《高考物理江苏专用一轮复习配套课件9.4电磁感应规律的综合应用二》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理江苏专用一轮复习配套课件9.4电磁感应规律的综合应用二（79页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4讲 电磁感应规律的综合应用(二) (动力学和能量),知识点 1 电磁感应中的动力学问题 【思维激活1】(多选)如图所示，竖直放置的两根足够长平行金属导轨相距L，导轨间接有一定值电阻R，质量为m、电阻为r的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触，且无摩擦，整个装置放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，现将金属棒由静止释放，金属棒下落高度为h时开始做匀速运动，在此过程中（ ）,A.金属棒的最大速度为 B.通过电阻R的电荷量为 C.金属棒克服安培力做的功等于电阻R上产生的热量 D.重力和安培力对金属棒做功的代数和等于金属棒动能的增加量,【解析】选B、D。金属棒由静止释放后，当a=
2、0时，速度最 大，即mg- =0，解得vm= A项错误。此过 程通过R的电荷量q= B项正确。金属 棒克服安培力做的功等于整个电路产生的热量，C项错误。 由动能定理知对金属棒有Ek=W重+W安，D项正确。,【知识梳理】 1.导体棒在磁场中切割磁感线运动产生感应电动势E=_， 满足_定则。 2.感应电流在磁场中受安培力F=_，满足_定则。 3.合外力是产生加速度的原因，而加速度反映了_变化的快慢。,Blv,右手,BIl,左手,速度,知识点 2 电磁感应中的能量问题 【思维激活2】如图所示，竖直放置的两根 平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不 能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良 好接触且无摩
3、擦，棒与导轨的电阻均不计， 整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨 平面垂直，棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，力F做的功与安培力做的功的代数和等于（ ） A.棒的机械能增加量 B.棒的动能增加量 C.棒的重力势能增加量 D.电阻R上放出的热量,【解析】选A。棒受重力G、拉力F和安培力F安的作用。由动能定理：WF+WG+W安=Ek得WF+W安=Ek+mgh，即力F做的功与安培力做功的代数和等于机械能的增加量，选项A正确。,【知识梳理】 1.感应电流遵从_所描述的方向，这是能量守恒定律的必然结果。 2.克服安培力做的功等于_。 3.在纯电阻电路中，电功等于_。,楞次定律,转化的电能
4、,电热,【微点拨】 1.电磁感应中求焦耳热时，不能直接用Q=I2Rt求解，而应用能量转化与守恒求解。 2.闭合回路中的导体棒在磁场中匀速运动时，受力平衡，此过程也有能量的转化。 3.闭合电路中的导体棒在磁场中做变速运动时，所受安培力不是恒力，一般随导体棒速度的变化而变化。 4.当导体棒的速度达到最大时，导体棒的加速度为零，所受合外力为零。,5.解决电磁感应中动力学问题的一般思路： (1)电路分析：确定电源，画出等效电路，明确内、外电路，分析电路的串、并联关系。 (2)受力分析：注意导体棒所受的安培力大小和方向。 (3)运动分析：对运动过程进行“慢进”式推理分析，应用牛顿第二定律对运动过程中各物
5、理量进行分析。 (4)方程与图像：根据牛顿第二定律、运动学公式列方程和绘制各运动阶段的图像。,6.解决电磁感应中能量问题的一般思路： (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向。 (2)画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率的表达式。 (3)分析导体机械能的变化，用动能定理或能量守恒定律，得到机械功率的改变所满足的方程。,考点1 电磁感应现象中的动力学问题 应用动力学观点和能量守恒定律解决电磁感应现象问题的思路和 方法。 1.电路：明确电源，画出等效电路，判断电流方向或电势高低。 2.受力分析和运动过程分析：导体棒在磁场中切割磁感线运动 时，动力学特征是,解题 技巧,3.牛
