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课件网) 课时3 电磁感应中的动力学问题、能量问题 基础梳理 一、电磁感应现象中的动力学问题 1.安培力的大小 BIl BIv 2.安培力的方向 (1)先用 判定感应电流方向,再用 判定安培力方向。 (2)根据楞次定律,安培力的方向一定和导体切割磁感线运动方向 。 右手定则 左手定则 相反 二、电磁感应中的能量转化 1.过程分析 (1)电磁感应现象中产生感应电流的过程,实质上是能量的转化过程。 (2)感应电流在磁场中受安培力,若克服安培力做功,则 的能转化为 能;若安培力做正功,则电能转化为其他形式的能。 (3)当感应电流通过用电器时, 能转化为 的能。 2.安培力做功和电能变化的对应关系 “外力”克服安培力做多少功,就有多少其他形式的能转化为电能;安培力做多少功,就有多少电能转化为其他形式的能。 其他形式 电 电 其他形式 考点一 电磁感应中的动力学问题分析 电磁感应中通过导体的感应电流,在磁场中将受到安培力的作用,因此,电磁感应问题往往和力学、运动学等问题联系在一起。 (1)导体两种状态及处理方法 ①导体的平衡态———静止状态或匀速直线运动状态。 处理方法:根据平衡条件合外力为零列式分析。 ②导体的非平衡态———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分析。 夯实考点 ③然后是“力”的分析———分析研究对象(常是金属杆、导体线圈等)的受力情况,尤其注意其所受的安培力;F合=ma。 ④接着进行“运动”状态的分析———根据力和运动的关系,判断出正确的运动模型。由于安培力是变力,导体棒做变加速或变减速运动,当加速度为零时,达到稳定状态,最后做匀速直线运动,根据共点力平衡条件列平衡方程:F合=0 (3)电磁感应中动力学问题的两类常见模型 [典例1] 如图甲,两相距L=0.5 m的平行金属导轨固定于水平面上,导轨左端与阻值R=2 Ω的电阻连接,导轨间虚线右侧存在垂直导轨平面的匀强磁场。质量m=0.2 kg的金属杆垂直置于导轨上,与导轨接触良好,导轨与金属杆的电阻可忽略。杆在水平向右的恒定拉力作用下由静止开始运动,并始终与导轨垂直,其v-t图象如图乙所示。在15 s末撤去拉力,同时使磁场随时间变化,从而保持杆中电流为0。求: (1)金属杆所受拉力的大小F。 答案:(1)0.24 N (2)0～15 s内匀强磁场的磁感应强度大小B0。 答案:(2)0.4 T (3)15～20 s内磁感应强度随时间的变化规律。 变式1:如图所示,MN,PQ为水平面内平行放置的光滑金属长直导轨,间距为L1,处在竖直向下、磁感应强度大小为B1的匀强磁场中,一导体杆ef垂直于MN,PQ放在导轨上,在外力作用下向左做匀速直线运动。质量为m、每边电阻均为r、边长为L2的正方形金属框abcd置于竖直平面内,两顶点a,b通过细导线与导轨相连,磁感应强度大小为B2的匀强磁场垂直金属框向里,金属框恰好处于静止状态,不计其余电阻和细导线对a,b点的作用力。 (1)通过ab边的电流Iab是多大? (2)导体杆ef的运动速度v是多大? 考点二 电磁感应中的能量问题分析 1.电磁感应中的能量转化 闭合电路的部分导体做切割磁感线运动产生感应电流,感应电流在磁场中受安培力。外力克服安培力做功,将其他形式的能转化为电能,感应电流通过电阻发热,使电能转化为其他形式的能。 2.实质 电磁感应现象的能量转化,实质是其他形式的能和电能之间的转化。 3.用能量观点解决电磁感应问题的基本思路 [典例2] 如图所示,虚线框a′b′c′d′内为一矩形匀强磁场区域,磁场方向垂直于纸面,实线框abcd是一长方形导线框,ab=2bc,a′b′边与ab平行,若将导线框匀速地拉离磁场区域,以W1表示沿平行于ab的方向拉出过程中外力所做的功,W2表示以同样速率沿平行于bc的方向拉出过程中外力所做的功,则( ) A.W1=W2 B.W2=2W1 C.W1=2W2 D.W2=4W1 答案:B 变式2:小明 ... ...
