4.5.3 电磁感应中的动力学及能量问题—2020-2021学年人教版高中物理选修3-2学案（Word含答案）

电磁感应中的动力学及能量问题 一、电磁感应中的动力学问题 1．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是： (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)用闭合电路欧姆定律求回路中感应电流的大小和方向． (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． 2．两种状态处理 (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———合力等于零列式分析． (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分析． 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，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． 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． 二、电磁感应中的能量问题 1．电磁感应中能量的转化 电磁感应过程的实质是不同形式的能量相互转化的过程，其能量转化方式为： 2．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． 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W安，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量． 1．如图所示，在一匀强磁场中有一U形导线框abcd，线框处于水平面内，磁场与线框平面垂直，R为一电阻，ef为垂直于ab的一根导体杆，它可在ab、cd上无摩擦地滑动．杆ef及线框中导线的电阻都可忽略不计．开始时，给ef一个向右的初速度，则(　　) A．ef将减速向右运动，但不是匀减速 B．ef将匀减速向右运动，最后停止 C．ef将匀速向右运动 D．ef将往返运动 2．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变化的图象不可能是下图中的(　　) 3．(多选)如图所示，两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角为θ的斜面上，导轨的左端接有电阻R，导轨自身的电阻可忽略不计．斜面处在一匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上．质量为m、电阻可以忽略不计的金属棒ab，在沿着斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑，且上升的高度为h，在这一过程中 (　　) A．作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于零 B．作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻R上产生的焦耳热之和 C．恒力F与安培力的合力所做的功等于零 D．恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热 4．如图所示，质量为m的金属环用不可伸长的细线悬挂起来，金属环有一半处于水平且与环面垂直的匀强磁场中，从某时刻开始，磁感应强度均匀减小，则在磁感应强度均匀减小的过程中，关于线的拉力大小，下列说法中正确的是(　　) A．大于环重力mg，并逐渐减小 B．始终等于环重力mg C．小于环重力mg，并保持恒定 D．大于环重力mg，并保持恒定 5．如图所示，在光滑水平桌面上有一边长为L、 ... ...