始终满足动量守恒，两杆最终速度相等，设为v′ mv2 =2mv′ ⑥
（3）设杆A2和A1的速度大小分别为 v和3v,
mv2 =mv+3mv v= v2/4 ⑨
由法拉第电磁感应定律得：E2=BL(3v - v) ⑩
安培力 F=BIL