6、顿第二定律：通过分析导体棒的受力情况和运动情况，建立力和运动量之间的联系，计算稳定态的物理量或者对运动过程进行动态分析。,【题组通关方案】 【典题1】(16分)(2013新课标全国卷)如图，两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为，间距为L。导轨上端接有一平行板电容器，电容为C。导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨平面。在导轨上放置一质量为m的金属棒，棒可沿导轨下滑，且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触。已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为，重力加速度大小为g。忽略所有电阻。让金属棒从导轨上端由静止开始下滑，求：,(1)电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系； (2)金
7、属棒的速度大小随时间变化的关系。,【解题探究】 (1)金属棒下滑时，电容器极板间电压等于_。 (2)金属棒下滑时，流过金属棒的电流有什么特点? 提示：金属棒加速下滑时，电容器极板间电压增加，因此电 路中有充电电流，根据电流定义i= 可以确定电流大小。,电动势,【典题解析】(1)设金属棒下滑的速度大小为v，则感应电动 势为E=BLv (1分) 平行板电容器两极板之间的电势差为U=E (1分) 设此时电容器极板上积累的电荷量为Q，按定义有 C= (1分) 联立式得Q=CBLv (1分),(2)设金属棒的速度大小为v时经历的时间为t，通过金属棒 的电流为i。金属棒受到的磁场的作用力方向沿导轨向上，
8、大小为f1=BLi (2分) 设在时间间隔tt+t内流经金属棒的电荷量为Q，按定 义有i= (1分) Q也是平行板电容器在时间间隔tt+t内增加的电荷量。 由式得Q=CBLv (1分) 式中，v为金属棒的速度变化量。按定义有a= (1分) 金属棒所受到的摩擦力方向斜向上，大小为f2=N(1分),式中，N是金属棒对于导轨的正压力的大小，有 N=mgcos (1分) 金属棒在t时刻的加速度方向沿斜面向下，设其大小为a， 根据牛顿第二定律有mgsin-f1-f2=ma (1分) 联立至式得a= (2分) 由式及题设可知，金属棒做初速度为零的匀加速运动。 t时刻金属棒的速度大小为v= (2分) 答案：
9、(1)Q=CBLv (2)v=,【通关1+1】 1.(2013福建高考)如图，矩形闭合导体线框在匀强磁场上方，由不同高度静止释放，用t1、t2分别表示线框ab边和cd边刚进入磁场的时刻。线框下落过程形状不变，ab边始终保持与磁场水平边界线OO平行，线框平面与磁场方向垂直。设OO下方磁场区域足够大，不计空气影响，则下列哪一个图像不可能反映线框下落过程中速度v随时间t变化的规律（ ）,【解析】选A。设线框质量为m，电阻为R，线框ab边长为l， 磁感应强度为B， 线框自由下落刚进入磁场时速度为v，当 v 时，线框做加速度减小的加速运动，C可能；当 v= 时，线框做匀速运动，D可能；当v 时，线框做加
10、速度减小的减速运动直至匀速，B可能，A不可能，故选A。,2.(2011福建高考)如图所示，足 够长的U形光滑金属导轨平面与水平 面成角(090)，其中MN与PQ 平行且间距为L，导轨平面与磁感应 强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计。金属棒ab由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，ab棒接入电路的电阻为R，当流过ab棒某一横截面的电量为q时，棒的速度大小为v，则金属棒ab在这一过程中（ ）,A.运动的平均速度大小为 B.下滑的位移大小为 C.产生的焦耳热为qBLv D.受到的最大安培力大小为,【解析】选B。由E=BLv、I= 、F安=BIL可得导体棒的速度 为v时的安培力为
