《高考物理一轮总复习 第九章 第4讲 电磁感应定律的综合应用配套课件 新人教版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮总复习 第九章 第4讲 电磁感应定律的综合应用配套课件 新人教版（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4讲 电磁感应定律的综合应用(二)(动力学和能量)知识点知识点 1 1 电磁感应现象中的动力学问题电磁感应现象中的动力学问题1.1.安培力的大小安培力的大小安培力公式：安培力公式：F= _F= _感应电动势：感应电动势：E=_ E=_ 感应电流：感应电流： I IlB BB Blv v2.2.安培力的方向安培力的方向（1 1）先用）先用_判定感应电流方向，再用判定感应电流方向，再用_判定判定安培力方向。安培力方向。（2 2）根据楞次定律，安培力的方向一定和导体切割磁感线运）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动方向_。 右手定则右手定则左手定则左手定则相反相反知识点知识点
2、2 2 电磁感应现象中的能量问题电磁感应现象中的能量问题1.1.电磁感应现象的实质是电磁感应现象的实质是_的能和的能和_之间的转化。之间的转化。2.2.感应电流在磁场中受安培力，外力克服安培力做功，将其他感应电流在磁场中受安培力，外力克服安培力做功，将其他形式的能转化为形式的能转化为_，电流做功再将，电流做功再将_转化为其他形式的转化为其他形式的能。能。3.3.电流做功产生的热量与电流做功产生的热量与_做功相等。做功相等。 其他形式其他形式电能电能安培力安培力电能电能电能电能【思考辨析【思考辨析】(1)(1)判断感应电流的方向应该用左手定则，判断安培力的方向判断感应电流的方向应该用左手定则，判
3、断安培力的方向应该用右手定则。应该用右手定则。 ( )( )(2)(2)安培力总是阻碍导体棒的运动。安培力总是阻碍导体棒的运动。 ( )( )(3)(3)安培力的方向可以与运动方向相同，也可以与运动方向相安培力的方向可以与运动方向相同，也可以与运动方向相反。反。 ( )( )(4)(4)在电路中，安培力做功，电能转化为其他形式的能。在电路中，安培力做功，电能转化为其他形式的能。( )( )(5)(5)在电路中，安培力做正功，电能完全转化为电路的内能。在电路中，安培力做正功，电能完全转化为电路的内能。 ( )( )(6)(6)在电路中，电流做功，电能转化为其他形式的能。在电路中，电流做功，电能转
4、化为其他形式的能。( )( )(7)(7)电路中的电能增加，外力一定克服安培力做了功。电路中的电能增加，外力一定克服安培力做了功。( )( )分析分析: :导体运动产生感应电流时，可以用右手定则判断电流的导体运动产生感应电流时，可以用右手定则判断电流的方向方向, ,在判断安培力的方向时，可以用左手定则判断，在判断安培力的方向时，可以用左手定则判断，(1)(1)错；错；安培力的方向总是与相对运动方向相反，并不一定与运动方向安培力的方向总是与相对运动方向相反，并不一定与运动方向相反，可以与运动方向相同，也可以与运动方向相反，故阻碍相反，可以与运动方向相同，也可以与运动方向相反，故阻碍感应电路中，安
5、培力做功量度了电能的变化，安培力做正功，感应电路中，安培力做功量度了电能的变化，安培力做正功，电能转化为其他形式的能电能转化为其他形式的能( (如机械能、内能、化学能等如机械能、内能、化学能等) )，电能，电能转化为其他形式的能，安培力一定做正功；安培力做负功，其转化为其他形式的能，安培力一定做正功；安培力做负功，其他形式的能转化为电能，其他形式的能转化为电能，安培力一他形式的能转化为电能，其他形式的能转化为电能，安培力一定做负功，定做负功，(4)(4)错，错，(5)(5)错，错，(7)(7)对；在电路中电流做功，实际对；在电路中电流做功，实际上是安培力做正功，电能转化为其他形式的能，上是安培
