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1、电磁感应中的力与能量问题.1第1页，共19页，编辑于2022年，星期日考纲要求考纲要求53电磁感应现象电磁感应现象54感应电流的产生条件感应电流的产生条件55法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 楞次定律楞次定律限于限于导线导线方向与磁方向与磁场场方向、运方向、运动动方向垂直的情况；有关反方向垂直的情况；有关反电电动势动势的的计计算不作要求算不作要求 56互感互感 自感自感2第2页，共19页，编辑于2022年，星期日 楞次定律 感应电流具有这样的方向，总要阻碍引起感应电流的 。右手定则导体切割磁感线感应电流的磁场感应电流的磁场 磁通量的变化磁通量的变化 电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的
2、磁通量的变化率成正比,即E=n（/t）一、知识回顾：磁场变化引起：E=n（/t）S导体切割磁感线引起：E=Blvsin1、感应电流的方向 2、法拉第电磁感应定律3第3页，共19页，编辑于2022年，星期日2010年年2009年年2008年年感感应电应电流流的的产产生和生和方向方向山山东东卷卷21浙江卷浙江卷17，宁夏卷，宁夏卷19宁夏卷宁夏卷16，海南卷，海南卷10电电磁感磁感应应定律、自定律、自感感广广东东卷卷16，全国卷，全国卷17，江苏卷江苏卷2 2，上海上海卷卷19，江苏卷江苏卷4 4，北京，北京卷卷19，湖南卷，湖南卷21等等重重庆庆卷卷20，山，山东东卷卷21，安徽卷安徽卷20等等
3、江苏卷江苏卷8 8，广东卷，广东卷18，上海卷上海卷10，北京卷，北京卷22等等电电磁感磁感应应综综合合全国卷全国卷18，安徽卷，安徽卷20，福建卷，福建卷21，四川，四川卷卷20，天津卷，天津卷11，江江苏卷苏卷1313，重，重庆庆卷卷23，上海卷上海卷32等等天津卷天津卷4，江苏卷江苏卷1515，广广东东卷卷18，福建卷，福建卷18，上海卷上海卷24，全国卷，全国卷24，北京卷，北京卷23等等全国卷全国卷22，上海卷上海卷24，山，山东东卷卷22，江苏江苏卷卷14144第4页，共19页，编辑于2022年，星期日E IF安a vF合电磁学规律电磁学规律力学规律力学规律 电磁学中的有关规律，如
4、楞次定律、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、左手定则、右手定则、安培力的计算公式等力学中的有关规律，如物体的平衡条件、牛顿运动定律、功与功率的概念、动能定理、能量守恒定律等二、基本思路“法法”“欧欧”“安安”“楞楞”“牛牛”5第5页，共19页，编辑于2022年，星期日水平面上两根足够长的金属导轨MNPQ平行固定放置，间距为l，一端通过导线与阻值为R的电阻连接；导轨上放一质量为m、电阻为r的金属棒ab，整个装置处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道平面向下，如图所示。金属棒ab始终与导轨接触良好且垂直，不计导轨电阻及一切摩擦。开始时磁感强度为开始时磁感强度为B0 0，且且Mab
5、P构成边长为构成边长为l的正方形。的正方形。若从若从t=0=0时刻起，磁感强度均匀增加，每秒增量为时刻起，磁感强度均匀增加，每秒增量为k（k 0），若保持棒静止，求，若保持棒静止，求t=t1 1秒时需加的垂直于棒的水平秒时需加的垂直于棒的水平拉力为多大？拉力为多大？6第6页，共19页，编辑于2022年，星期日开始时磁感强度为开始时磁感强度为B0 0，且且MabP构成边长为构成边长为l的正方形。的正方形。若从若从t=0=0时刻起，磁感强度均匀增加，每秒增量为时刻起，磁感强度均匀增加，每秒增量为k（k 0），若保持棒静止，若保持棒静止，求求t=t1 1秒末时需加的垂直于棒的秒末时需加的垂直于棒的水
6、平拉力为多大？水平拉力为多大？感应电动势t=t1秒时，感应电流由平衡条件：FAFRrlmB7第7页，共19页，编辑于2022年，星期日现用一现用一恒力恒力F沿轨道方向拉金属棒沿轨道方向拉金属棒ab，使之由静止沿导，使之由静止沿导轨向右做直线运动。求：轨向右做直线运动。求：金属棒金属棒ab达到的稳定速度达到的稳定速度v1为多大？为多大？当金属棒当金属棒ab沿导轨运动距离为沿导轨运动距离为s时获得稳定速度，此过程时获得稳定速度，此过程电阻电阻R上产生焦耳热上产生焦耳热Q1为多大？为多大？由静止运动距离由静止运动距离s的过程中流过金属棒的过程中流过金属棒ab的电量的电量q1为多为多大？大？RrlmB
