凤凰台届高三物理一轮复习导学案九章课时电磁感应中动力学能量问题.pdfVIP

第4电磁感应中的动力学和能量问题

【考纲解读】

1.能解决电磁感应问题中涉及安培力的动态分析和平衡问题.

2.会分析电磁感应问题中的能量转化，并会进行有关计算．

【知识要点】

一．电磁感应中的动力学问题分析

1．导体的两种状态

(1)导体的平衡状态——静止状态或匀速直线状态．

处理方法：根据平衡条件(合外力等于零)列式分析．

(2)导体的非平衡状态——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．

2．电磁感应中的动力学问题分析思路

(1)电路分析：

导体棒相当于电源，感应电动势相当于电源的电动势，导体棒的电阻相当于电源的内阻，感

BLv

应电流I＝.

R＋r

(2)受力分析：

22

BLv

导体棒受到安培力及其他力，安培力F＝BIL或，根据牛顿第二定律列动力学方程：F

安

R总

合＝ma.

(3)过程分析：

由于安培力是变力，导体棒做变加速或变，当加速度为零时，达到稳定状态，最后

做匀速直线，根据共点力平衡条件列平衡方程F＝0.

合

二．电磁感应中的能量问题

1．过程分析

(1)电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质上是能量的转化过程．

(2)电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用，因此，要维持感应电

流的存在，必须有“外力”克服安培力做功，将其他形式的能转化为电能．“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．

(3)当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能．安培力做功的过程，或通过电

阻发热的过程，是电能转化为其他形式能的过程．安培力做了多少功，就有多少电能转化为

其他形式的能．

2．求解思路

(1)若回路中电流恒定，可以利用电路结构及2

W＝UIt或Q＝IRt直接进行计算．

(2)若电流变化，则：①利用安培力做的功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所

做的功；②利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则机械能的减少量等于产生的

电能．

三．动力学和能量观点的综合应用

根据杆的数目，对于“导轨＋杆”模型题目，又常分为单杆模型和双杆模型．

(1)单杆模型是电磁感应中常见的模型，此类问题所给的情景一般是导体棒垂直切

割磁感线，在安培力、重力、摩擦力、拉力作用下的变加速直线或匀速直线，所涉

及的知识有牛顿定律、功能关系、能量守恒定律等．此类问题的分析要抓住三点：①杆

的稳定状态一般是匀速(达到最大速度或最小速度，此时合力为零)．②整个电路产生的

电能等于克服安培力所做的功．③电磁感应现象遵从能量守恒定律．

(2)双杆类问题可分为两种情况：一是“假双杆”，甲杆静止不动，乙杆．其实质是单杆

问题，不过要注意问题包含着一个条件：甲杆静止、受力平衡．另一种情况是两杆都在，

对于这种情况，要注意两杆切割磁感线产生的感应电动势是相加还是相减．

线框进入磁场和离开磁场的过程和单杆的情况相同，在磁场中的过程与双杆的

情况相同．

【典型例题】

例1．如图所示，MN、PQ为足够长的平行金属导轨，间距L＝0.50m，导轨平面与水平面

间夹角θ＝