6、力做正功，电能转化为其他形式的能，(6)(6)对。对。 考点考点 1 1 电磁感应中的动力学问题电磁感应中的动力学问题【考点解读【考点解读】导体棒的动力学分析导体棒的动力学分析电磁感应现象中产生的感应电流在磁场中受到安培力的作用，电磁感应现象中产生的感应电流在磁场中受到安培力的作用，从而影响导体棒从而影响导体棒( (或线圈或线圈) )的受力情况和运动情况。的受力情况和运动情况。解题解题技巧技巧1.1.导体的两种运动状态导体的两种运动状态(1)(1)导体的平衡状态导体的平衡状态静止状态或匀速直线运动状态。静止状态或匀速直线运动状态。(2)(2)导体的非平衡状态导体的非平衡状态加速度不为零。加速度
7、不为零。2.2.处理方法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根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析 3.3.导体的运动分析流程导体的运动分析流程【典例透析【典例透析1 1】如图所示，间距如图所示，间距l=0.3 m=0.3 m的平行金属导轨的平行金属导轨a a1 1b b1 1c c1 1和和a a2 2b b2 2c c2 2分别固定在两个竖直面内。在水平面分别固定在两个竖直面内。在水平面a a1 1b b1 1b b2 2a a2 2区域内区域内和倾角和倾角=37=37的斜面的斜面c c1 1b b1 1b b2 2c c2 2区域内分别有磁感应强度区域内分别有磁
8、感应强度B B1 1= =0.4 T0.4 T、方向竖直向上和、方向竖直向上和B B2 2=1 T=1 T、方向垂直于斜面向上的匀强、方向垂直于斜面向上的匀强磁场。电阻磁场。电阻R=0.3 R=0.3 、质量、质量m m1 1=0.1 kg=0.1 kg、长为、长为l的相同导体杆的相同导体杆K K、S S 、Q Q分别放置在导轨上，分别放置在导轨上，S S杆的两端固定在杆的两端固定在b b1 1、b b2 2点，点，K K、Q Q杆杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好。一端系于可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好。一端系于K K杆中点的轻杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂，绳上穿有质量绳平
9、行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂，绳上穿有质量m m2 2=0.05 =0.05 kgkg的小环。已知小环以的小环。已知小环以a=6 m/sa=6 m/s2 2的加速度沿绳下滑，的加速度沿绳下滑，K K杆保持静杆保持静止，止，Q Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F F作用下匀速运动。不作用下匀速运动。不计导轨电阻和滑轮摩擦，绳不可伸长。取计导轨电阻和滑轮摩擦，绳不可伸长。取g=10 m/sg=10 m/s2 2，sin37sin37=0.6=0.6，cos37cos37=0.8=0.8。求。求: :（1 1）小环所受摩擦力的大小；）小环所受摩擦力的大小；（2 2）Q
10、 Q杆所受拉力的瞬时功率。杆所受拉力的瞬时功率。【解题探究【解题探究】（1 1）请判断导体杆）请判断导体杆Q Q中的电流方向。中的电流方向。提示提示: :导体杆导体杆Q Q沿导轨向下匀速切割磁感线，由右手定则可以判沿导轨向下匀速切割磁感线，由右手定则可以判断其电流方向由内向外。断其电流方向由内向外。（2 2）请画出该电路的等效电路图。）请画出该电路的等效电路图。提示提示: :（3 3）请画出小环、导体杆）请画出小环、导体杆K K、导体杆、导体杆Q Q的受力分析图。的受力分析图。提示提示: :设流过设流过K K的电流为的电流为I I【解析【解析】（1 1）以小环为研究对象，由牛顿第二定律）以小环
