《2019版高考物理总复习第十章电磁感应能力课2电磁感应中的动力学和能量问题课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019版高考物理总复习第十章电磁感应能力课2电磁感应中的动力学和能量问题课件（31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，两根平行金属导轨导轨 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，下列说说法正确的是(
2、 )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)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B0.5 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( )A.ab受到的拉力大小
3、为为2 NB.ab向上运动动的速度为为2 m/sC.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图图2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(dL)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。t0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vt图图象中，可能正确描述上述过过程的是()图图
4、3解析 导线框开始进入磁场过程，通过导线框的磁通量增大，有感应电流，进而受到与运动方向相反的安培力作用，速度减小，感应电动势减小，感应电流减小，安培力减小，导线框的加速度减小，vt图线的斜率减小；导线框全部进入磁场后，磁通量不变，无感应电流，导线框做匀速直线运动；导线框从磁场中出来的过程，有感应电流，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：【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 370.6)，间间距为
5、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g10 m/s2，求：(1)当金属杆的速度为为4 m/s时时，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。图图4解析 (1)对金属杆ab应用牛顿第二定律，有Fmgsin F安fma，fFN，FNmgc
6、os ab杆所受安培力大小为F安BILab杆切割磁感线产生的感应电动势为EBLv代入vm8 m/s时a0，解得F8 N代入v4 m/s及F8 N，解得a4 m/s2回路中的磁通量变化量为BLx，联立解得q3 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L0.4 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
7、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B0.5 T。在区域中，将质质量m10.1 kg、电电阻R10.1 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m20.4 kg，电电阻R20.1 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 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g10 m/s2，问问：(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
8、距离x3.8 m，此过过程中ab上产产生的热热量Q是多少？图图5解析 (1)由右手定则可判断出cd中的电流方向为由d到c，则ab中电流方向为由a流向b。(2)开始放置时ab刚好不下滑，ab所受摩擦力为最大静摩擦力，设其为Fmax，有Fmaxm1gsin 设ab刚要上滑时，cd棒的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律有EBLv设ab所受安培力为F安，有F安BIL此时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 综合式，代入数据解得v5 m/s(3)设cd棒运动过程中在电路中产生的总热量为Q总，答案 (1)由a流向b (2)5 m/s (3)1.3 J解电磁感应现象
9、中的能量问题的一般步骤(1)在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源。(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生了相互转化。(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 (不计计电电阻)，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
10、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：(1)ab棒在N处进处进 入磁场场区速度是多大？此时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？图图6解析 (1)ab棒由M下滑到N过程中机械能守恒，故(2)ab棒在安培力作用下做减速运动，cd棒在安培力作用下做加速运动，当两棒速度达到相同速度v时，电路中电流为零，安培力为零，cd达到最大速度。(3)系统释放的热量应等于系统机械能的减少量，【变式训练2】 (2018河北五名校联盟二模)如图图7
11、所示，MN、PQ两平行光滑水平导轨导轨 分别别与半径r0.5 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M2 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m1 kg的ab金属杆以初速度v012 m/s水平向右运动动，与cd绝缘绝缘 杆发发生正碰后，进进入磁场场并最终终未滑出，cd绝绝缘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杆通过过半圆导轨圆导轨 最高
12、点以后的运动动)求：(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。图图7解析 (1)cd绝缘杆通过半圆导轨最高点时，解得碰撞后cd绝缘杆的速度v25 m/s，两杆碰撞过程中动量守恒，有mv0mv1Mv2，解得碰撞后ab金属杆的速度v12 m/s，“杆导轨导轨 ”模型题源：人教版选修32P21T3设图设图 4.55中的磁感应应强度B1 T，平行导轨导轨宽宽l1 m，金属棒PQ以1 m/s速度贴贴着导轨导轨 向右运动动，R1 ，其他电电阻不计计。图图4.55 导导体PQ向右运动动(1)运动动的导线导线 会产产生感应电动势应电动势 ，相当于电电
13、源。用电电池等符号画出这这个装置的等效电电路图图。(2)通过过R的电电流方向如何？大小等于多少？拓展1 (2018湖南省五市十校高三联考)如图图8所示，两平行的光滑导轨导轨 固定在同一水平面内，两导轨间导轨间 距离为为L，金属棒ab垂直于导轨导轨 ，金属棒两端与导轨导轨 接触良好，在导轨导轨 左端接入阻值为值为 R的定值电值电 阻，整个装置处处于竖竖直向下的磁感应应强度为为B的匀强磁场场中。与R相连连的导线导线 、导轨导轨 和金属棒的电电阻均可忽略不计计。用平行于导轨导轨 向右的大小为为F的力拉金属棒，使金属棒以大小为为v的速度向右匀速运动动，下列说说法正确的是( )图图8答案 BD拓展2 (
14、2016全国卷，24)如图图9，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的金属杆置于导轨导轨 上，t0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9解析 (1)设金属杆进入磁场前的加速度大小为
15、a，由牛顿第二定律得Fmgma设金属杆到达磁场左边界时的速度为v，由运动学公式有vat0当金属杆以速度v在磁场中运动时，由法拉第电磁感应定律知产生的电动势为EBlv式中R为电阻的阻值。金属杆所受的安培力为F安BlI因金属杆做匀速运动，有FmgF安0拓展3 (2017江苏单科，13)如图图10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 光滑且足够够长长，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10(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。解析 (1)感应电动势EBdv0(2)安培力FBId(3)金属杆切割磁感线的速度vv0v，则感应电动势EBd(v0v)
