2011届高中物理二轮复习第15讲专题6D电磁感应与力学的综合问题.pptVIP

（3）在力和运动的关系中，要注意分析导体受力，判断导体加速度方向、大小及变化；加速度等于零时，速度最大，导体最终达到稳定状态是该类问题的重要特点． * * 物理（广东） 专题六 电路、电与磁的转化 1．电磁感应中产生的感应电流，在磁场中将受到安培力的作用，因此，电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起． 2．解决这类电磁感应中的力学问题，一方面要考虑电磁学中的有关规律，如楞次定律、法拉第电磁感应定律、左手定则、右手定则、安培力的计算公式等；另一方面还要考虑力学中的有关规律，如牛顿运动定律、动能定理、能量守恒定律等，要将电磁学和力学的知识综合起来应用． 3．解决这类问题的一般思路是：根据电磁感应现象→感应电动势→感应电流→安培力→合力→加速度→速度→感应电动势→……周而复始地循环[注意：当导体运动达到稳定时，a=0，速度达到最大值(临界值)]． 4．两种状态处理 ①导体处于平衡态——静止或匀速直线运动状态． 处理方法：根据平衡条件合外力等于零列式分析． ②导体处于非平衡态——加速度不等于零． 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． 1．电磁感应中的动力学问题 （1） ———— (2) 电学对象 电源：E=Blv或E= 电路：E=I(R+r)=U外+U内 【例1】 边长为h的正方形金属导线框，从图6-3-1所示的位置由静止开始下落，通过一匀强磁场区域，磁场方向水平，且垂直于线框平面，磁场区域宽度为H，上、下边界如图中虚线所示，Hh，试分析讨论从线框开始下落到完全穿过磁场区域的全过程中线框运动速度的变化情况． 当Fmg，则加速度大小为a=g- ，当a=0即 v= 时线框做匀速运动；即线框速度的大小不 一定总是在增加，也可能是在减少，但速度方向始终是向下的． ②当线框上边进入磁场后，由Hh可知，线框将有一段时间全部处于匀强磁场区，此时线框磁通量不变，无感应电流，不受安培力作用，该段时间内线框将以加速度g做匀加速运动； ③当线框下边界运动至磁场下边界时，分析同①. 本题的最大的特点是电磁学知识与力学知识相结合．这类综合题本质上是一道力学题，只不过在受力上多了一个感应电流受到的安培力．分析问题的基本思路还是力学解题的那些规律．在运用牛顿第二定律与运动学结合解题时，分析加速度与初速度的关系是解题最关键的第一步．因为加速度与初速度的关系决定了物体的运动． 【例2】如图6-3-2所示，电阻不计的平行金属导轨MN和OP水平放置，MO间接有阻值为R的电阻，导轨相距为d，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B，质量为m、电阻为r的导体棒CD垂直于导轨放置，并接触良好．用平行于MN的恒力F向右拉动CD，CD受恒定的摩擦阻力f，已知Ff.问： (1)CD运动的最大速度是多少？ (2)当CD的速度是最大速度的1/3时， CD的加速度是多少？ (2)当CD速度为最大速度的1/3，即v=1/3 时，CD中的电流为最大值的1/3；即I′=1/3I，则CD棒所受的安培力为： CD棒的加速度为： . (1)以金属棒为研究对象，受力分析如图所示，当CD受力：F=FA+f时，导体棒CD速度最大，即： F=BId+f= +f 得：vm= . 对受力物体作受力分析时，要注意安培力随速度变化而变化的情况． 2．电磁感应中的能量转化综合问题 (1)安培力做的功是电能和其他形式的能之间相互转化的“桥梁”，用框图表示如下： 安培力做的功是电能与其他形式的能转化的量度．安培力做多少正功，就有多少电能转化为其他形式的能；安培力做多少负功，就有多少其他形式的能转化为电能． (2)明确功能关系，确定有哪些形式的能量发生了转化．如有滑动摩擦力做功，必有内能产生；有重力做功，重力势能必然发生变化；安培力做负功，必然有其他形式的能转化为电能等． (3)根据不同物理情景选择动能定理，能量守恒定律，功能关系列方程求解． 2．电磁感应中的能量转化综合问题 【例3】 如图6-3-3所示，一边长为L的正方形闭合金属线框，其质量为m，回路电阻为R，M、N、P为磁场区域的边界，且均为水平，上、下两部分磁场的磁感应强度均为B，方向如图所示．图示所示位置线框的底边与M重合．现让线框由图示位置从静止开始下落，线框在穿过N和P两界面的过程中均为匀速运动．若已知M、N之间的高度差为h1，h1L.线框下落过程中线框平面始终保持竖直，底边始终保持水平，重力加速度为g，求： (1)线框穿过N与P界面的速度； (2)在整个运动过程中，线框 产生的焦耳热． (1)在穿过N的过程中，根据法拉第电磁感应定律，线框中产生的感应电动势 由闭