《2017-2018學(xué)年高中物理 模塊專題復(fù)習(xí) 專題四 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)及能量學(xué)案 新人教版選修3-2》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2017-2018學(xué)年高中物理 模塊專題復(fù)習(xí) 專題四 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)及能量學(xué)案 新人教版選修3-2（10頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、專題四 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)及能量一、電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題1.安培力的大小 F2.安培力的方向(1)先用右手定則判定感應(yīng)電流方向，再用左手定則判定安培力方向.(2)根據(jù)楞次定律，安培力的方向一定和導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)方向相反.3.受力分析與運(yùn)動(dòng)分析對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問(wèn)題，除了要作好受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析外，還需要注意導(dǎo)體受到的安培力隨運(yùn)動(dòng)速度變化的特點(diǎn)，速度變化，彈力及相應(yīng)的摩擦力也隨之而變，導(dǎo)致物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化.4.應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律解答電磁感應(yīng)問(wèn)題的基本思路(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向.(2)求回路中的電流.(3)分析研究導(dǎo)體的受力情
2、況(包含安培力，用左手定則確定其方向).(4)根據(jù)牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律或平衡條件列方程求解.復(fù)習(xí)過(guò)關(guān)1.(多選)如圖1所示，兩根相距為L(zhǎng)的足夠長(zhǎng)的金屬直角導(dǎo)軌如圖所示放置，它們各有一邊在同一水平面內(nèi)，另一邊垂直于水平面.質(zhì)量均為m的金屬細(xì)桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直接觸形成閉合回路，桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，回路總電阻為2R.整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.當(dāng)ab桿在平行于水平導(dǎo)軌的拉力F作用下以速度v1沿導(dǎo)軌勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd桿也正好以速度v2向下勻速運(yùn)動(dòng).重力加速度為g.以下說(shuō)法正確的是()圖1A.ab桿所受拉力F的大小為mgB.cd桿所受摩擦力為零
3、C.回路中的電流大小為D.與v1的大小關(guān)系為答案AD解析由右手定則可知，回路中感應(yīng)電流方向?yàn)椋篴bdca，感應(yīng)電流大?。篒金屬細(xì)桿ab受到水平向左的安培力，由受力平衡得：BILmgF金屬細(xì)桿cd運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到的摩擦力不為零，cd受到的摩擦力和重力平衡，由平衡條件得：BILmg聯(lián)立以上各式解得：Fmg，故A、D正確，B、C錯(cuò)誤.2.(多選)兩根足夠長(zhǎng)的光滑導(dǎo)軌豎直放置，間距為L(zhǎng)，頂端接阻值為R的電阻.質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒在距磁場(chǎng)上邊界某處由靜止釋放，金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直，如圖2所示，不計(jì)導(dǎo)軌的電阻，重力加速度為g，則()圖2A.金屬棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)
4、，流過(guò)電阻R的電流方向?yàn)閍bB.金屬棒的速度為v時(shí)，金屬棒所受的安培力大小為C.金屬棒的最大速度為D.金屬棒以穩(wěn)定的速度下滑時(shí)，電阻R的熱功率為2R答案BD解析金屬棒在磁場(chǎng)中向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由楞次定律知，流過(guò)電阻R的電流方向?yàn)閎a，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；金屬棒的速度為v時(shí)，金屬棒中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBLv，感應(yīng)電流I，所受的安培力大小為FBIL，選項(xiàng)B正確；當(dāng)安培力Fmg時(shí)，金屬棒下滑速度最大，金屬棒的最大速度為v，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；金屬棒以穩(wěn)定的速度下滑時(shí)，電阻R和r的總熱功率為Pmgv2(Rr)，電阻R的熱功率為2R，選項(xiàng)D正確.3.(多選)如圖3所示，兩足夠長(zhǎng)平行金屬導(dǎo)軌固定在水平面上，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向
