鲁科版高中物理选择性必修第二册精品课件 第2章 电磁感应及其应用 习题课 电磁感应中的能量和动量问题 (3).ppt

规律方法求解焦耳热Q的三种方法焦耳定律功能关系能量转化Q=I2RtQ=W克服安培力Q=ΔE其他能的减少量针对训练1(多选)(2021湖南卷)两个完全相同的正方形匀质金属框,边长为l,通过长为l的绝缘轻质杆相连,构成如图所示的组合体。距离组合体下底边h处有一方向水平、垂直于纸面向里的匀强磁场。磁场区域上下边界水平,高度为l,左右宽度足够大。把该组合体在垂直于磁场的平面内以初速度v0水平无旋转抛出,设置合适的磁感应强度大小B使其匀速通过磁场,不计空气阻力。下列说法正确的是(CD)A.B与v0无关,与成反比B.通过磁场的过程中,金属框中电流的大小和方向保持不变C.通过磁场的过程中,组合体克服安培力做功的功率与重力做功的功率相等D.调节h、v0和B,只要组合体仍能匀速通过磁场,则其通过磁场的过程中产生的热量不变解析本题考查电磁感应的综合问题,考查分析综合能力。金属框匀速通过磁场时,重力与安培力相等,即,联立可得,选项A错误。通过磁场过程中根据右手定则,金属框下边进入时电流为逆时针方向,金属框上边进入时电流为顺时针方向,选项B错误。因为金属框匀速通过磁场,重力做功与克服安培力做功相等,所以克服安培力做功的功率与重力做功的功率相等,选项C正确。因为通过磁场,重力做功不变,根据能量守恒定律得,产生的热量不变,选项D正确。探究二用“三大观点”解决电磁感应问题[知识归纳]会利用动量、能量的观点解决电磁感应问题,会根据相关条件分析双杆切割磁感线运动问题,会用“三大观点”解决此类问题。动力学观点通常情况下,一个金属杆做加速度逐渐减小的加速运动,而另一个金属杆做加速度逐渐减小的减速运动,最终两金属杆以共同的速度匀速运动能量观点其中一个金属杆机械能的减少量等于另一个金属杆机械能的增加量与回路中产生的焦耳热之和动量观点对于两导体棒在平直的光滑导轨上运动的情况,如果两棒所受的外力之和为零,则考虑应用动量守恒定律处理问题由BL·Δt=m·Δv、q=·Δt可知,当题目中涉及电荷量或平均电流时,可应用动量定理来解决问题[应用体验]典例2如图甲所示,绝缘水平面上固定着两根足够长的光滑金属导轨PQ、MN,相距为L=0.5m,ef右侧导轨水平且处于匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向下,磁感应强度B的大小如图乙变化。开始时ab棒和cd棒锁定在导轨如图甲位置,ab棒与cd棒平行,ab棒离水平面高度为h=0.2m,cd棒与ef之间的距离也为L,ab棒的质量为m1=0.2kg,有效电阻R1=0.05Ω,cd棒的质量为m2=0.1kg,有效电阻为R2=0.15Ω。设a、b棒在运动过程中始终与导轨垂直,g取10m/s2,两棒与导轨接触良好,导轨电阻不计。(1)求0~1s时间内通过cd棒的电流大小与方向。(2)假如在1s末,同时解除对ab棒和cd棒的锁定,稳定后ab棒和cd棒将以相同的速度做匀速直线运动,求这一速度。(3)从解除ab棒和cd棒的锁定到ab棒和cd棒开始以相同的速度做匀速运动,ab棒产生的热量为多少?针对训练2(多选)如图所示,在水平面内固定有两根相互平行的无限长光滑金属导轨,其间距为L,电阻不计。在虚线l1的左侧存在竖直向上的匀强磁场,在虚线l2的右侧存在竖直向下的匀强磁场,两部分磁场的磁感应强度大小均为B。ad、bc两根电阻均为R的金属棒与导轨垂直,分别位于两磁场中,现突然给ad棒一个水平向左的初速度v0,在两棒达到稳定的过程中,下列说法正确的是(BD)A.两金属棒组成的系统的动量守恒B.两金属棒组成的系统的动量不守恒C.ad棒克服安培力做功的功率等于ad棒的发热功率D.ad棒克服安培力做功的功率等于安培力对bc棒做功的功率与两棒总发热功率之和解析开始时,ad棒以初速度v0切割磁感线,产生感应电动势,在回路中产生顺时针方向(俯视)的感应电流,ad棒因受到向右的安培力而减速,bc棒受到向右的安培力而向右加速;当两棒的速度大小相等,即两棒因切割磁感线而产生的感应电动势相等时,回路中没有感应电流,两棒各自做匀速直线运动;由于两棒所受的安培力都向右,两金属棒组成的系统所受合外力不为零,所以该系统的动量不守恒,选项A错误,B正确。根据能量守恒定律可知,ad棒动能的减小量等于回路中产生的热量和bc棒动能的增加量,由动能定理可知,ad棒动能的减小量等于ad棒克服安培力做的功,bc棒动能的增加量等于安培力对bc棒做的功,所以ad棒克服安培力做功的功率等于安培力对bc棒做功的功率与两棒总发热功率之和,选项C错误,D正确。学以致用