11、为研究对象，由牛顿第二定律m m2 2g-Fg-Ff f=m=m2 2a a代入数据得代入数据得F Ff f=0.2 N=0.2 N（2 2）设流过杆）设流过杆K K的电流为的电流为I I，由平衡条件得，由平衡条件得F Ff f=I=IlB B1 1对杆对杆Q Q，根据并联电路特点以及平衡条件得，根据并联电路特点以及平衡条件得2I2IlB B2 2=F+m=F+m1 1gsingsin由法拉第电磁感应定律的推论得由法拉第电磁感应定律的推论得E=BE=B2 2lv v根据欧姆定律有根据欧姆定律有且且瞬时功率表达式为瞬时功率表达式为P=FvP=Fv联立以上各式得联立以上各式得P=2 WP=2 W答
12、案：答案： （1 1）0.2 N 0.2 N （2 2）2 W2 W【总结提升【总结提升】用用“四步法四步法”分析电磁感应中的动力学问题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解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是“先电后力先电后力”，具，具体思路如下：体思路如下：(1)(1)先进行先进行“源源”的分析的分析分离出电路中由电磁感应所产生分离出电路中由电磁感应所产生的电源，求出电源参数的电源，求出电源参数E E和和r r；(2)(2)再进行再进行“路路”的分析的分析分析电路结构，弄清串、并联关分析电路结构，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；系，求出
13、相关部分的电流大小，以便求解安培力；(3)(3)然后是然后是“力力”的分析的分析分析研究对象分析研究对象( (常是金属杆、导体常是金属杆、导体线圈等线圈等) )的受力情况，尤其注意其所受的安培力；的受力情况，尤其注意其所受的安培力；(4)(4)接着进行接着进行“运动运动”状态的分析状态的分析根据力和运动的关系，根据力和运动的关系，判断出正确的运动模型。判断出正确的运动模型。【变式训练【变式训练】(2014(2014厦门模拟厦门模拟) )如图甲所示如图甲所示,MN,MN左侧有一垂直左侧有一垂直纸面向里的匀强磁场纸面向里的匀强磁场, ,现将一边长为现将一边长为l, ,质量为质量为m m、电阻为、电
14、阻为R R的正方的正方形金属线框置于该磁场中形金属线框置于该磁场中, ,使线框平面与磁场垂直使线框平面与磁场垂直, ,且且bcbc边与磁边与磁场边界场边界MNMN重合。当重合。当t=0t=0时时, ,对线框施加一水平拉力对线框施加一水平拉力F,F,使线框由静使线框由静止开始向右做匀加速直线运动止开始向右做匀加速直线运动; ;当当t=tt=t0 0时时, ,线框的线框的adad边与磁场边边与磁场边界界MNMN重合。图乙为拉力重合。图乙为拉力F F随时间变化的图线。由以上条件可知随时间变化的图线。由以上条件可知, ,磁场的磁感应强度磁场的磁感应强度B B的大小为的大小为( () )【解析【解析】选
15、选B B。开始时根据牛顿第二定律，。开始时根据牛顿第二定律，F F0 0=ma=ma，当，当t=tt=t0 0时，时， v=atv=at0 0，再根据牛顿第二定律，再根据牛顿第二定律， 解得解得 故故B B正确。正确。 考点考点 2 2 电磁感应的能量问题电磁感应的能量问题 【考点解读【考点解读】1.1.电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程，而能量电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程，而能量的转化是通过安培力做功的形式实现的，安培力做功的过程，的转化是通过安培力做功的形式实现的，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式能的过程，外力克服安培力做功，则是是电能转化为其他形式能的过程
16、，外力克服安培力做功，则是其他形式的能转化为电能的过程。其他形式的能转化为电能的过程。解题解题技巧技巧2.2.能量转化及焦耳热的求法：能量转化及焦耳热的求法：(1)(1)能量转化：能量转化：(2)(2)求解焦耳热求解焦耳热Q Q的三种方法：的三种方法：【典例透析【典例透析 2 2】 如图所示，电如图所示，电阻可忽略的光滑平行金属导轨长阻可忽略的光滑平行金属导轨长s s1.15 m1.15 m，两导轨间距，两导轨间距L L0.75 m0.75 m，导轨倾角为，导轨倾角为3030，导轨，导轨上端上端abab接一阻值接一阻值R R1.5 1.5 的电的电阻，磁感应强度阻，磁感应强度B B0.8 T0
