《高考物理创新大一轮（基础课+能力课+实验课）教科课件：第十章 电磁感应 能力课2 .ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理创新大一轮（基础课+能力课+实验课）教科课件：第十章 电磁感应 能力课2 .ppt（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、能力课2 电磁感应中的动力学和能量问题 热考点 电磁感应中的动力学问题 1 两种状态及处理方法 状态态特征处处理方法 平衡态态加速度为为零根据平衡条件列式分析 非平衡态态加速度不为为零 根据牛顿顿第二定律进进行动态动态 分析或结结合功 能关系进进行分析 2 电学对象与力学对象的转换及关系 命题角度1 导体棒处于静止状态 例1 2017 天津理综 3 如图图1所示 两根平行金属导导 轨轨置于水平面内 导轨导轨 之间间接有电电阻R 金属棒ab与两导轨导轨 垂直并保持良好接触 整个装置放在匀强磁场场中 磁场场方向 垂直于导轨导轨 平面向下 现现使磁感应应强度随时间时间 均匀减小 ab 始终终保持静止
2、 下列说说法正确的是 A ab中的感应电应电 流方向由b到aB ab中的感应电应电 流逐渐渐减小 C ab所受的安培力保持不变变D ab所受的静摩擦力逐渐渐减小 图图1 答案 D 命题角度2 导体棒做匀速运动 例2 多选选 一空间间有垂直纸纸面向里的匀强磁场场B 两条电电阻不 计计的平行光滑导轨竖导轨竖 直放置在磁场场内 如图图2所示 磁感应应强度B 0 5 T 导导体棒ab cd长长度均为为0 2 m 电电阻均为为0 1 重力均为为0 1 N 现现用力向上拉动导动导 体棒ab 使之匀速上升 导导体棒ab cd与导轨导轨 接触良好 此时时cd静止不动动 则则ab上升时时 下列说说法正确的是 图
3、图2 A ab受到的拉力大小为为2 N B ab向上运动动的速度为为2 m s C 在2 s内 拉力做功 有0 4 J的机械能转转化为电为电 能 D 在2 s内 拉力做功为为0 6 J 答案 BC 命题角度3 变加速直线运动问题 例3 如图图3 在光滑水平桌面上有一边长为边长为 L 电电阻为为R的正方形导线导线 框 在 导线导线 框右侧侧有一宽宽度为为d d L 的条形匀强磁场场区域 磁场场的边边界与导线导线 框 的一边边平行 磁场场方向竖竖直向下 导线导线 框以某一初速度向右运动动 t 0时导线时导线 框的右边边恰与磁场场的左边边界重合 随后导线导线 框进进入并通过过磁场场区域 下列v t
4、图图像中 可能正确描述上述过过程的是 图图3 解析 导线导线 框开始进进入磁场过场过 程 通过导线过导线 框的磁通量增大 有感应电应电 流 进进而 受到与运动动方向相反的安培力作用 速度减小 感应电动势应电动势 减小 感应电应电 流减小 安培力减小 导线导线 框的加速度减小 v t图线图线 的斜率减小 导线导线 框全部进进入磁 场场后 磁通量不变变 无感应电应电 流 导线导线 框做匀速直线线运动动 导线导线 框从磁场场中出来 的过过程 有感应电应电 流 又会受到安培力阻碍作用 速度减小 加速度减小 选项选项 D 正确 答案 D 用 四步法 分析电磁感应中的动力学问题 解决电电磁感应应中的动动力
5、学问题问题 的一般思路是 先电电后力 具体思路如下 变式训练1 足够长够长 的平行金属导轨导轨 MN和PQ表面粗糙 与 水平面间间的夹夹角为为 37 sin 37 0 6 间间距为为1 m 垂直 于导轨导轨 平面向上的匀强磁场场的磁感应应强度的大小为为4 T P M间间所接电电阻的阻值为值为 8 质质量为为2 kg的金属杆ab垂直导轨导轨 放置 不计计杆与导轨导轨 的电电阻 杆与导轨间导轨间 的动动摩擦因数为为 0 25 金属杆ab在沿导轨导轨 向下且与杆垂直的恒力F作用下 由 静止开始运动动 杆的最终终速度为为8 m s 取g 10 m s2 求 图图4 1 当金属杆的速度为为4 m s时时