7、Rrlm8第8页，共19页，编辑于2022年，星期日FA棒的速度稳定时，对棒由平衡条件得：棒的速度稳定时，对棒由平衡条件得：现现用用一一恒恒力力F沿沿轨轨道道方方向向拉拉金金属属棒棒ab，使使之之由由静静止止沿沿导导轨向右做直线运动。求：轨向右做直线运动。求：金属棒ab达到的稳定速度v1为多大？静止静止匀速直线运动匀速直线运动匀加速（匀减速）直线运动匀加速（匀减速）直线运动小结：中学阶段常见的几种稳定状态有：小结：中学阶段常见的几种稳定状态有：；。vtv1t1RrlmB9第9页，共19页，编辑于2022年，星期日对棒由静止达对棒由静止达v1过程中列动能定理过程中列动能定理：现现用用一一恒恒力力
8、F沿沿轨轨道道方方向向拉拉金金属属棒棒ab，使使之之由由静静止止沿沿导导轨向右做直线运动。求：轨向右做直线运动。求：当当金金属属棒棒ab沿沿导导轨轨运运动动距距离离为为s时时获获得得稳稳定定速速度度，此此过程电阻过程电阻R上产生焦耳热上产生焦耳热Q1为多大？为多大？小结：功能分析：求小结：功能分析：求能量守恒定律或动能量守恒定律或动能定理能定理强调：强调：安培力做负功，将其它形式能量转化为安培力做负功，将其它形式能量转化为 。系统的电能系统的电能RrlmBFA10第10页，共19页，编辑于2022年，星期日 现现用用一一恒恒力力F沿沿轨轨道道方方向向拉拉金金属属棒棒ab，使使之之由由静静止止沿
9、沿导轨向右做直线运动。求：导轨向右做直线运动。求：由由静静止止运运动动距距离离s的的过过程程中中流流过过金金属属棒棒ab的的电电量量q1为为多大？多大？小结小结：电量分析：求电量分析：求 sRrlmBs11第11页，共19页，编辑于2022年，星期日思考：思考：当改变恒力的大小时，相对应的匀速运动速度v也会改变，若棒与导轨间不光滑，有摩擦，你能大致地画出v-F的关系图吗？直线的横截距表示金属棒ab受到的滑动摩擦力f，由截距可求得滑动摩擦力f（或动摩擦因数为）FAf由v-F的关系图线的横截距可求得什么物理量？fRrlmB12第12页，共19页，编辑于2022年，星期日思考：思考：若外力的功率恒定
10、为若外力的功率恒定为P，金属棒，金属棒ab达到的稳定速度达到的稳定速度v2为多大？为多大？速度稳定时对棒由平衡条件：FARrlmB13第13页，共19页，编辑于2022年，星期日反过来若题中给出 F=kt+C 的图线FARrlmB思考：思考：若在外力作用下，金属棒若在外力作用下，金属棒ab由静止开始以加由静止开始以加速度速度a作匀加速直线运动，并开始计时。求作匀加速直线运动，并开始计时。求t秒末外力秒末外力的功率的功率P为多大？为多大？可知截距表示什么？14第14页，共19页，编辑于2022年，星期日(3)若当金属棒ab运动到某位置x0时撤去外力，并以P为坐标原点O，PQ方向为x轴正方向建立坐
11、标系。设法让金属棒从x0处以v0的初速度沿x轴负方向做加速度大小为a的匀减速直线运动，运动中金属棒仅受安培力作用，且aMPb部分的总电阻随金属棒的位置而变化。求：金属棒ab运动s时回路产生的焦耳热Q；导轨中aMPb部分的总电阻Rz随金属棒ab的位置x变化的函数关系；金属棒ab沿x轴负方向运动时间t过程中通过ab的电量q。rlmBa匀减速直线运动匀减速直线运动15第15页，共19页，编辑于2022年，星期日金属棒仅受安培力作用，其大小FAma，回路产生的焦耳热等于克服安培力做的功，QFAs=masrlmBFAa而：而：由于棒做匀减速运由于棒做匀减速运动动，16第16页，共19页，编辑于2022年
12、，星期日“会聚式网络建构会聚式网络建构”电磁感应问题电磁感应问题水平单棒水平单棒（2）外力为恒力）外力为恒力F（2）外力的功率恒定为）外力的功率恒定为P（3）外力均匀变化，以）外力均匀变化，以a作匀加速作匀加速（4）撤去外力以）撤去外力以a匀减速匀减速（1）保持静止而磁场变化）保持静止而磁场变化2009上海上海242010上海上海322000上海上海232004上海上海232007上海上海23 本节课以水平放置在“”导轨上的单棒为研究对象，讨论了静止、变加速、匀加速、匀减静止、变加速、匀加速、匀减速速过程中力与能量问题。17第17页，共19页，编辑于2022年，星期日 其实其实不管电磁感应的题目类型怎么多、综合性怎么强、与前面的知识联系怎么多，也不管是分析力与运动关系问题，还是分析功能关系问题，解决问题关键：有两点值得强调：(1)a、v、s的变化过程分析的变化过程分析；(2)最终稳定状最终稳定状态分析。态分析。18第18页，共19页，编辑于2022年，星期日谢谢！请批评指正！谢谢！请批评指正！19第19页，共19页，编辑于2022年，星期日