17、.8 T的匀强磁场垂直轨道平面向上。的匀强磁场垂直轨道平面向上。阻值阻值r r0.5 0.5 ，质量，质量m m0.2 kg0.2 kg的金属棒与轨道垂直且接触良好，的金属棒与轨道垂直且接触良好，从轨道上端从轨道上端abab处由静止开始下滑至底端，在此过程中金属棒产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生的焦耳热QrQr0.1 J0.1 J。( (取取g g10 m/s10 m/s2 2) )求：求：(1)(1)金属棒在此过程中克服安培力做的功金属棒在此过程中克服安培力做的功W W安安；(2)(2)金属棒下滑速度金属棒下滑速度v v2 m/s2 m/s时的加速度时的加速度a a。
18、【解题探究】【解题探究】(1)(1)金属棒下滑过程中克服安培力做的功与能量金属棒下滑过程中克服安培力做的功与能量转化存在什么关系？转化存在什么关系？提示提示: :金属棒克服安培力做的功等于金属棒和电阻金属棒克服安培力做的功等于金属棒和电阻R R上产生的焦上产生的焦耳热。耳热。(2)(2)请画出金属棒下滑过程中的受力分析图。请画出金属棒下滑过程中的受力分析图。提示提示: :【解析】【解析】(1)(1)下滑过程中安培力做的功即为在电阻上产生的焦下滑过程中安培力做的功即为在电阻上产生的焦耳热，由于耳热，由于R R3r3r，因此，因此Q QR R3Q3Qr r0.3 J0.3 J所以所以W W安安Q
19、QQ QR RQ Qr r0.4 J0.4 J。(2)(2)金属棒下滑时受安培力金属棒下滑时受安培力由牛顿第二定律知，由牛顿第二定律知，所以加速度所以加速度答案答案: :(1)0.4 J (2)3.2 m/s(1)0.4 J (2)3.2 m/s2 2【总结提升】【总结提升】电磁感应中的功能观点电磁感应中的功能观点电磁感应过程往往涉及多种能量的转化，从功和能的观点入手，电磁感应过程往往涉及多种能量的转化，从功和能的观点入手，分析清楚电磁感应过程中能量转化的关系，是解决电磁感应中分析清楚电磁感应过程中能量转化的关系，是解决电磁感应中能量问题的重要途径。能量问题的重要途径。(1)(1)如上述例题中
20、金属棒如上述例题中金属棒abab沿导轨由静止下滑时，重力势能减沿导轨由静止下滑时，重力势能减少，一部分用来克服安培力做功，转化为感应电流的电能，最少，一部分用来克服安培力做功，转化为感应电流的电能，最终在电阻上转化为焦耳热，另一部分转化为金属棒的动能。终在电阻上转化为焦耳热，另一部分转化为金属棒的动能。(2)(2)若导轨足够长，棒最终达到稳定状态匀速运动时，重力势若导轨足够长，棒最终达到稳定状态匀速运动时，重力势能的减少则完全用来克服安培力做功，转化为感应电流的电能。能的减少则完全用来克服安培力做功，转化为感应电流的电能。【变式训练】【变式训练】(2014(2014三明模拟三明模拟) )如图所
21、示如图所示, ,平行金属导轨与水平行金属导轨与水平面间的夹角为平面间的夹角为,导轨电阻不计导轨电阻不计, ,与阻值为与阻值为R R的定值电阻相连的定值电阻相连, ,匀强磁场垂直穿过导轨平面匀强磁场垂直穿过导轨平面, ,磁感应强度为磁感应强度为B B。有一质量为。有一质量为m m、长为长为l l的导体棒从的导体棒从abab位置获得平行于斜面的、大小为位置获得平行于斜面的、大小为v v的初速度的初速度向上运动向上运动, ,最远到达最远到达a a b b 的位置的位置, ,滑行的距离为滑行的距离为s,s,导体棒的电阻导体棒的电阻也为也为R,R,与导轨之间的动摩擦因数为与导轨之间的动摩擦因数为。则。则