5、下，金屬棒ab、cd與導(dǎo)軌構(gòu)成閉合回路且都可沿導(dǎo)軌無(wú)摩擦滑動(dòng)，兩金屬棒ab、cd的質(zhì)量之比為21.用一沿導(dǎo)軌方向的恒力F水平向右拉金屬棒cd，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間以后()圖3A.金屬棒ab、cd都做勻速運(yùn)動(dòng)B.金屬棒ab上的電流方向是由b向aC.金屬棒cd所受安培力的大小等于D.兩金屬棒間距離保持不變答案BC4.(多選)在仁川亞運(yùn)會(huì)上，100 m賽跑跑道兩側(cè)設(shè)有跟蹤儀，其原理如圖4甲所示，水平面上兩根足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌平行固定放置，間距為L(zhǎng)0.5 m，一端通過(guò)導(dǎo)線與阻值為R0.5 的電阻連接.導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m0.5 kg的金屬桿，金屬桿與導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì).勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向豎直向下.用與導(dǎo)軌平行的拉力F
6、作用在金屬桿上，使桿運(yùn)動(dòng).當(dāng)改變拉力的大小時(shí)，相對(duì)應(yīng)的速度v也會(huì)變化，從而使跟蹤儀始終與運(yùn)動(dòng)員保持一致.已知v和F的關(guān)系如圖乙.(取重力加速度g10 m/s2)則()圖4A.金屬桿受到的拉力與速度成正比B.該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為2 TC.圖線在橫軸的截距表示金屬桿與導(dǎo)軌間的阻力大小D.導(dǎo)軌與金屬桿之間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.4答案CD解析由題圖乙可知拉力與速度是一次函數(shù)，但不成正比，故A錯(cuò)；圖線在橫軸的截距是速度為零時(shí)的拉力，金屬桿將要運(yùn)動(dòng)，此時(shí)最大靜摩擦力等于該拉力，也等于運(yùn)動(dòng)時(shí)的滑動(dòng)摩擦力，C對(duì)；由FBILmg0及I可得：Fmg0，從題圖乙上分別讀出兩組F、v數(shù)據(jù)代入上式即可求得B1 T，0.4，所
7、以選項(xiàng)B錯(cuò)，D對(duì).5.(多選)如圖5所示，光滑平行的金屬導(dǎo)軌寬度為L(zhǎng)，與水平方向成角傾斜固定，導(dǎo)軌之間充滿了垂直于導(dǎo)軌平面的足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在導(dǎo)軌上垂直放置著質(zhì)量均為m、電阻均為R的金屬棒a、b，二者都被垂直于導(dǎo)軌的擋板擋住保持靜止，金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)，現(xiàn)對(duì)b棒施加一垂直于棒且平行于導(dǎo)軌平面向上的牽引力F，并在極短的時(shí)間內(nèi)將牽引力的功率從零調(diào)為恒定的P.為了使a棒沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)，P的取值可能為(重力加速度為g)()圖5A.sin2 B.sin2 C.sin2 D.sin2 答案CD解析以b棒為研究對(duì)象，由牛頓第二定律可知Fmgsin BLma，以a棒為研究對(duì)象，由牛頓第二定律可
8、知BLmgsin ma，則F2mgsin ，v，故PFvsin2 ，由此可得選項(xiàng)C、D正確，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤.6.(多選)如圖6甲所示，光滑絕緣水平面上，虛線MN的右側(cè)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，MN的左側(cè)有一質(zhì)量m0.1 kg的矩形線圈abcd，bc邊長(zhǎng)L10.2 m，電阻R2 .t0時(shí)，用一恒定拉力F拉線圈，使其由靜止開始向右做勻加速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間1 s，線圈的bc邊到達(dá)磁場(chǎng)邊界MN，此時(shí)立即將拉力F改為變力，又經(jīng)過(guò)1 s，線圈恰好完全進(jìn)入磁場(chǎng)，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，線圈中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示.則()圖6A.恒定拉力大小為0.05 NB.線圈在第2 s內(nèi)的加速度大小為1 m
9、/s2C.線圈ab邊長(zhǎng)L20.5 mD.在第2 s內(nèi)流過(guò)線圈的電荷量為0.2 C答案ABD解析在第1 s末，i1，EBL1v1，v1a1t1，F(xiàn)ma1，聯(lián)立解得F0.05 N，A項(xiàng)正確.在第2 s內(nèi)，由圖象分析知線圈做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，第2 s末i2，EBL1v2，v2v1a2t2，解得a21 m/s2，B項(xiàng)正確.在第2 s內(nèi)，vv2a2L2，得L21 m，C項(xiàng)錯(cuò)誤.q0.2 C，D項(xiàng)正確.二、電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題1.過(guò)程分析(1)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程.(2)感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受安培力，若安培力做負(fù)功，則其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能；若安培力做正功，則電能轉(zhuǎn)化為其他形
