2019-2020年高中物理 第1章 第5節(jié) 電磁感應中的能量轉化與守恒學案 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) 電磁感應中的能量轉化與守恒學案 教科版選修3-2 [目標定位] 1.進一步理解能量守恒定律是自然界普遍遵循的一條規(guī)律，楞次定律的實質就是能量守恒在電磁感應現(xiàn)象中的具體表現(xiàn).2.通過具體實例理解電磁感應現(xiàn)象中的能量轉化.3.掌握電磁感應中動力學問題的分析方法． 一、電磁感應中的動力學問題 1．電磁感應中產生的感應電流在磁場中將受到安培力作用，所以電磁感應問題往往與力學問題聯(lián)系在一起，處理此類問題的基本方法是： (1)用法拉第電磁感應定律和楞次定律求感應電動勢的大小和方向． (2)求回路中的電流強度的大小和方向． (3)分析研究導體受力情況(包括安培力)． (4)列動力學方程或平衡方程求解． 2．電磁感應現(xiàn)象中涉及的具有收尾速度的力學問題，關鍵要抓好受力情況和運動情況的動態(tài)分析． 周而復始地循環(huán)，加速度等于零時，導體達到穩(wěn)定運動狀態(tài)． 3．兩種狀態(tài)處理 導體勻速運動，應根據(jù)平衡條件列式分析；導體做勻速直線運動之前，往往做變加速運動，處于非平衡狀態(tài)，應根據(jù)牛頓第二定律或結合功能關系分析． 二、電磁感應中的能量轉化與守恒 [問題設計] 為什么說楞次定律是能量守恒定律在電磁感應中的具體表現(xiàn)？ 答案 楞次定律表明，感應電流的效果總是阻礙引起感應電流的原因．正是由于“阻礙”作用的存在，電磁感應現(xiàn)象中產生電能的同時必然伴隨著其他形式能量的減少，可見，楞次定律是能量轉化和守恒定律的必然結果． [要點提煉] 1．電磁感應中的能量轉化特點 外力克服安培力做功，把機械能或其他形式的能轉化成電能；感應電流通過電路做功又把電能轉化成其他形式的能(如內能)．這一功能轉化途徑可表示為： 2．求解電磁感應現(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)生了轉化．如： ①有摩擦力做功，必有內能產生； ②有重力做功，重力勢能必然發(fā)生變化； ③克服安培力做功，必然有其他形式的能轉化為電能，并且克服安培力做多少功，就產生多少電能． (3)列有關能量的關系式． 3．焦耳熱的計算技巧 (1)感應電路中電流恒定，焦耳熱Q＝I2Rt. (2)感應電路中電流變化，可用以下方法分析： ①利用功能關系，產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安可由動能定理求得． ②利用能量守恒，即感應電流產生的焦耳熱等于其他形式能量的減少，即Q＝ΔE其他． 一、電磁感應中的動力學問題 例1 如圖1甲所示，兩根足夠長的直金屬導軌MN、PQ平行放置在傾角為θ的絕緣斜面上，兩導軌間距為L，M、P兩點間接有阻值為R的電阻．一根質量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導軌上，并與導軌垂直．整套裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直于斜面向下．導軌和ab桿的電阻可忽略，讓ab桿沿導軌由靜止開始下滑，導軌和ab桿接觸良好，不計它們之間的摩擦，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，請在此圖中畫出ab桿下滑過程中某時刻的受力示意圖． (2)在加速下滑過程中，當ab桿的速度大小為v時，求此時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ab桿速度大小為v時，感應電動勢E＝BLv，此時 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a＝0時，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軌，已知導軌足夠長，且電阻不計．ab是一根與導軌垂直而且始終與導軌接觸良好的金屬桿，開始時，將開關S斷開，讓金屬桿ab由靜止開始自由下落，過段時間后，再將S閉合，若從S閉合開始計時，則金屬桿ab的速度v隨時間t變化的圖像可能是( ) 圖2 解析 S閉合時，若>mg，金屬桿ab先減速再勻速，D項有可能；若＝mg，金屬桿ab勻速運動，A項有可能；若
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