高三物理電磁感應中能量轉化與守恒問題解析課件人教版_第1頁
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1、——電磁感應中能量轉化與守恒問題解析,,高三復習專題講座,解題的基本思路,分析物體的受力情況及運動狀態(tài),依據(jù)牛頓第二定律,列方程.根據(jù)能量轉化及守恒,列方程.,合力做功=重力做功=彈力做功=電場力做功=安培力做功=,理解功與能的關系,動能的改變,重力勢能的改變。重力做正功,重力勢能減少;重力做負功,重力勢能增加。,,電勢能的改變。電場力做正功,電勢能減少;電勢能做負功,電勢能增加。,電能的改變。安培力做正功,

2、電能轉化為其他形式的能;安培力做負功(即克服安培力做功),其他形式的能轉化為電能。,彈性勢能的改變。彈力做正功,彈性勢能減少;彈力做負功,彈性勢能增加。,例1:如圖1所示,兩根足夠長的固定平行金屬光滑導軌位于同一水平面,導軌上橫放著兩根相同的導體棒ab、cd與導軌構成矩形回路,導體棒的兩端連接處于壓縮狀態(tài)的兩根輕質彈簧,兩棒的中間用細線綁住,它們的電阻均為R,回路上其余部分電阻不計,在導軌平面內兩導軌間有一豎直向下的勻強磁場,開始時,導

3、體棒處于靜止狀態(tài),剪斷細線后,導體在運動過程中( ),A:回路中有感應電動勢B:兩根導體棒所受安培力的方向相同C:兩根導體棒和彈簧構成的系統(tǒng)動量守恒,機械能守恒。D:兩根導體棒和彈簧構成的系統(tǒng)動量守恒,機械能不守恒。,例2:如圖所示,位于同一水平面內的、兩根平行的光滑金屬導軌,處在勻強磁場中,磁場方向垂直于導軌所在平面,導軌的一端與一電阻相連,具有一定質量的金屬桿ab放在導軌上并與導軌垂直?,F(xiàn)用一平行于導軌的恒力F拉桿ab,使

4、它由靜止開始向右運動。桿和導軌的電阻、感應電流產生的磁場均可不計。用E表示回路中的感應電動勢,i表示回路中的感應電流在i隨時間增大的過程中,電阻消耗的功率等于( ),A:F的功率 B:安培力功率的絕對值C:F與安培力的合力的功率 D:iE。,解析:根據(jù)功和能的關系及能量守恒,正確的選項是B、D,例3:如圖所示,固定的水平光滑金屬導軌,間距為L,左端有阻值為R的電阻,處在方向豎直、磁感應強

5、度為B的勻強磁場中,質量為m的導體棒與固定彈簧相連,放在導軌上,導體棒與導軌的電阻均可忽略,初始時刻,彈簧恰處于自然長度,導體棒具有水平向右的初速度V0,在沿導軌往復運動的過程中,導體棒始終與導軌垂直并保持良好接觸。,1)求初始時刻導體棒受到的安培力;2)若導體棒從初始時刻到速度第一次為零時,彈簧的彈性勢能為Ep,則這一過程中安培力所做的功W1和電阻R上產生的焦耳熱Q1分別為多少?3)導體棒往復運動,最終將靜止于何處?從導體棒開始運

6、動直到最終靜止的過程中,電阻R上產生的焦耳熱Q各多少?,(1)用右手定則判斷導體棒的感應電流方向從B向A,用左手定則判斷導體棒受的安培力方向向左,感應電動勢為E=BLV0,感應電流為I=E/R,安培力為F=BIL,所以F=B2L2V0)/R(2)這一過程中導體棒的動能轉化為彈簧的彈性勢能和電路的電能(通過安培力做功),電路的電能通過電阻R轉化為焦耳熱,所以 W1=Q1=

