《高考物理热点题型应考秘籍：9.4-电磁感应中的动力学和能量问题（解析版）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理热点题型应考秘籍：9.4-电磁感应中的动力学和能量问题（解析版）（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、该资料由 友情提供【高频考点解读】1受力分析与运动分析 2应用牛顿运动定律和运动学规律解答电磁感应问题 【热点题型】题型一 电磁感应中的动力学问题例 1、如图 941 所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角 30的斜面上，导轨电阻不计，间距 L0.4 m。导轨所在空间被分成区域和，两区域的边界与斜面的交线为 中的匀强磁场方向垂直斜面向下，中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小均为 B。在区域中，将质量 .1 阻 的金属条 好不下滑。然后，在区域中将质量 .4 阻 的光滑导体棒 于导轨上，由静止开始下滑。滑动过程中始终处于区域的磁场中，ab、终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，
2、取 g10 m/：图 941该资料由 友情提供(1)滑的过程中，的电流方向；(2)要向上滑动时，速度 v 多大；(3)从 始下滑到 要向上滑动的过程中， 动的距离 x3.8 m，此过程中 产生的热量 Q 是多少。设 受安培力为 F 安 ，有 F 安 答案】(1)由 a 流向 b(2)5 m/s(3)J【方法规律】用“四步法” 分析电磁感应中的动力学问题解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是“先电后力”，具体思路如下：该资料由 友情提供【提分秘籍】1两种状态及处理方法状态 特征 处理方法平衡态 加速度为零 根据平衡条件列式分析非平衡态 加速度不为零 根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系进行
3、分析2力学对象和电学对象的相互关系3动态分析的基本思路解决这类问题的关键是通过运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度求最大值或最小值的条件。具体思路如下：【举一反三】 如图 943 所示，间距 l0.3 m 的平行金属导轨 别固定在两个竖直面内。在水平面 域内和倾角 37的斜面 域内分别有磁感应强度 、方该资料由 友情提供1 T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场。电阻 R、质量 .1 为 l 的相同导体杆 K、S、Q 分别放置在导轨上，S 杆的两端固定在 b1、b 2 点，K 、Q 杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好。一端系于 K 杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂，绳上穿
4、有质量 小环。已知小环以 a 6 m/加速度沿绳下滑，K 杆保持静止，Q 杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力 F 作用下匀速运动。不计导轨电阻和滑轮摩擦，绳不可伸长。取 g10 m/s2，70.6，7图 943(1)小环所受摩擦力的大小；(2)Q 杆所受拉力的瞬时功率。解析：(1)以小环为研究对象，由牛顿第二定律 fm 2f题型二 电磁感应中的能量问题该资料由 友情提供、如图 945 所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为 L，长为 3d，导轨平面与水平面的夹角为 ，在导轨的中部刷有一段长为 d 的薄绝缘涂层。匀强磁场的磁感应强度大小为 B，方向与导轨平面垂直。质量为 m 的导体棒从
5、导轨的顶端由静止释放，在滑上涂层之前已经做匀速运动，并一直匀速滑到导轨底端。导体棒始终与导轨垂直，且仅与涂层间有摩擦，接在两导轨间的电阻为 R，其他部分的电阻均不计，重力加速度为 g。求：图 945(1)导体棒与涂层间的动摩擦因数 ；(2)导体棒匀速运动的速度大小 v；(3)整个运动过程中，电阻产生的焦耳热 Q。【解析】(1)在绝缘涂层上导体棒受力平衡有解得 该资料由 友情提供【答案】(1)(2)2法规律】求解电能应分清两类情况(1)若回路中电流恒定，可以利用电路结构及 W QI 2接进行计算。(2)若电流变化，则：利用安培力做的功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功；利用能量守恒
