2019-2020年高中物理 第1章 第5節(jié) 電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒學(xué)案 教科版選修3-2.doc
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2019-2020年高中物理 第1章 第5節(jié) 電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒學(xué)案 教科版選修3-2 [目標(biāo)定位] 1.進(jìn)一步理解能量守恒定律是自然界普遍遵循的一條規(guī)律，楞次定律的實(shí)質(zhì)就是能量守恒在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體表現(xiàn).2.通過具體實(shí)例理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化.3.掌握電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)問題的分析方法． 一、電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題 1．電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中將受到安培力作用，所以電磁感應(yīng)問題往往與力學(xué)問題聯(lián)系在一起，處理此類問題的基本方法是： (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向． (2)求回路中的電流強(qiáng)度的大小和方向． (3)分析研究導(dǎo)體受力情況(包括安培力)． (4)列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解． 2．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中涉及的具有收尾速度的力學(xué)問題，關(guān)鍵要抓好受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析． 周而復(fù)始地循環(huán)，加速度等于零時(shí)，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)． 3．兩種狀態(tài)處理 導(dǎo)體勻速運(yùn)動(dòng)，應(yīng)根據(jù)平衡條件列式分析；導(dǎo)體做勻速直線運(yùn)動(dòng)之前，往往做變加速運(yùn)動(dòng)，處于非平衡狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)牛頓第二定律或結(jié)合功能關(guān)系分析． 二、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒 [問題設(shè)計(jì)] 為什么說楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)中的具體表現(xiàn)？ 答案 楞次定律表明，感應(yīng)電流的效果總是阻礙引起感應(yīng)電流的原因．正是由于“阻礙”作用的存在，電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生電能的同時(shí)必然伴隨著其他形式能量的減少，可見，楞次定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的必然結(jié)果． [要點(diǎn)提煉] 1．電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化特點(diǎn) 外力克服安培力做功，把機(jī)械能或其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能；感應(yīng)電流通過電路做功又把電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能(如內(nèi)能)．這一功能轉(zhuǎn)化途徑可表示為： 2．求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量守恒問題的一般思路 (1)分析回路，分清電源和外電路． (2)分析清楚有哪些力做功，明確有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化．如： ①有摩擦力做功，必有內(nèi)能產(chǎn)生； ②有重力做功，重力勢(shì)能必然發(fā)生變化； ③克服安培力做功，必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，并且克服安培力做多少功，就產(chǎn)生多少電能． (3)列有關(guān)能量的關(guān)系式． 3．焦耳熱的計(jì)算技巧 (1)感應(yīng)電路中電流恒定，焦耳熱Q＝I2Rt. (2)感應(yīng)電路中電流變化，可用以下方法分析： ①利用功能關(guān)系，產(chǎn)生的焦耳熱等于克服安培力做的功，即Q＝W安．而克服安培力做的功W安可由動(dòng)能定理求得． ②利用能量守恒，即感應(yīng)電流產(chǎn)生的焦耳熱等于其他形式能量的減少，即Q＝ΔE其他． 一、電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題 例1 如圖1甲所示，兩根足夠長(zhǎng)的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為θ的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻．一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直．整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于斜面向下．導(dǎo)軌和ab桿的電阻可忽略，讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，導(dǎo)軌和ab桿接觸良好，不計(jì)它們之間的摩擦，已知重力加速度為g. 圖1 (1)由b向a方向看到的裝置如圖乙所示，請(qǐng)?jiān)诖藞D中畫出ab桿下滑過程中某時(shí)刻的受力示意圖． (2)在加速下滑過程中，當(dāng)ab桿的速度大小為v時(shí)，求此時(shí)ab桿中的電流及其加速度的大?。? (3)求在下滑過程中，ab桿可以達(dá)到的速度最大值． 解析 (1)如圖所示，ab桿受力分析：重力mg，豎直向下；支持力N，垂直于斜面向上；安培力F安，沿斜面向上． (2)當(dāng)ab桿速度大小為v時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLv，此時(shí) 電路中電流I＝＝ ab桿受到的安培力F安＝BIL＝ 根據(jù)牛頓第二定律，有 ma＝mgsin θ－F安＝mgsin θ－ a＝gsin θ－. (3)當(dāng)a＝0時(shí)，ab桿有最大速度為vm＝. 答案 (1)見解析圖 (2) gsin θ－ (3) 例2 如圖2所示，MN和PQ是兩根互相平行豎直放置的光滑金屬導(dǎo)軌，已知導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，且電阻不計(jì)．a(chǎn)b是一根與導(dǎo)軌垂直而且始終與導(dǎo)軌接觸良好的金屬桿，開始時(shí)，將開關(guān)S斷開，讓金屬桿ab由靜止開始自由下落，過段時(shí)間后，再將S閉合，若從S閉合開始計(jì)時(shí)，則金屬桿ab的速度v隨時(shí)間t變化的圖像可能是( ) 圖2 解析 S閉合時(shí)，若>mg，金屬桿ab先減速再勻速，D項(xiàng)有可能；若＝mg，金屬桿ab勻速運(yùn)動(dòng)，A項(xiàng)有可能；若下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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