22、( () )A.A.上滑过程中导体棒受到的最大安培力为上滑过程中导体棒受到的最大安培力为B.B.上滑过程中电流做功放出的热量为上滑过程中电流做功放出的热量为C.C.上滑过程中导体棒克服安培力做的功为上滑过程中导体棒克服安培力做的功为D.D.上滑过程中导体棒损失的机械能为上滑过程中导体棒损失的机械能为【解析】【解析】选选D D。上滑过程中，开始时导体棒的速度最大，受到。上滑过程中，开始时导体棒的速度最大，受到的安培力最大为的安培力最大为 A A错；根据能量守恒，上滑过程中电流错；根据能量守恒，上滑过程中电流做功放出的热量为做功放出的热量为 B B错；上滑过程中错；上滑过程中导体棒克服安培力做的功
23、等于产生的热，也是导体棒克服安培力做的功等于产生的热，也是 mvmv2 2-mgs(sin-mgs(sin+cos)+cos)，C C错；上滑过程中导体棒损失的机械能为错；上滑过程中导体棒损失的机械能为 mvmv2 2- -mgssinmgssin，D D对。对。【变式备选】【变式备选】如图甲所示如图甲所示, ,水平面上两根足够长的光滑金属导水平面上两根足够长的光滑金属导轨平行固定放置轨平行固定放置, ,间距为间距为L=0.5 m,L=0.5 m,一端通过导线与阻值为一端通过导线与阻值为R=R=0.5 0.5 的电阻连接的电阻连接; ;导轨上放一质量为导轨上放一质量为m=0.5 kgm=0.5
24、 kg的导体棒的导体棒, ,导体导体棒与导轨的电阻忽略不计棒与导轨的电阻忽略不计; ;导轨所在位置有磁感应强度为导轨所在位置有磁感应强度为B=1 TB=1 T的匀强磁场的匀强磁场, ,磁场的方向垂直导轨平面向上磁场的方向垂直导轨平面向上, ,现在给导体棒施加现在给导体棒施加一水平向右的恒定拉力一水平向右的恒定拉力F,F,并每隔并每隔0.2 s0.2 s测量一次导体棒的速度测量一次导体棒的速度, ,图乙是根据所测数据描绘出导体棒的图乙是根据所测数据描绘出导体棒的v-tv-t图像，求图像，求: :(1)(1)力力F F的大小的大小; ;(2)t=2 s(2)t=2 s时导体棒的加速度时导体棒的加速
25、度; ;(3)(3)估算估算3.2 s3.2 s内电阻上产生的热量。内电阻上产生的热量。【解析】【解析】(1)(1)由图像可知由图像可知, ,导体棒运动的速度达到导体棒运动的速度达到10 m/s10 m/s时开始时开始做匀速运动做匀速运动, ,导体棒匀速运动的速度导体棒匀速运动的速度v v1 1=10 m/s=10 m/s。则。则:F:F安安=F=F又又F F安安=I=I1 1LB,ELB,E1 1=BLv=BLv1 1, ,解得解得:F=5 N:F=5 N(2)(2)由图像可知由图像可知,t=2 s,t=2 s时导体棒的速度时导体棒的速度v v2 2=6 m/s=6 m/s。此时导体棒。此时
26、导体棒上的电动势上的电动势E E2 2=BLv=BLv2 2, ,由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得F-FF-F安安=ma=ma解得解得a=4 m/sa=4 m/s2 2(3)(3)由图像可知由图像可知, ,到到3.2 s3.2 s处处, ,图线下方小方格的个数为图线下方小方格的个数为3838个个(38(384040均可均可),),每个小方格代表的位移是每个小方格代表的位移是x=1x=10.4 m=0.4 m,0.4 m=0.4 m,所以所以3.2 s3.2 s内导体棒的位移内导体棒的位移x=0.4x=0.438 m=15.2 m38 m=15.2 m此时导体棒的速度此时导体棒的速度v v3 3
27、=8 m/s=8 m/s拉力拉力F F做的功做的功W WF F=Fx=5 N=Fx=5 N15.2 m=76 J15.2 m=76 J由能量守恒定律得由能量守恒定律得: :解得解得Q=60 JQ=60 J答案答案: :(1)5 N (2)4 m/s(1)5 N (2)4 m/s2 2 (3)60 J(3)60 J【资源平台】【资源平台】电磁感应与其他知识的综合问题电磁感应与其他知识的综合问题 如图所示如图所示, ,两根正对的平行两根正对的平行金属直轨道金属直轨道MNMN、MNMN位于位于同一水平面内，两轨道之间同一水平面内，两轨道之间的距离的距离l=0.50 m,=0.50 m,轨道的轨道的M
