课时3 电磁感应中的动力学问题、能量问题
一、电磁感应现象中的动力学问题
1.安培力的大小
⇒F=
2.安培力的方向
(1)先用右手定则判定感应电流方向,再用左手定则判定安培力方向。
(2)根据楞次定律,安培力的方向一定和导体切割磁感线运动方向相反。
二、电磁感应中的能量转化
1.过程分析
(1)电磁感应现象中产生感应电流的过程,实质上是能量的转化过程。
(2)感应电流在磁场中受安培力,若克服安培力做功,则其他形式的能转化为电能;若安培力做正功,则电能转化为其他形式的能。
(3)当感应电流通过用电器时,电能转化为其他形式的能。
2.安培力做功和电能变化的对应关系
“外力”克服安培力做多少功,就有多少其他形式的能转化为电能;安培力做多少功,就有多少电能转化为其他形式的能。
考点一 电磁感应中的动力学问题分析
电磁感应中通过导体的感应电流,在磁场中将受到安培力的作用,因此,电磁感应问题往往和力学、运动学等问题联系在一起。
(1)导体两种状态及处理方法
①导体的平衡态——静止状态或匀速直线运动状态。
处理方法:根据平衡条件合外力为零列式分析。
②导体的非平衡态——加速度不为零。
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。
(2)电磁感应中动力学问题的分析思路
①首先作“源”的分析——分离出电路中由电磁感应所产生的电源,求出电源参数E和I;E=Blv,I=
。
②再进行“路”的分析——分析电路结构,弄清串、并联关系,求出相关部分的电流大小,以便求解安培力;F安=BIl或
,
③然后是“力”的分析——分析研究对象(常是金属杆、导体线圈等)的受力情况,尤其注意其所受的安培力;F合=ma。
④接着进行“运动”状态的分析——根据力和运动的关系,判断出正确的运动模型。由于安培力是变力,导体棒做变加速或变减速运动,当加速度为零时,达到稳定状态,最后做匀速直线运动,根据共点力平衡条件列平衡方程:F合=0
(3)电磁感应中动力学问题的两类常见模型
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类型
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“电—动—电”型
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“动—电—动”型
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示
意
图
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已知
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棒ab长L,质量m,电阻R;导轨光滑水平,电阻不计
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棒ab长L,质量m,电阻R;导轨光滑,电阻不计
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分析
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S闭合,棒ab受安培力F= ,此时a= ,棒ab速度v↑→感应电动势BLv↑→电流I↓→安培力F=ILB↓→加速度a↓,当安培力F=0时,a=0,v最大,最后匀速
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棒ab释放后下滑,此时a=gsin α,棒ab速度v↑→感应电动势E=BLv↑→电流I= ↑→安培力F=ILB↑→加速度a↓,当安培力F=mgsin α时,a=0,v最大,最后匀速
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运动
形式
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变加速运动
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变加速运动
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最终
状态
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匀速运动vm=
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匀速运动vm=
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