人教版高中物理选择性必修第2册 第2章 专项2 电磁感应中的动量和能量问题.pptVIP

第二章电磁感应物理选择性必修第二册配人教版专项二电磁感应中的动量和能量问题第二章电磁感应一、电磁感应中的动量问题动量观点系统动量守恒系统动量不守恒能量观点棒1动能的减少量＝棒2动能的增加量＋焦耳热恒力F做的功＝棒1的动能＋棒2的动能＋焦耳热例1(多选)如图，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 ()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【答案】BD【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，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，C错误，D正确．(3)解决电磁感应能量问题的策略是“先源后路、先电后力，再是运动、能量”，即：MN、PQ、GH相距为L，MN、PQ间有垂直轨道平面向下、磁感应强度为B1的匀强磁场，PQ、GH间有平行于斜面但大小、方向未知的匀强磁场B2，其他区域无磁场，除金属棒及定值电阻，其余电阻均不计，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，当ab棒从MN上方一定距离由静止释放通过MN、PQ区域(运动过程中ab棒始终保持水平)，电压传感器监测到Ut关系如图乙所示．(1)求ab棒刚进入磁场B1时的速度大小．(2)求定值电阻上产生的热量Q1.(3)多次操作发现，当ab棒从MN以某一特定速度进入MNQP区域的同时，另一质量为2m，电阻为2R的金属棒cd只要以等大的速度从PQ进入PQHG区域，两棒均可同时匀速通过各自场区，试求B2的大小和方向．三、用“三大观点”解决电磁感应问题掌握利用动量、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例3(2020年宁波模拟)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棒在运动过程始终与导轨垂直，两棒与导轨接触良好，导轨电阻不计)．问：(1)0～1s时间段通过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，试求这一速度；(3)对ab棒和cd棒从解除锁定到开始以相同的速度做匀速运动，ab棒产生的热量为多少？思路点拨：(1)由题意可知0～1s时间内由于磁场均匀变化，根据法拉第电磁感应定律求出感应电动势，再根据闭合电路欧姆定律求出电流．(2)先由动能定理求出ab棒从高为h处滑下到ef的速度，再由动量守恒定律求出共同的速度．(3)对ab棒和cd棒从解除锁定到开始以相同的速度做匀速运动过程，由能量守恒求出总热量，再由串联电路中热量按电阻比例分配的规律，求出ab棒中的热量．第二章电磁感应物理选择性必修第二册配人教版