28、MMM之间接一阻值为之间接一阻值为R=0.40 R=0.40 的定值电阻，的定值电阻，NNNN端与两条位于竖直端与两条位于竖直面内的半圆形光滑金属轨道面内的半圆形光滑金属轨道NPNP、NPNP平滑连接，两半圆轨道平滑连接，两半圆轨道的半径均为的半径均为R R0 0=0.50 m=0.50 m。直轨道的右端处于竖直向下、磁感应强。直轨道的右端处于竖直向下、磁感应强度度B=0.64 TB=0.64 T的匀强磁场中，磁场区域的宽度的匀强磁场中，磁场区域的宽度d=0.80 m,d=0.80 m,且其右且其右边界与边界与NNNN重合。现有一质量重合。现有一质量m=0.20 kgm=0.20 kg、电阻、
29、电阻r=0.10 r=0.10 的导的导体杆体杆abab静止在距磁场的左边界静止在距磁场的左边界s=2.0 m s=2.0 m 处。在与杆垂直的水平处。在与杆垂直的水平恒力恒力F=2.0 NF=2.0 N的作用下的作用下abab杆开始运动，当运动至磁场的左边界杆开始运动，当运动至磁场的左边界时撤去时撤去F F，结果导体杆，结果导体杆abab恰好能以最小速度通过半圆形轨道的恰好能以最小速度通过半圆形轨道的最高点最高点P P、PP。已知导体杆。已知导体杆abab在运动过程中与轨道接触良好，在运动过程中与轨道接触良好，且始终与轨道垂直，导体杆且始终与轨道垂直，导体杆abab与直轨道之间的动摩擦因数与
30、直轨道之间的动摩擦因数=0.10,=0.10,轨道的电阻可忽略不计，取轨道的电阻可忽略不计，取g=10 m/sg=10 m/s2 2, ,求：求：(1)(1)导体杆刚进入磁场时，通过导体杆上的电流大小和方向导体杆刚进入磁场时，通过导体杆上的电流大小和方向; ;(2)(2)导体杆穿过磁场的过程中通过电阻导体杆穿过磁场的过程中通过电阻R R上的电荷量上的电荷量; ;(3)(3)导体杆穿过磁场的过程中整个电路中产生的焦耳热。导体杆穿过磁场的过程中整个电路中产生的焦耳热。【规范解答】【规范解答】 (1)(1)设导体杆在设导体杆在F F的作用下运动至磁场的左边界的作用下运动至磁场的左边界时的速度为时的速
31、度为v v1 1, ,根据动能定理有根据动能定理有(F-mg)s=(F-mg)s=导体杆刚进入磁场时产生的感应电动势导体杆刚进入磁场时产生的感应电动势E=BE=Blv v1 1此时通过导体杆上的电流大小此时通过导体杆上的电流大小I= =3.84 AI= =3.84 A根据右手定则可知，电流方向为由根据右手定则可知，电流方向为由b b到到a a。(2)(2)设导体杆在磁场中运动的时间为设导体杆在磁场中运动的时间为t,t,产生的感应电动势的平产生的感应电动势的平均值为均值为E E平均平均，则由法拉第电磁感应定律有，则由法拉第电磁感应定律有E E平均平均= =通过电阻通过电阻R R的感应电流的平均值
32、的感应电流的平均值通过电阻通过电阻R R的电荷量的电荷量q=Iq=I平均平均t=0.512 Ct=0.512 C(3)(3)设导体杆离开磁场时的速度大小为设导体杆离开磁场时的速度大小为v v2 2, ,运动到半圆形轨道最运动到半圆形轨道最高点的速度为高点的速度为v v3 3, ,因导体杆恰好能通过半圆形轨道的最高点，因导体杆恰好能通过半圆形轨道的最高点，则则对于导体杆从对于导体杆从NNNN运动至运动至PPPP的过程，根据机械能守恒定律有的过程，根据机械能守恒定律有解得解得v v2 2=5.0 m/s=5.0 m/s导体杆穿过磁场的过程中损失的机械能导体杆穿过磁场的过程中损失的机械能此过程中电路
33、中产生的焦耳热为此过程中电路中产生的焦耳热为Q=E-mgd=0.94 JQ=E-mgd=0.94 J答案答案: :(1)3.84 A (1)3.84 A 由由b b到到a (2)0.512 C (3)0.94 Ja (2)0.512 C (3)0.94 J1.1.平行金属导轨平行金属导轨MNMN竖直放置于绝缘水竖直放置于绝缘水平的地板上，如图所示，金属杆平的地板上，如图所示，金属杆PQPQ可以可以紧贴导轨无摩擦滑动，导轨间除固定电紧贴导轨无摩擦滑动，导轨间除固定电阻阻R R外，其他电阻不计，匀强磁场外，其他电阻不计，匀强磁场B B垂直垂直穿过导轨平面，有以下两种情况：第一穿过导轨平面，有以下两