7、mv02-Ep (3)只有導體棒的動能為零并且彈簧的彈性勢能也為零,導體棒才能靜止,所以最終將靜止于初始位置,此時導體棒的動能全部轉化為電阻R上產生的焦耳熱,所以Q= mv02,解析:,例4: 圖中MN和PQ為豎直方向的兩平行長直金屬導軌,間距L為0.40m,電阻不計,導軌所在平面與磁感應強度B為0.50T的勻強磁場垂直,質量m為6.0X10-3Kg、電阻為1.0Ω的金屬桿ab始終垂直于導軌,并與其保持光滑接觸。導軌兩端分別接

8、有滑動變阻器和阻值為3.0Ω的電阻R1。當桿ab達到穩(wěn)定狀態(tài)時以速度v勻速下滑,整個電路消耗的電功率P為0.27W,重力加速度取10m/s2,試求速率V和滑動變阻器接入電路部分的阻值R2,R1,在桿ab達到穩(wěn)定狀態(tài)以前,桿加速下降,重力勢能轉化為動能和電能,當桿ab達到穩(wěn)定狀態(tài)(即勻速運動)時,導體棒克服安培力做功,重力勢能轉化為電能,即電路消耗的電功,所以mgv=P,代入數(shù)據(jù)得v=4.5m/s,感應電動勢E=BLV,感應電流為I=E/

9、(R外+r),其中r為ab的電阻,R外為R1與R2的并聯(lián)電阻,即 = + ,又P=IE,代入數(shù)據(jù),解得R2=6.0Ω。,解析:,1,R,,例5:如圖所示,處于勻強磁場中的兩根足夠長、電阻不計的平行金屬導軌相距1m,導軌平面與水平面成θ=37o 角下端連接阻值為R的電阻,勻強磁場方向與導軌平面垂直,質量為0.2kg、電阻不計的金屬棒放在兩導軌上,棒與導軌垂直并保持良好接觸,它們之間的動摩擦因數(shù)為0.2

10、5。(1)求金屬棒沿導軌由靜止開始下滑時的加速度大??;(2)當金屬棒下滑速度達到穩(wěn)定時,電阻R消耗的功率為 8W,求該速度的大小;(3)在上問中,若R=2Ω,金屬棒中的電流方向由a到b,求磁感應強度的大小和方向。(g=10m/s2,sin37o =0.6,cos37o =0.8),(1)作受力分析,根據(jù)牛頓第二定律,得: Mgsinθ-mgcosθ=ma代入數(shù)據(jù),解得: a=4m/s22)當金屬棒下

11、滑速度達到穩(wěn)定時,金屬棒重力勢能一部分克服摩擦力做功,轉化為內能,另一部分克服安培力做功,轉化為電能,它等于電路中電阻R消耗的電功,設速度為v,在?t時間內,根據(jù)能量守恒,有: mgV?t.sinθ=μmgcosθ.vt+P?t代入數(shù)據(jù),解得:V=10m/s(3)根據(jù)P=I2R及I=BLV/R解得B=0.4T,用右手定則判斷磁場方向垂直導軌平面上。,解析:,例6:如圖所示,電動機牽引一根橫跨在豎直光滑導軌上的導

12、體棒MN,開始時導體棒靜止,長度L=1m,質量m=0.1kg,電阻R=1Ω,導體框架區(qū)域內有垂直于導軌面的勻強磁場,B=1T,當導體棒上升3.8m時獲得穩(wěn)定的速度,棒上產生的熱量為2J,電動機牽引棒時,電壓表、電流表讀數(shù)分別為7V、1A,電動機的內阻為r=1Ω,不計框架電阻及一切摩擦,g取10m/s2,求:1)棒能達到的穩(wěn)定速度2)棒從靜止開始達到穩(wěn)定速度所需要的時間,(1)導體棒在電動機牽引下向上加速運動,當達到穩(wěn)定狀態(tài)時勻速運動

13、,電動機的輸出功率為 P出=UI-I2r=7X 1W-12X 1W=6W設電動機對導體棒的牽引力為FT,棒勻速運動的速度為V,由功率定義 P出= FTV此時棒產生的電動勢為E= BLV , I = 棒的合外力為零,則有: FT-mg-BIL=0 由以上式子解得: V=2m/s(2)上升達支最大速度過程中,由能量守恒

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