公开课《电磁感应中的动力学及能量问题》课件PPT

江苏省兴化中学姜晓军2015年12月25日电磁感应中的动力学及能量问题各位专家老师莅临指导热烈欢迎各位专家老师莅临指导江苏省兴化中学姜晓军热烈欢迎电磁感应动力学及能量问题模型构建：光滑水平放置的金属导轨间距为L，连接一电阻R，质量为m，电阻为r的金属棒ab与导轨接触良好，其余部分电阻不计。平面内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B有哪些办法能让导体棒ab沿着导轨向右移动？情景创设光滑水平放置的金属导轨间距为L，导轨间连接一电阻R，质量为m，电阻为r的金属棒ab与导轨接触良好，其余部分电阻不计。平面内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B问题1：施加恒定外力F后，ab棒的加速度a，速度v如何变化？探究一水平轨道v动力学角度分析：vEBL=rEIRBILF安F安vamFFa安a、v同向当F安=F时，a=0,速度达到最大vm匀速解：运动特征：加速度减小的加速运动，最终匀速。F=F安=BIL=B2L2Vm/（R+r)可得：vm=F(R+r)/B2L2vmtv斜率变小光滑水平放置的金属导轨间距为L，导轨间连接一电阻R，质量为m，电阻为r的金属棒ab与导轨接触良好，其余部分电阻不计。平面内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B问题2：当ab棒速度为v时，求电路消耗的电功率P电，安培力的功率P安分别是多少？问题2.当ab棒速度为v时，求电路消耗的电功率P电，安培力的功率P安分别是多少？2(v)+rBLPR安即：结论：外力克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能abvvEBL当棒速度为时：rREI，rRBLVr22)(RIP）（电路消耗的电功率：电vBILvFP安安棒：对abF安光滑水平放置的金属导轨间距为L，导轨间连接一电阻R，质量为m，电阻为r的金属棒ab与导轨接触良好，其余部分电阻不计。平面内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B问题3：施加恒定外力F后，能量如何变化？能不能从能量的视角求ab棒的最大速度？vvEBL=rEIRBILF安F安vamFFa安a、v同向a=0,v最大匀速能量：动态稳态F安拉力做功(其他形式能）电能、动能内能电能内能拉力做功(其他形式能）解：匀速运动时：P拉=P热)/(LB)(Fv2222rRvrRImm能量角度分析：22LB/)(FvrRm两根足够长的直金属导轨平行放置在倾角为α的绝缘斜面上，导轨间距为L，导轨间连接一电阻R，质量为m，电阻为r的金属棒ab与导轨垂直并接触良好，其余部分电阻不计，整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下。不计它们之间的摩擦，重力加速度为g。问题1：让ab棒静止下滑，ab棒加速度a，速度v如何变化？能量如何转化？探究二倾斜轨道vmgNF安v安FmFmga安sina、v同向a能量：动态稳态电能内能EI重力势能v最大匀速a=0动力学：问题1：让ab棒静止下滑，ab棒速度v，加速度a如何变化？能量如何转化？内能重力势能电能、动能v问题2：从动力学和能量两个角度，求下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值。mgNF安解（1）动力学角度：当ab棒稳定下滑时，F安=mgsinαBIL安F22sinRvLBrmgm）（热PGP（2）能量角度：当ab棒稳定下滑时，重力势能仅向电能转化，重力的功率等于电阻发热功率，即22sinRvLBrmgm）（如果α=900,vm多大？mBLvr)/(RIrRvmgm2sinmBLvv拓展1：若ab棒与导轨间有摩擦，且动摩擦因数为μ，则ab棒稳定时的速度多大？mgNF安fsincosvLB22mgmgrRm22LB)cos-)(sinR(vrmgmsinmgfF安解：ab棒达稳定时，合外力为零。拓展2：若无摩擦，棒由静止运动到稳定速度时，电路产生的热量为Q，则刚达稳定速度时杆的位移有多大？这是过程中的能量转化解：到达稳定的过程中：重力势能转化为动能和电能，电能全部转化为内能。Qmvmgxm221sinx可解得mgNF安拓展3：若无摩擦，现以功率恒为P，方向沿斜面向上的拉力使棒由静止向上运动位移为x时达到稳定速度，电路产生的热量为Q，则（1）稳定时的速度为多大？（2）棒从静止至达到稳定速度所需要的时间为多少？mgNFF安稳定状态，力平衡BILmgsinF1）动力学：（)/()/(IrRBLvrRmmv/PFmv可解得rRBLvvmgmm2)(sinP或由能量：mv也可解得拓展3：若无摩擦，现以功率恒为P，方向沿斜面向上的拉力使棒由静止向上运动位移为x时达到稳定速度，电路产生的热量为Q，则稳定时的速度为多大？棒从静止至达到稳定速度所需要的时间为多少mgNFF安过程Qmvmgxtm221sinPW=PtP22sin22Qmvmgxtm（2）棒从静止到达稳定速度的过程中：拉力所做的的功转化为棒的重力势能、动能和电路产生的焦耳热。课堂小结导体运动2.处理该类问题时，我们可以通过对运动状态进行分析，动力学、能量、电路多管齐下，抓住稳态或全过程分析解决问题。1、电磁感应中的能量问题并不是孤立的，而是常常体现在动力学、电路等问题相联系。感应电动势感应电流磁场力电磁感应闭合电路磁场对电流的作用阻碍感谢莅临指导1.如图所示，电阻为R，其他电阻均可忽略，ef是一电阻可不计的水平放置的导体棒，质量为m，棒的两端分别与ab、cd保持良好接触，又能沿框架无摩擦下滑，整个装置放在与框架垂直的匀强磁场中，当导体棒ef从静止下滑一段时间后闭合开关S，则S闭合后()A.导体棒ef的加速度可能大于gB.导体棒ef的加速度一定小于gC.导体棒ef最终速度随S闭合时刻的不同而不同D.导体棒ef的机械能与回路内产生的电能之和一定守恒AD达标检测2两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L，底端接阻值为R的电阻.将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒和导轨接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，如图4所示.除电阻R外其余电阻不计.现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放.则()A.金属棒的动能、重力势能与弹簧的弹性势能的总和保持不变B.金属棒最后将静止，静止时弹簧伸长量为mgkC.金属棒的速度为v时，所受的安培力大小为F＝B2L2vRD.金属棒最后将静止，电阻R上产生的总热量为mg·mgk图4BC3(2014·江苏卷,13)如图所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为L，长为3d，导轨平面与水平面的夹角为θ，在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层。匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面垂直。质量为m的导体棒从导轨的顶端由静止释放，在滑上涂层之前已经做匀速运动，并一直匀速滑到导轨底端。导体棒始终与导轨垂直，且仅与涂层间有摩擦，接在两导轨间的电阻为R，其他部分的电阻均不计，重力加速度为g。求：(1)导体棒与涂层间的动摩擦因数μ；(2)导体棒匀速运动的速度大小v；(3)整个运动过程中，电阻产生的焦耳热Q。（《世纪金榜》163页典例3）解（1）导体棒在绝缘涂层上受力平衡sinFmg安sinmgfQQmvdmgf221sin3dmgfdfcosQ4422232sinsin2QLBRgmmgdNFfcosFNmgtan（2）导体棒在光滑导轨上匀速运动，说明受力平衡BIL安FRIBLv22LBsinRvmg（3）整个运动过程中，由能量守恒得：