6、求解：若只有电能与机械能的转化，则机械能的减少量等于产生的电能。【提分秘籍】 1能量转化及焦耳热的求法(1)能量转化其 他 形 式的 能 量 克 服 安 培 力 做 功 电能 电 流 做 功 焦 耳 热 或 其 他形 式 的 能 量(2)求解焦耳热 Q 的三种方法该资料由 友情提供电能求解的三种思路(1)利用克服安培力求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功；(2)利用能量守恒或功能关系求解；(3)利用电路特征来求解：通过电路中所产生的电能来计算。3解题的一般步骤(1)确定研究对象 (导体棒或回路)；(2)弄清电磁感应过程中，哪些力做功，哪些形式的能量相互转化；(3)根据能量守恒定律列
7、式求解。【举一反三】 47 所示，足够长的光滑平行金属导轨 Q 竖直放置，一匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端 M 与 P 间连接阻值为 R 的电阻，质量为 m阻为r 的金属棒 贴在导轨上。现使金属棒 静止开始下滑，其下滑距离与时间的关系如下表所示，导轨电阻不计，重力加速度 g 取 10 m/求：图 947时间 t(s) 0 s(m) 0 )当 t0.7 s 时，重力对金属棒 功的功率；(2)金属棒 开始运动的 0.7 s 内，电阻 R 上产生的焦耳热；(3)从开始运动到 t0.4 s 的时间内，通过金属棒 电荷量。该资料由 友情提供 |W 安 |J。r(3)当金属棒 速下落时，G F 安
8、，则，解得 q C。R r 1)2)3) 电磁感应中的杆导轨模型 例 3、如图 948 所示，间距为 L，电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端用一阻值为 R 的电阻连接，导轨上横跨一根质量为 m，电阻也为 R 的金属棒，金属棒与导轨接触良好。整个装置处于竖直向上、磁感应强度为 B 的匀强磁场中。现使金属棒以初速度 金属棒在整个运动过程中通过的电荷量为 q。下列说法正确的是( )图 948A金属棒在导轨上做匀减速运动B整个过程中电阻 R 上产生的焦耳热为个过程中金属棒在导轨上发生的位移为个过程中金属棒克服安培力做功为情提供【答案】D【提分秘籍】这类问题的实质是不同形式的能量的转化过
9、程，从功和能的观点入手，弄清导体切割磁感线运动过程中的能量转化关系，处理这类问题有三种观点，即：力学观点；能量观点；图像观点。单杆模型中常见的四种情况模型一(v 00) 模型二(v 00) 模型三(v 00) 模型四(v 00)示意图 单杆 一定初速度光滑水平轨道上滑动，质量为 m，电阻不计，两导轨间距为 杆 量为m，电阻不计，两导轨间距为 杆 量为m，电阻不计，两导轨间距为L，拉力 F 恒定轨道水平光滑，单杆 m，电阻不计，两导轨间距为 L，拉力 F 恒定力学观点导体杆以速度 v 切割磁感线产生感应电动势 E电流I ，安培力，做减 闭合，受安培力 F ，a ，度 v感应电动势I安开始时 a
10、，度 v感应电动势EI安培力 F 安由F F 安 开始时 a ，杆 度感应电动势E经过 t 速度为vv，此时感应电动势E BL(vv) ， t 时间内流入电容器的电荷量qC( EE)该资料由 友情提供Fa，当v0 时，F 0，a0 ，杆保持静止培力 F 加速度 a，当E 感 E 时，v 最大，且 当 a0 时，v 最大，v m流I 安 安B 2F 安a ，所 0电源输出的电能转化为动能 W 电 的功一部分转化为杆的动能，一部分产生电热： 的功一部分转化为动能，一部分转化为电场能： 一反三】 如图 949 所示，长平行导轨 N 光滑，相距 l0.5 m，处在同一水平面中，磁感应强度 B 的匀强磁
11、场竖直向下穿过导轨面。横跨在导轨上的直导线 质量 m0.1 阻 R，导轨电阻不计。导轨间通过开关 S 将电动势 E、内电阻 r 的电池接在 M、P 两端，试计算分析：图 949(1)导线 加速度的最大值和速度的最大值是多少？(2)在闭合开关 S 后，怎样才能使 恒定的速度 v7.5 m/s 沿导轨向右运动？试描述这时电路中的能量转化情况(通过具体的数据计算说明 )。该资料由 友情提供作用于 恒力( F)的功率：P电阻(Rr )产生焦耳热的功率：PI 2(Rr ) 逆时针方向的电流 I，从电池的正极流入，负极流出，电池处于“充电” 状态，吸收能量，以化学能的形式储存起来。电池吸收能量的功率：PIE W由上看出，P PP，符合能量转化和守恒定律( 沿水平面匀速运动机械能不变) 。【答案】见解析【高考押题】1(多选) 如图 1 所示，两足够长平行金属导轨固定在水平面上，匀强磁场方向垂直导轨平面向下，金属棒 ab、导轨构成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动，两金属棒 ab、质量之比为 21。用一沿导轨方向的恒力 F 水平向右拉金属棒 过足够长时间以后()图 1该资料由 友情提供金属棒 ab、
