高三物理教案：《電磁感應中的力學(xué)問(wèn)題》教學(xué)設計

　　本文題目：高三物理教案：電磁感應中的力學(xué)問(wèn)題

　　【知識要點(diǎn)回顧】

　　1.基本思路

　�、儆梅ɡ�第電磁感應定律和楞次定律求感應電動(dòng)勢的大小和方向;

　�、谇蠡芈冯娏�;

　�、鄯治鰧�體受力情況(包含安培力，用左手定則確定其方向);

　�、芰谐鰟�(dòng)力學(xué)方程或平衡方程并求解.

　　2. 動(dòng)態(tài)問(wèn)題分析

　　(1)由于安培力和導體中的電流、運動(dòng)速度均有關(guān)，所以對磁場(chǎng)中運動(dòng)導體進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析十分必要，當磁場(chǎng)中導體受安培力發(fā)生變化時(shí)，導致導體受到的合外力發(fā)生變化，進(jìn)而導致加速度、速度等發(fā)生變化;反之，由于運動(dòng)狀態(tài)的變化又引起感應電流、安培力、合外力的變化，這樣可能使導體達到穩定狀態(tài).

　　(2)思考路線(xiàn)：導體受力運動(dòng)產(chǎn)生感應電動(dòng)勢→感應電流→通電導體受安培力→合外力變化→加速度變化→速度變化→最終明確導體達到何種穩定運動(dòng)狀態(tài).分析時(shí)，要畫(huà)好受力圖，注意抓住a=0時(shí)速度v達到最值的特點(diǎn).

　　【要點(diǎn)講練】

　　[例1]如圖所示，在一均勻磁場(chǎng)中有一U形導線(xiàn)框abcd，線(xiàn)框處于水平面內，磁場(chǎng)與線(xiàn)框平面垂直，R為一電阻，ef為垂直于ab的一根導體桿，它可在ab、cd上無(wú)摩擦地滑動(dòng).桿ef及線(xiàn)框中導線(xiàn)的電阻都可不計.開(kāi)始時(shí)，給ef一個(gè)向右的初速度，則( )

　　A.ef將減速向右運動(dòng)，但不是勻減速

　　B.ef將勻減速向右運動(dòng)，最后停止

　　C.ef將勻速向右運動(dòng)

　　D.ef將往返運動(dòng)

　　[例2]如圖甲所示，兩根足夠長(cháng)的直金屬導軌MN、PQ平行放置在傾角為??的絕緣斜面上，兩導軌間距為L(cháng).M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻.一根質(zhì)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(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直斜面向下.導軌和金屬桿的電阻可忽略.讓ab桿沿導軌由靜止開(kāi)始下滑，導軌和金屬桿接觸良好，不計它們之間的摩擦.

　　(1)由b向a方向看到的裝置如圖乙所示，請在此圖中畫(huà)出ab桿下滑過(guò)程中某時(shí)刻的受力示意圖.

　　(2)在加速下滑過(guò)程中，當ab桿的速度大小為v時(shí)，求此時(shí)ab桿中的電流及其加速度的大小;

　　(3)求在下滑過(guò)程中，ab桿可以達到的速度最大值.

　　[例3]如圖所示，兩條互相平行的光滑導軌位于水平面內，距離為l=0.2m，在導軌的一端接有阻值為R=0.5Ω的電阻，在x≥0處有一水平面垂直的均勻磁場(chǎng)，磁感應強度B=0.5T.一質(zhì)量為m=0.1kg的金屬直桿垂直放置在導軌上，并以v0=2m/s的初速度進(jìn)入磁場(chǎng)，在安培力和一垂直于直桿的水平外力F的共同作用下做勻變速直線(xiàn)運動(dòng)，加速度大小為a=2m/s2、方向與初速度方向相反.設導軌和金屬桿的電阻都可以忽略，且連接良好.求：

　　(1)電流為零時(shí)金屬桿所處的位置;

　　(2)電流為最大值的一半時(shí)施加在金屬桿上外力F的大小和方向;

　　(3)保持其他條件不變，而初速度v0取不同值，求開(kāi)始時(shí)F的方向與初速度v0取得的關(guān)系.