10、式的能.(3)當(dāng)感應(yīng)電流通過(guò)用電器時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.2.安培力做功和電能變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能；安培力做多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能. 3.用能量方法解決電磁感應(yīng)問(wèn)題的一般步驟(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定電動(dòng)勢(shì)的大小和方向.(2)畫出等效電路，求出回路中電阻消耗電功率的表達(dá)式.(3)分析導(dǎo)體機(jī)械能的變化，用能量守恒關(guān)系得到機(jī)械功率的改變與回路中電功率的改變所滿足的關(guān)系式.復(fù)習(xí)過(guò)關(guān)7.如圖7所示，足夠長(zhǎng)平行金屬導(dǎo)軌傾斜放置，傾角為37，寬度為0.5 m，電阻忽略不計(jì)，其上端接一小燈泡，電阻為1 .一導(dǎo)體棒MN垂直于
11、導(dǎo)軌放置，質(zhì)量為0.2 kg，接入電路的電阻為1 ，兩端與導(dǎo)軌接觸良好，與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5.在導(dǎo)軌間存在著垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8 T.將導(dǎo)體棒MN由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，小燈泡穩(wěn)定發(fā)光，此后導(dǎo)體棒MN的運(yùn)動(dòng)速度以及小燈泡消耗的電功率分別為(重力加速度取g10 m/s2，sin 370.6)()圖7A.2.5 m/s1 W B.5 m/s1 WC.7.5 m/s9 W D.15 m/s9 W答案B解析小燈泡穩(wěn)定發(fā)光說(shuō)明導(dǎo)體棒做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)：F安對(duì)導(dǎo)體棒滿足：mgsin mgcos 0因?yàn)镽燈R棒，則：P燈P棒再依據(jù)功能關(guān)系：mgsin vmgcos vP
12、燈P棒聯(lián)立解得v5 m/s, P燈1 W，所以B項(xiàng)正確.8.如圖8所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形導(dǎo)線框質(zhì)量為m，由距磁場(chǎng)H高處自由下落，其下邊ab進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，線框開始做減速運(yùn)動(dòng)，直到其上邊cd剛剛穿出磁場(chǎng)時(shí)，速度減為ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的一半，磁場(chǎng)的寬度也為L(zhǎng)，則線框穿越勻強(qiáng)磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱為()圖8A.2mgLB.2mgLmgHC.2mgLmgH D.2mgLmgH答案C解析設(shè)剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為v1，剛穿出磁場(chǎng)時(shí)的速度為v2線框自開始進(jìn)入磁場(chǎng)到完全穿出磁場(chǎng)共下落高度為2L.由題意得mvmgHmvmg2LmvQ由得Q2mgLmgH.C選項(xiàng)正確.9.(多選)如圖9所示，在傾角為的斜面上固定兩根
13、足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌PQ、MN，相距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向下.有兩根質(zhì)量均為m的金屬棒a、b，先將a棒垂直導(dǎo)軌放置，用跨過(guò)光滑定滑輪的細(xì)線與物塊c連接，連接a棒的細(xì)線平行于導(dǎo)軌，由靜止釋放c，此后某時(shí)刻，將b也垂直導(dǎo)軌放置，a、c此刻起做勻速運(yùn)動(dòng)，b棒剛好能靜止在導(dǎo)軌上.a棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直，兩棒與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌電阻不計(jì).則()圖9A.物塊c的質(zhì)量是2msin B.b棒放上導(dǎo)軌前，物塊c減少的重力勢(shì)能等于a、c增加的動(dòng)能C.b棒放上導(dǎo)軌后，物塊c減少的重力勢(shì)能等于回路消耗的電能D.b棒放上導(dǎo)軌后，a棒中電流大小是答案AD解析b棒恰好靜
14、止，受力平衡，有mgsin F安，對(duì)a棒，安培力沿導(dǎo)軌平面向下，由平衡條件，mgsin F安mcg，由上面的兩式可得mc2msin ，選項(xiàng)A正確；根據(jù)機(jī)械能守恒定律知，b棒放上導(dǎo)軌之前，物塊c減少的重力勢(shì)能應(yīng)等于a棒、物塊c增加的動(dòng)能與a棒增加的重力勢(shì)能之和，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)能量守恒可知，b棒放上導(dǎo)軌后，物塊c減少的重力勢(shì)能應(yīng)等于回路消耗的電能與a棒增加的重力勢(shì)能之和，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；對(duì)b棒，設(shè)通過(guò)的電流為I，由平衡條件mgsin F安BIL，得I，a棒中的電流也為I，選項(xiàng)D正確.10.如圖10所示，MN和PQ是電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌，其間距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌彎曲部分光滑，平直部分粗糙，二者平滑連接.右端