34、种情况：第一次，闭合开关次，闭合开关S S，然后从图中位置由静止释放，然后从图中位置由静止释放PQPQ，经过一段时，经过一段时间后间后PQPQ匀速到达地面；第二次，先从同一高度由静止释放匀速到达地面；第二次，先从同一高度由静止释放PQPQ，当当PQPQ下滑一段距离后突然闭合开关，最终下滑一段距离后突然闭合开关，最终PQPQ也匀速到达了地面。也匀速到达了地面。设上述两种情况下设上述两种情况下PQPQ由于切割磁感线产生的电能（都转化为内由于切割磁感线产生的电能（都转化为内能）分别为能）分别为E E1 1、E E2 2，则可断定，则可断定 ( )( )A.EA.E1 1E E2 2 B.EB.E1
35、1=E=E2 2C.EC.E1 1E E2 2 D.D.无法判定无法判定E E1 1、E E2 2大小大小【解析】【解析】选选B B。设。设PQPQ的质量为的质量为m,m,匀速运动的速度为匀速运动的速度为v,v,导轨宽为导轨宽为l, ,则由平衡条件得则由平衡条件得I IlB=mg,B=mg,而而 ，E=BE=Blv,v,所以所以 , ,可见可见PQPQ匀速运动的速度与何时闭合开关无关，即匀速运动的速度与何时闭合开关无关，即PQPQ两种情况下落地速两种情况下落地速度相同，由能量守恒定律得：机械能的损失完全转化为电能，度相同，由能量守恒定律得：机械能的损失完全转化为电能，所以两次产生的电能相等，故
36、所以两次产生的电能相等，故B B正确。正确。2.2.如图所示，水平固定放置的足够长如图所示，水平固定放置的足够长的的U U型金属导轨处于竖直向上的匀强型金属导轨处于竖直向上的匀强磁场中，在导轨上放着金属棒磁场中，在导轨上放着金属棒abab，开始时开始时abab棒以水平初速度棒以水平初速度v v0 0向右运动，最终静止在导轨上，就向右运动，最终静止在导轨上，就导轨光滑和导轨粗糙的两种情况相比较，这个过程导轨光滑和导轨粗糙的两种情况相比较，这个过程( )( )A.A.安培力对安培力对abab棒所做的功相等棒所做的功相等B.B.电流所做的功相等电流所做的功相等C.C.产生的总内能相等产生的总内能相等
37、D.D.通过通过abab棒的电荷量相等棒的电荷量相等 【解析】【解析】选选C C。光滑导轨无摩擦力，导轨粗糙的有摩擦力，动。光滑导轨无摩擦力，导轨粗糙的有摩擦力，动能最终都全部转化为内能，所以内能相等，能最终都全部转化为内能，所以内能相等，C C正确；对光滑的正确；对光滑的导轨有导轨有 ，对粗糙的导轨有，对粗糙的导轨有 ，Q Q安安QQ安安，则，则A A、B B错；错；q=It= q=It= ，且，且x x光光x x粗粗，所以，所以q q光光q q粗粗，D D错。错。 3.3.如图所示如图所示, ,水平面内有一平行金属导轨水平面内有一平行金属导轨, ,导轨光滑且电阻不导轨光滑且电阻不计计, ,
38、匀强磁场与导轨平面垂直匀强磁场与导轨平面垂直, ,阻值为阻值为R R的导体棒垂直于导轨静的导体棒垂直于导轨静止放置止放置, ,且与导轨接触良好。且与导轨接触良好。t=0t=0时时, ,将开关将开关S S由由1 1掷到掷到2,q2,q、i i、v v和和a a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度。下列图像正确的是和加速度。下列图像正确的是( () )【解析】【解析】选选D D。当开关由。当开关由1 1掷到掷到2 2时时, ,电容器放电电容器放电, ,导体棒因受安导体棒因受安培力而向右加速培力而向右加速, ,导体棒向右运动产生感应
39、电动势导体棒向右运动产生感应电动势, ,最终电容最终电容器两端电压和导体棒两端电压相等器两端电压和导体棒两端电压相等, ,电容器的带电量保持不变电容器的带电量保持不变, ,导体棒的速度不再改变导体棒的速度不再改变, ,但不等于零但不等于零,A,A、C C错错; ;最终导体棒的加最终导体棒的加速度以及棒中电流为零速度以及棒中电流为零,B,B错、错、D D对。对。4.4.（20122012山东高考改编）如图山东高考改编）如图所示，相距为所示，相距为L L的两条足够长的光的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角滑平行金属导轨与水平面的夹角为为，上端接有定值电阻，上端接有定值电阻R R，匀，匀强磁
