高三物理教案：《電磁感應中的力學問題》教學設計

　　本文題目：高三物理教案：電磁感應中的力學問題

　　【知識要點回顧】

　　1.基本思路

　　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求回路電流;

　　③分析導體受力情況(包含安培力，用左手定則確定其方向);

　　④列出動力學方程或平衡方程并求解.

　　2. 動態問題分析

　　(1)由于安培力和導體中的電流、運動速度均有關，所以對磁場中運動導體進行動態分析十分必要，當磁場中導體受安培力發生變化時，導致導體受到的合外力發生變化，進而導致加速度、速度等發生變化;反之，由于運動狀態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.

　　(2)思考路線：導體受力運動產生感應電動勢→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狀態.分析時，要畫好受力圖，注意抓住a=0時速度v達到最值的特點.

　　【要點講練】

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

　　A.ef將減速向右運動，但不是勻減速

　　B.ef將勻減速向右運動，最后停止

　　C.ef將勻速向右運動

　　D.ef將往返運動

　　[例2]如圖甲所示，兩根足夠長的直金屬導軌MN、PQ平行放置在傾角為??的絕緣斜面上，兩導軌間距為L.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小;

　　(3)求在下滑過程中，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，磁感應強度B=0.5T.一質量為m=0.1kg的金屬直桿垂直放置在導軌上，并以v0=2m/s的初速度進入磁場，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運動，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)電流為零時金屬桿所處的位置;

　　(2)電流為最大值的一半時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，求開始時F的方向與初速度v0取得的關系.

　　[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，左端通過導線與阻值為2歐姆的電阻R連接，右端通過導線與阻值為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，CE長為2米，CDEF區域內磁場的磁感應強度B如圖所示隨時間t變化;在t=0s時，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，當金屬棒從AB位置運動到EF位置過程中，小燈泡的亮度沒有發生變化.求：

　　(1)通過的小燈泡的電流強度;

　　(2)恒力F的大小;

　　(3)金屬棒的質量.

　　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，空間有垂直于軌道平面的勻強磁場，磁感強度為及一根質量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下.經過足夠長的時間后，金屬桿的速度會趨近于一個最大速度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線圈接一靈敏電流計，B線框放在勻強磁場中，B線框的電阻不計，具有一定電阻的導體棒可沿線框無摩擦滑動，今用一恒力F向右拉CD由靜止開始運動，B線框足夠長，則通過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，一邊長為L的正方形閉合導線框，下落中穿過一寬度為d(d>L)的勻強磁場區，設導線框在穿過磁場區的過程中，不計空氣阻力，它的上下兩邊保持水平，線框平面始終與磁場方向垂直做加速運動，若線框在位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ時，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，處于勻強磁場中的兩根足夠長、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，勻強磁場方向與導軌平面垂直，質量為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，它們之間的動摩擦因數為0.25.

　　(1)求金屬棒沿導軌由靜止開始下滑時的加速度大小;

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

　　(3)在上問中，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)