15、接一個(gè)阻值為R的定值電阻.平直部分導(dǎo)軌左邊區(qū)域有寬度為d、方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng).質(zhì)量為m、電阻也為R的金屬棒從高度為h處?kù)o止釋放，到達(dá)磁場(chǎng)右邊界處恰好停止.已知金屬棒與平直部分導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，金屬棒與導(dǎo)軌間接觸良好.則金屬棒穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中()圖10A.流過(guò)金屬棒的最大電流為B.通過(guò)金屬棒的電荷量為C.克服安培力所做的功為mghD.金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱為mg(hd)答案D解析金屬棒下滑過(guò)程中，機(jī)械能守恒，由機(jī)械能守恒定律得：mghmv2，金屬棒到達(dá)水平面時(shí)的速度v，金屬棒到達(dá)水平面后做減速運(yùn)動(dòng)，剛到達(dá)水平面時(shí)的速度最大，最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBLv，最大感應(yīng)電流I，故A
16、錯(cuò)誤；感應(yīng)電荷量qt，故B錯(cuò)誤；金屬棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由動(dòng)能定理得：mghWBmgd00，克服安培力做功：WBmghmgd，故C錯(cuò)誤；克服安培力做的功轉(zhuǎn)化為焦耳熱，電阻與導(dǎo)體棒電阻相等，通過(guò)它們的電流相等，則金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱：QRQWBmg(hd)，故D正確.11.(多選)如圖11所示，質(zhì)量為3m的重物與一質(zhì)量為m的線框用一根絕緣細(xì)線連接起來(lái)，掛在兩個(gè)高度相同的定滑輪上，已知線框的橫邊邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，水平方向勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場(chǎng)上下邊界的距離、線框豎直邊長(zhǎng)均為h.初始時(shí)刻，磁場(chǎng)的下邊緣和線框上邊緣的高度差為2h，將重物從靜止開始釋放，線框上邊緣剛進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)，恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)，滑輪質(zhì)量、
17、摩擦阻力均不計(jì).則下列說(shuō)法中正確的是()圖11A.線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為B.線框的電阻為C.線框通過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量Q2mghD.線框通過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量Q4mgh答案ABD解析從初始時(shí)刻到線框上邊緣剛進(jìn)入磁場(chǎng)，由機(jī)械能守恒定律得3mg2hmg2h，解得線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度v，故A對(duì)；線框上邊緣剛進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)，恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故所受合力為零，3mgBILmg，I，解得線框的電阻R，故B對(duì)；線框勻速通過(guò)磁場(chǎng)的距離為2h，產(chǎn)生的熱量等于系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少，即Q3mg2hmg2h4mgh，故C錯(cuò)，D對(duì).12.如圖12所示，將邊長(zhǎng)為a、質(zhì)量為m、電阻為R的正方形導(dǎo)線框豎直向上拋出，穿過(guò)寬
18、度為b、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里，線框向上離開磁場(chǎng)時(shí)的速度剛好是進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的一半，線框離開磁場(chǎng)后繼續(xù)上升一段高度，然后落下并勻速進(jìn)入磁場(chǎng).整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終存在著大小恒定的空氣阻力Ff且線框不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng).求：圖12(1)線框在下落階段勻速進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度v2；(2)線框在上升階段剛離開磁場(chǎng)時(shí)的速度v1；(3)線框在上升階段通過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱Q.答案(1)(2)(3)(mg)2F(mgFf)(ab)解析(1)線框在下落階段勻速進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)有mgFf解得v2.(2)由動(dòng)能定理，線框從離開磁場(chǎng)至上升到最高點(diǎn)的過(guò)程有(mgFf)hmv線框從最高點(diǎn)回落至進(jìn)入磁場(chǎng)瞬間有(mgFf)hmv兩式聯(lián)立解得v1.(3)線框在向上通過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中，由能量守恒定律有mvmvQ(mgFf)(ab)且由已知v02v1解得Q(mg)2F(mgFf)(ab).10
2017-2018學(xué)年高中物理 模塊專題復(fù)習(xí) 專題四 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)及能量學(xué)案 新人教版選修3-2