6、 金属杆的加速度大小 2 当金属杆沿导轨导轨 的位移为为6 0 m时时 通过过金属杆的电电荷量 解析 1 对对金属杆ab应应用牛顿顿第二定律 有F mgsin F安 f ma f N N mgcos ab杆所受安培力大小为为F安 BIL ab杆切割磁感线产线产 生的感应电动势为应电动势为 E BLv 代入vm 8 m s时时a 0 解得F 8 N 代入v 4 m s及F 8 N 解得a 4 m s2 回路中的磁通量变变化量为为 BLx 联联立解得q 3 C 答案 1 4 m s2 2 3 C 热考点 电磁感应中的能量问题 1 电磁感应中的能量转化 2 求解焦耳热Q的三种方法 命题角度1 电磁感
7、应现象与能量守恒定律的综合 例4 如图图5所示 两根足够长够长 的平行金属导轨导轨 固定在倾倾角 30 的斜面上 导轨电导轨电 阻不计计 间间距L 0 4 m 导轨导轨 所在空间间被分成区域 和 两区域的边边 界与斜面的交线为线为 MN 中的匀强磁场场方向垂直斜面向下 中的匀强磁场场方 向垂直斜面向上 两磁场场的磁感应应强度大小均为为B 0 5 T 在区域 中 将质质量 m1 0 1 kg 电电阻R1 0 1 的金属条ab放在导轨导轨 上 ab刚刚好不下滑 然后 在 区域 中将质质量m2 0 4 kg 电电阻R2 0 1 的光滑导导体棒cd置于导轨导轨 上 由静 止开始下滑 cd在滑动过动过
8、程中始终处终处 于区域 的磁场场中 ab cd始终终与导轨导轨 垂 直且两端与导轨导轨 保持良好接触 取g 10 m s2 问问 图图5 1 cd下滑的过过程中 ab中的电电流方向 2 ab刚刚要向上滑动时动时 cd的速度v多大 3 从cd开始下滑到ab刚刚要向上滑动动的过过程中 cd滑动动的距离x 3 8 m 此过过程 中ab上产产生的热热量Q是多少 解析 1 由右手定则则可判断出cd中的电电流方向为为由d到c 则则ab中电电流方向为为由a流向b 2 开始放置时时ab刚刚好不下滑 ab所受摩擦力为为最大静摩擦 力 设设其为为fmax 有fmax m1gsin 设设ab刚刚要上滑时时 cd棒的
9、感应电动势为应电动势为 E 由法拉第电电磁感应应定律有E BLv 设电设电 路中的感应电应电 流为为I 由闭闭合电电路欧姆定律有 设设ab所受安培力为为F安 有F安 BIL 此时时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下 由平衡条件有F安 m1gsin fmax 综综合 式 代入数据解得v 5 m s 解得Q 1 3 J 答案 1 由a流向b 2 5 m s 3 1 3 J 解电磁感应现象中的能量问题的一般步骤 1 在电电磁感应应中 切割磁感线线的导导体或磁通量发发生变变化的回路将产产生 感应电动势应电动势 该导该导 体或回路就相当于电电源 2 分析清楚有哪些力做功 就可以知道有哪些形式的能量发发
10、生了相互 转转化 3 根据能量守恒列方程求解 命题角度2 电磁感应现象与动量守恒定律的综合 例5 如图图6所示 两根间间距为为l的光滑金属导轨导轨 不计电计电 阻 由一段圆圆弧部 分与一段无限长长的水平段部分组组成 其水平段加有竖竖直向下方向的匀强磁场场 磁感应应强度为为B 导轨导轨 水平段上静止放置一金属棒cd 质质量为为2m 电电阻为为2r 另一质质量为为m 电电阻为为r的金属棒ab 从圆圆弧段M处处由静止释释放下滑至N处进处进 入 水平段 棒与导轨导轨 始终终垂直且接触良好 圆圆弧段MN半径为为R 所对圆对圆 心角为为 60 求 图图6 1 ab棒在N处进处进 入磁场场区速度是多大 此时
11、时棒中电电流是多少 2 cd棒能达到的最大速度是多大 3 cd棒由静止到达最大速度过过程中 系统统所能释释放的热热量是多少 3 系统释统释 放的热热量应应等于系统统机械能的减少量 变式训练2 2018 河北五名校联盟模拟 如图图7所示 MN PQ两平行光滑水 平导轨导轨 分别别与半径r 0 5 m 的相同竖竖直半圆导轨圆导轨 在N Q端平滑连连接 M P端 连连接定值电值电 阻R 质质量M 2 kg的cd绝缘绝缘 杆垂直且静止在水平导轨导轨 上 在其右侧侧 至N Q端的区域内充满竖满竖 直向上的匀强磁场场 现现有质质量m 1 kg的ab金属杆以 初速度v0 12 m s水平向右运动动 与cd绝