　　[例4]如圖所示，水平面上有兩電阻不計的光滑金屬導軌平行固定放置，間距d 為0.5米，左端通過(guò)導線(xiàn)與阻值為2歐姆的電阻R連接，右端通過(guò)導線(xiàn)與阻值為4歐姆的小燈泡L連接;在CDEF矩形區域內有豎直向上均勻磁場(chǎng)，CE長(cháng)為2米，CDEF區域內磁場(chǎng)的磁感應強度B如圖所示隨時(shí)間t變化;在t=0s時(shí)，一阻值為2歐姆的金屬棒在恒力F作用下由靜止從AB位置沿導軌向右運動(dòng)，當金屬棒從AB位置運動(dòng)到EF位置過(guò)程中，小燈泡的亮度沒(méi)有發(fā)生變化.求：

　　(1)通過(guò)的小燈泡的電流強度;

　　(2)恒力F的大小;

　　(3)金屬棒的質(zhì)量.

　　例5.如圖所示，有兩根和水平方向成.角的光滑平行的金屬軌道，上端接有可變電阻R，下端足夠長(cháng)，空間有垂直于軌道平面的勻強磁場(chǎng)，磁感強度為及一根質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下.經(jīng)過(guò)足夠長(cháng)的時(shí)間后，金屬桿的速度會(huì )趨近于一個(gè)最大速度vm，則 ( )

　　A.如果B增大，vm將變大

　　B.如果α變大，vm將變大

　　C.如果R變大，vm將變大

　　D.如果m變小，vm將變大

　　例6.如圖所示，A線(xiàn)圈接一靈敏電流計，B線(xiàn)框放在勻強磁場(chǎng)中，B線(xiàn)框的電阻不計，具有一定電阻的導體棒可沿線(xiàn)框無(wú)摩擦滑動(dòng)，今用一恒力F向右拉CD由靜止開(kāi)始運動(dòng)，B線(xiàn)框足夠長(cháng)，則通過(guò)電流計中的電流方向和大小變化是( )

　　A.G中電流向上，強度逐漸增強

　　B.G中電流向下，強度逐漸增強

　　C.G中電流向上，強度逐漸減弱，最后為零

　　D.G中電流向下，強度逐漸減弱，最后為零

　　例7.如圖所示，一邊長(cháng)為L(cháng)的正方形閉合導線(xiàn)框，下落中穿過(guò)一寬度為d(d>L)的勻強磁場(chǎng)區，設導線(xiàn)框在穿過(guò)磁場(chǎng)區的過(guò)程中，不計空氣阻力，它的上下兩邊保持水平，線(xiàn)框平面始終與磁場(chǎng)方向垂直做加速運動(dòng)，若線(xiàn)框在位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ時(shí)，其加速度a1，a2，a3的方向均豎直向下，則( )

　　A.a1=a3

　　B.a1=a3

　　C.a1

　　D.a3

　　例8.如圖所示，處于勻強磁場(chǎng)中的兩根足夠長(cháng)、電阻不計的平行金屬導軌相距1m，導軌平面與水平面成θ=37o角，下端連接阻值為R的電阻，勻強磁場(chǎng)方向與導軌平面垂直，質(zhì)量為0.2kg，電阻不計的金屬棒放在兩導軌上，棒與導軌垂直并保持良好接觸，它們之間的動(dòng)摩擦因數為0.25.

　　(1)求金屬棒沿導軌由靜止開(kāi)始下滑時(shí)的加速度大小;

　　(2)當金屬棒下滑速度達到穩定時(shí)，電阻R消耗的功率為8W，求該速度的大小;

　　(3)在上問(wèn)中，若R=2Ω，金屬棒中的電流方向由a到b，求磁感應強度的大小與方向.(g=10m/s2，sin37o=0.6，cos37o=0.8)