25-26学年物理(人教版)选择性必修二课件：第2章 专题8 电磁感应中的动力学和能量问题

专题提升八　电磁感应中的动力学和能量问题第二章　电磁感应1.掌握电磁感应中动力学问题的分析方法,建立解决电磁感应中动力学问题的思维模型。2.理解电磁感应现象中的能量转化,会用动能定理、能量守恒定律分析有关问题。学习目标目 录CONTENTS随堂对点自测02提升1提升2　电磁感应中的能量问题提升1　电磁感应中的动力学问题提升1　电磁感应中的动力学问题由于导体的感应电流在磁场中受到安培力作用,而安培力又会改变导体的运动状况,所以电磁感应常与力学知识联系在一起。1.电磁感应问题中电学对象与力学对象的相互制约关系2.两种状态(1)导体处于平衡状态——静止或匀速直线运动状态。处理方法:根据平衡条件(合力等于零)列式求解。(2)导体处于非平衡状态——加速度不为零。处理方法:根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系进行分析。 (1)金属棒中电流的方向;解析　由楞次定律可以判断,金属棒中的电流方向由a到d。答案　由a到d(2)感应电动势的大小;(3)物体刚好离开地面的时间。 答案　　(2)0.08 V　(3)5 s电磁感应中动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。(2)准确地找出临界条件。(3)列出稳定状态下的受力平衡方程。角度2　电磁感应中的动力学问题例2 (2025·河南南阳高二期末)如图所示,两根足够长的电阻不计的光滑平行金属导轨固定在水平面内,两导轨间的距离为L=1 m,之间接有阻值为R=1.5 Ω的定值电阻。一根质量为m=2 kg的均匀金属棒ab放在导轨上,与两导轨垂直且保持良好接触,ab在导轨间的电阻为r=0.5 Ω,整个装置放在磁感应强度为B=1 T的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下。现对金属棒ab施加水平向右的恒力F=1 N,使之由静止开始运动。求:(1)金属棒ab中电流的方向及最大速度vm; 答案　从b到a　2 m/s ACD训练1 (多选)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。金属导轨处在磁场方向与纸面垂直的匀强磁场中,ab是一根与导轨垂直而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,一段时间后,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变化的图像可能是( 　　) 提升2　电磁感应中的能量问题　　　如图所示,用丝线把闭合金属环悬挂于点O,图中虚线的左边有匀强磁场,右边则没有磁场,用手拨动金属环,使悬线偏离竖直位置,放手后,金属环摆动,但金属环的摆动会很快停下来。试从能量转化角度解释这一现象。若整个空间都有向外的匀强磁场,还会有这种现象吗?提示　金属环进出磁场的过程中产生感应电流,环中会有电热产生,部分机械能转化为内能,故金属环摆动几次便停下来。若整个空间都有向外的匀强磁场,则金属环中无感应电流产生,机械能守恒,金属环会一直摆动(不考虑空气阻力)。1.电磁感应现象中的能量转化2.焦耳热Q的计算方法及适用条件(1)焦耳定律:Q=I2Rt,适用于电流恒定的电磁感应问题。(2)功能关系:对于纯电阻电路,克服安培力所做的功等于焦耳热Q。即Q=W克安。(3)能量转化:Q等于其他能的减少量,适用于所有电磁感应问题。例3 (2025·四川成都高二期末)如图所示,足够长的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上,间距L=1 m,导轨左端并联接入定值电阻R1、R2 ,阻值均为2 Ω,空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小B=2 T。质量m=1 kg,电阻r=1 Ω的金属棒PQ在F=4 N的水平恒力作用下由静止开始运动,经过x=5 m达到稳定状态。导轨电阻不计,金属棒PQ始终与导轨垂直并保持良好接触。求:(1)金属棒PQ达到稳定时的速度大小v;  答案　2 m/s(2)金属棒PQ从静止到达到稳定的过程①金属棒产生的热量Q;②通过电阻R1的电荷量q。  答案　①9 J　②2.5 C训练2 (2025·四川成都高二期中)如图为相距L的光滑平行导轨,圆弧部分竖直放置,平直部分固定于水平地面上,矩形MNPQ区域内(MQ足够长)存在方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场,导轨右端连接定值电阻R。一质量为m、长为L、电阻为r的金属棒ab从圆弧轨道上高h处由静止释放。金属棒ab与导轨始终接触良好,不计导轨电阻,重力加速度大小为g。从金属棒ab开始运动到停止运动的过程中,下列说法正确的是(　　)  随堂对点自测2B1.(电磁感应中的动力学问题)如图所示,匀强磁场存在于虚线框内,矩形线圈竖直下落,如果线圈受到的磁场力总小于其重力,则它在1、2、3、4位置时的加速度关系为(　　)A.a1>a2>a3>a4B.a1=a3>a2>a4C.a1=a3>a4>a2D.a4=a2>a3>a1 2.(电磁感应中的能量问题)(2025·广东东莞高二月考)如图所示,相距L=40 cm的两光滑平行金属导轨MN、PQ竖直放置,在M、P两点间接一阻值为R=0.5 Ω的电阻,在两导轨间的矩形区域OO1O1'O'内有垂直导轨平面向里、宽为d=0.7 m的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T。一质量m=20 g、电阻r=0.1 Ω的导体棒ab垂直的搁在导轨上,与磁场的上边界相距d0=0.8 m。现使ab棒由静止开始释放,棒ab在离开磁场前已做匀速直线运动(棒ab与导轨始终保持良好接触且下落过程中始终保持水平),导轨电阻不计。g取10 m/s2,求:  课后巩固训练3A题组一　电磁感应中的动力学问题1.(2025·四川广安月考)如图所示,宽为L的金属导轨竖直放置,上端接有一阻值为R的电阻,导轨上有一质量为m、电阻也为R的金属棒,与导轨始终接触良好且无摩擦,且保持水平。垂直于导轨平面向里的匀强磁场,磁感应强度为B。不计导轨的电阻,重力加速度为g。将金属棒由静止释放,当运动达到稳定时,其速度大小为(　　)基础对点练 D2.如图所示,两根平行金属导轨置于水平面内,导体之间接有电阻R。金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度随时间均匀减小,ab始终保持静止,下列说法正确的是(　　)A.ab中的感应电流方向由b到aB.ab中的感应电流逐渐减小C.ab所受的安培力保持不变D.ab所受的静摩擦力逐渐减小 BD3.(多选)如图所示,在垂直纸面向里的有理想边界的匀强磁场上方,有三个大小相同的、用相同的金属材料制成的正方形线框,线框平面与磁场方向垂直,A线框有一个缺口,B、C线框都闭合,但B线框导线的横截面积比C线框大,现将三个线框从同一高度由静止开始同时释放,关于它们的落地时间,下列说法正确的是(　　)A.三个线框同时落地B.三个线框中,A线框最早落地C.B线框在C线框之后落地D.B线框和C线框在A线框之后同时落地 B4.(2025·湖北襄阳高二期中)如图所示,足够长的“U”形光滑金属导轨平面与水平面成θ角(0