12、缘绝缘 杆发发生正碰后 进进入磁场场并最终终未滑 出 cd绝缘绝缘 杆则则恰好能通过过半圆导轨圆导轨 最高点 不计计除R以外的其他电电阻和摩擦 ab金属杆始终终与导轨导轨 垂直且接触良好 g取10 m s2 不考虑虑cd杆通过过半圆导圆导 轨轨最高点以后的运动动 求 图图7 1 cd绝缘绝缘 杆通过过半圆导轨圆导轨 最高点时时的速度大小v 2 电电阻R产产生的焦耳热热Q 解析 1 cd绝缘绝缘 杆通过过半圆导轨圆导轨 最高点时时 2 发发生正碰后cd绝缘绝缘 杆滑至最高点的过过程中 由动动能定理有 解得碰撞后cd绝缘绝缘 杆的速度v2 5 m s 两杆碰撞过过程中动动量守恒 有mv0 mv1
13、Mv2 解得碰撞后ab金属杆的速度v1 2 m s 解得Q 2 J 杆 导轨导轨 模型 题源 教科版选修3 2 P33 T1 如图图所示 导导体cd在水平放置的光滑导线导线 框上向右做匀速运 动动 线线框中接有R 0 4 的电电阻 置于磁感应应强度B 0 1 T 的匀强磁场场中 磁场场方向垂直于纸纸面向内 设设ab的长长度L 0 4 m 电电阻Rcd 0 1 运动动速度v 5 m s 导导体线线框的电电阻 不计计 1 电电路abcd中相当于电电源的部分是 点相当于电电源的正极 2 电电源的电动势电动势 即产产生的感应电动势应电动势 E V 电电路abcd中的电电流I A 3 导导体cd所受安培
14、力的大小F安 N 方向 使导导体cd向右匀速 运动动所需的外力F外 N 4 外力做功的功率P外 Fv W 5 电电源的功率P EI W 6 电电源内部消耗的功率P1 W 电电阻R上消耗的功率P2 W 拓展1 2016 全国卷 24 如图图8 水平面 纸纸面 内间间距为为l的平 行金属导轨间导轨间 接一电电阻 质质量为为m 长长度为为l的金属杆置于导导 轨轨上 t 0时时 金属杆在水平向右 大小为为F的恒定拉力作用下 由静止开始运动动 t0时时刻 金属杆进进入磁感应应强度大小为为B 方 向垂直于纸纸面向里的匀强磁场场区域 且在磁场场中恰好能保持匀 速运动动 杆与导轨导轨 的电电阻均忽略不计计 两
15、者始终终保持垂直且接 触良好 两者之间间的动动摩擦因数为为 重力加速度大小为为g 求 1 金属杆在磁场场中运动时产动时产 生的电动势电动势 的大小 2 电电阻的阻值值 图图8 解析 1 设设金属杆进进入磁场场前的加速度大小为为a 由牛顿顿第二定律得 F mg ma 设设金属杆到达磁场场左边边界时时的速度为为v 由运动动学公式有 v at0 当金属杆以速度v在磁场场中运动时动时 由法拉第电电磁感应应定律知产产生的电动势为电动势为 E Blv 联联立 式可得 2 设设金属杆在磁场场区域中匀速运动时动时 金属杆中的电电流为为I 根据欧姆定律 式中R为电为电 阻的阻值值 金属杆所受的安培力为为F安 B
16、lI 因金属杆做匀速运动动 有F mg F安 0 联联立 式得 拓展2 2017 江苏单科 13 如图图9所示 两条相距d的平行金属导轨导轨 位于同一水平 面内 其右端接一阻值为值为 R的电电阻 质质量为为m的金属杆静置在导轨导轨 上 其左侧侧的 矩形匀强磁场场区域MNPQ的磁感应应强度大小为为B 方向竖竖直向下 当该该磁场场区域 以速度v0匀速地向右扫过扫过 金属杆后 金属杆的速度变为变为 v 导轨导轨 和金属杆的电电阻 不计计 导轨导轨 光滑且足够长够长 杆在运动过动过 程中始终终与导轨导轨 垂直且两端与导轨导轨 保持 良好接触 求 图图9 1 MN刚扫过刚扫过 金属杆时时 杆中感应电应电 流的大小I 2 MN刚扫过刚扫过 金属杆时时 杆的加速度大小a 3 PQ刚刚要离开金属杆时时 感应电应电 流的功率P 3 金属杆切割磁感线线的速度v v0 v 则则 感应电动势应电动势 E Bd v0 v