11、，D错；对导体棒受力分析如图甲所示，,据牛顿运动定律判断可得导体棒的运动情况如图乙所示， 由图乙可知导体棒这一过程的平均速度大于 ，A错；由法 拉第电磁感应定律得到导体棒这一过程的电量q= 因此 导体棒下滑的位移s= B对；由能量关系可得这一过程产 生的焦耳热Q= C错，故选B。,【加固训练】 1.如图所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个边长相等的单匝闭合正方形线圈和，分别用相同材料、不同粗细的导线绕制(为细导线)。两线圈在距磁场上界面h高处由静止开始自由下落，再进入磁场，最后落到地面。运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界。设线圈、落地时的速
12、度大小分别为v1、v2，在磁场中运动时产生的热量分别为Q1、Q2。不计空气阻力，则（ ）,A.v1Q2 D.v1=v2，Q1Q2,【解析】选D。设边长为L，匝数为n，密度为，导线的电 阻率为0，则导线的电阻R= 导线的横截面积为S， 则线圈的质量m=V=4nLS，设刚要进入磁场时的速度 为v0，则由机械能守恒定律可得：mgh= ，v0= 以 该时刻线圈为研究对象，进行受力分析，线圈受重力和安培 力作用，由牛顿第二定律可得：a=,对两个线圈来说，它们的加速度与横截面积无关，时刻相 同，所以在穿过磁场的过程中速度的变化是相同的，由于初 速度相同，所以末速度也是相同的。当线圈完全进入磁场后， 又做加
13、速度同为g的匀加速运动，所以最终速度相同，即 v1=v2。根据功能关系， Q=|WF安|，所以Q= 所以横截面积大的线圈产生的热量 大，即Q1Q2，选项D正确。,2.(2014成都模拟)两足够长的平行金属导轨间的距离为L，导轨光滑且电阻不计，导轨所在的平面与水平面夹角为，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度为B、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场。把一个质量为m的导体棒ab放在金属导轨上，在外力作用下保持静止，导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻为R1。完成下列问题：,(1)如图甲，金属导轨的一端接一个内阻为r的直流电源。撤去外力后导体棒仍能静止，求直流电源电动势；
14、(2)如图乙，金属导轨的一端接一个阻值为R2的定值电阻，撤去外力让导体棒由静止开始下滑。在加速下滑的过程中，当导体棒的速度达到v时，求此时导体棒的加速度； (3)求(2)问中导体棒所能达到的最大速度。,【解析】(1)回路中的电流为I= 导体棒受到的安培力为F安=BIL 对导体棒受力分析知F安=mgsin 联立三式解得：E=,(2)当导体棒ab速度为v时，感应电动势E=BLv，此时电路中 电流I= 导体棒ab受到安培力F=BIL= 根据牛顿运动定律，有ma=mgsin-F=mgsin- a=gsin- (3)当 =mgsin时，导体棒ab达到最大速度vm vm=,答案：(1) (2)gsin-
15、(3),考点2 电磁感应现象中的能量问题 1.导体切割磁感线或磁通量发生变化产生感应电流的过程就是机械能或其他形式的能转化成电能的过程。 2.克服安培力做的功等于转化的电能，纯电阻电路中，电能以内能形式消耗。 3.动能定理：合外力(包含安培力)所做的功等于导体棒动能的增量。,解题 技巧,4.能量转化和守恒定律： (1)判断选定的系统在某一过程中能量是否守恒。 (2)分析该过程中能量形式，哪种能量增加，哪种能量减少。 (3)增加的能量等于减少的能量。,【题组通关方案】 【典题2】(16分)(2011上海高考)电阻可忽略的光滑平行金属导轨长s=1.15m，两导轨间距L=0.75m，导轨倾角为30，
16、导轨上端ab接一阻值R=1.5的电阻，磁感应强度B=0.8T的匀强磁场垂直轨道平面向上。阻值r=0.5，质量m=0.2kg的金属棒与轨道垂直且接触良好，从轨道上端ab处由静止开始下滑至底端，在此过程中金属棒产生的焦耳热Qr=0.1J。(取g=10m/s2)求：,(1)金属棒在此过程中克服安培力做的功W安； (2)金属棒下滑速度v=2m/s时的加速度a。 (3)为求金属棒下滑的最大速度vm，有同学解答如下：由动 能定理W重-W安= 。由此所得结果是否正确?若正确，说明理由并完成本小题：若不正确，给出正确的解答。,【解题探究】 (1)克服安培力所做的功等于获得的_，电能又转化为 _。 (2)如何求金属棒的加速度? 提示：根据金属棒的受力情况求出合外力，结合牛顿第二定律求出加速