40、场垂直于导轨平面，磁感应强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为强度为B B。将质量为。将质量为m m的导体棒由静止释放，当速度达到的导体棒由静止释放，当速度达到v v时开时开始匀速运动，此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力，并始匀速运动，此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力，并保持拉力的功率恒为保持拉力的功率恒为P P，导体棒最终以，导体棒最终以2v2v的速度匀速运动。导的速度匀速运动。导体棒始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨和导体棒的电阻，体棒始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨和导体棒的电阻，重力加速度为重力加速度为g g。下列选项正确的是。下列选项正确的是( )( )A.P=2mgvsin
41、A.P=2mgvsinB.P=3mgvsinB.P=3mgvsinC.C.当导体棒速度达到当导体棒速度达到 时加速度大小为时加速度大小为D.D.在速度达到在速度达到2v2v以后匀速运动的过程中，以后匀速运动的过程中，R R上产生的焦耳热等上产生的焦耳热等于拉力所做的功于拉力所做的功【解析】【解析】选选A A。当导体棒以速度。当导体棒以速度v v匀速运动时：匀速运动时：当导体棒以速度当导体棒以速度2v2v匀速运动时：匀速运动时：P+mgsinP+mgsin2v=2v=联立联立解得：解得：P=2mgvsinP=2mgvsin，A A对、对、B B错；错；当导体棒速度达到当导体棒速度达到 时，由牛顿
42、第二定律得：时，由牛顿第二定律得： ，联立，联立解得：解得： ,C,C错；当速错；当速度达到度达到2v2v以后匀速运动的过程中，以后匀速运动的过程中，R R上产生的焦耳热等于拉力上产生的焦耳热等于拉力和重力所做的功之和，和重力所做的功之和，D D错。错。5.5.如图所示，足够长的如图所示，足够长的U U型光滑金型光滑金属导轨平面与水平面成属导轨平面与水平面成角（角（009090），其中），其中MNMN与与PQPQ平行且间距平行且间距为为L L，导轨平面与磁感应强度为，导轨平面与磁感应强度为B B的的匀强磁场垂直，导轨电阻不计。匀强磁场垂直，导轨电阻不计。金属棒金属棒abab由静止开始沿导轨下滑
43、，并与两导轨始终保持垂直且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，良好接触，abab棒接入电路的电阻为棒接入电路的电阻为R R，当流过，当流过abab棒某一横截面棒某一横截面的电量为的电量为q q时，棒的速度大小为时，棒的速度大小为v v，则金属棒，则金属棒abab在这一过程中在这一过程中 ( )( )A.A.运动的平均速度大小为运动的平均速度大小为 v vB.B.下滑的位移大小为下滑的位移大小为C.C.产生的焦耳热为产生的焦耳热为qBLvqBLvD.D.受到的最大安培力大小为受到的最大安培力大小为【解析】【解析】选选B B。由。由E=BE=BL Lv v、 、F F安安=BI
44、L=BIL可得导体棒的速度为可得导体棒的速度为v v时的安培力为时的安培力为 ，D D错；对导体棒受力分析如图甲所示，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乙可知导体棒这一过程的平均速度大于 v v，A A错；由法拉第电错；由法拉第电磁感应定律得到导体棒这一过程的电量磁感应定律得到导体棒这一过程的电量q= q= ，因此导体棒下，因此导体棒下滑的位移滑的位移s= s= ，B B对；由能量关系可得这一过程产对；由能量关系可得这一过程产生的焦耳热生的焦耳热Q=mg sin- mvQ=mg sin- mv2 2，C C错，故选错，故选B B。
