高考物理總復習 第十章 電磁感應 專題講座九 電磁感應的綜合應用(二)課件 教科版

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1、專題講座九電磁感應的綜合應用專題講座九電磁感應的綜合應用( (二二) )核心探究核心探究演練提升演練提升 核心探究核心探究 分類探究分類探究各個擊破各個擊破考點一電磁感應中的能量問題考點一電磁感應中的能量問題1.1.能量轉(zhuǎn)化及焦耳熱的求法能量轉(zhuǎn)化及焦耳熱的求法(1)(1)能量轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)化(2)(2)求解焦耳熱求解焦耳熱Q Q的三種方法的三種方法2.2.解題的一般步驟解題的一般步驟(1)(1)確定研究對象確定研究對象( (導體棒或回路導體棒或回路););(2)(2)弄清電磁感應過程中弄清電磁感應過程中, ,哪些力做功哪些力做功, ,哪些形式的能量相互轉(zhuǎn)化哪些形式的能量相互轉(zhuǎn)化; ;(3)(3)根

2、據(jù)功能關(guān)系或能量守恒定律列式求解根據(jù)功能關(guān)系或能量守恒定律列式求解. .【典例典例1 1】 (2016(2016浙江卷浙江卷,24),24)小明設(shè)計的電磁健身器的簡化裝置如圖所示小明設(shè)計的電磁健身器的簡化裝置如圖所示, ,兩根兩根平行金屬導軌相距平行金屬導軌相距l(xiāng)=0.50 m,l=0.50 m,傾角傾角=53=53, ,導軌上端串接一個導軌上端串接一個R=0.05 R=0.05 的電阻的電阻. .在導軌間長在導軌間長d=0.56 md=0.56 m的區(qū)域內(nèi)的區(qū)域內(nèi), ,存在方向垂直導軌平面向下的勻強磁場存在方向垂直導軌平面向下的勻強磁場, ,磁感應磁感應強度強度B=2.0 T.B=2.0 T

3、.質(zhì)量質(zhì)量m=4.0 kgm=4.0 kg的金屬棒的金屬棒CDCD水平置于導軌上水平置于導軌上, ,用絕緣繩索通過定滑用絕緣繩索通過定滑輪與拉桿輪與拉桿GHGH相連相連.CD.CD棒的初始位置與磁場區(qū)域的下邊界相距棒的初始位置與磁場區(qū)域的下邊界相距s=0.24 m.s=0.24 m.一位健身一位健身者用恒力者用恒力F=80 NF=80 N拉動拉動GHGH桿桿,CD,CD棒由靜止開始運動棒由靜止開始運動, ,上升過程中上升過程中CDCD棒始終保持與導棒始終保持與導軌垂直軌垂直. .當當CDCD棒到達磁場上邊界時健身者松手棒到達磁場上邊界時健身者松手, ,觸發(fā)恢復裝置使觸發(fā)恢復裝置使CDCD棒回到

4、初始位棒回到初始位置置( (重力加速度重力加速度g=10 m/sg=10 m/s2 2,sin 53,sin 53=0.8,=0.8,不計其他電阻、摩擦力以及拉桿和繩不計其他電阻、摩擦力以及拉桿和繩索的質(zhì)量索的質(zhì)量).).求求(1)CD(1)CD棒進入磁場時速度棒進入磁場時速度v v的大小的大小; ;核心點撥核心點撥 (1) (1)健身者用恒力拉桿所做的功用健身者用恒力拉桿所做的功用W=W=FxFx求得求得.CD.CD棒進入磁場棒進入磁場前重力和拉力做功前重力和拉力做功. .答案答案: :(1)2.4 (1)2.4 m/sm/s(2)CD(2)CD棒進入磁場時所受的安培力棒進入磁場時所受的安培

5、力F FA A的大小的大小; ;核心點撥核心點撥 (2) (2)確定確定CDCD棒在磁場中的運動性質(zhì)棒在磁場中的運動性質(zhì). .答案答案: :(2)48 N(2)48 N(3)(3)在拉升在拉升CDCD棒的過程中棒的過程中, ,健身者所做的功健身者所做的功W W和電阻產(chǎn)生的焦耳熱和電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q.Q.核心點撥核心點撥 (3) (3)由功能關(guān)系或焦耳定律求焦耳熱由功能關(guān)系或焦耳定律求焦耳熱. .答案答案: :(3)64 J(3)64 J26.8826.88方法技巧方法技巧 求解電能應分清兩類情況求解電能應分清兩類情況(1)(1)若回路中電流恒定若回路中電流恒定, ,可以利用電路結(jié)構(gòu)及可以利用電

6、路結(jié)構(gòu)及W=W=UItUIt或或Q=IQ=I2 2RtRt直接進行計算直接進行計算. .(2)(2)若電流變化若電流變化, ,則利用安培力做的功求解則利用安培力做的功求解: :電磁感應中產(chǎn)生的電能等于克服電磁感應中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功安培力所做的功; ;利用能量守恒求解利用能量守恒求解: :若只有電能與機械能的轉(zhuǎn)化若只有電能與機械能的轉(zhuǎn)化, ,則機械能則機械能的減少量等于產(chǎn)生的電能的減少量等于產(chǎn)生的電能. .利用功能關(guān)系求解利用功能關(guān)系求解: :若除重力、安培力做功外若除重力、安培力做功外, ,還還有其他力做功有其他力做功, ,則其他力做功等于增加的機械能和電能則其他力做功等于增加

7、的機械能和電能. .多維訓練多維訓練BCBC1.1. 用能量守恒求焦耳熱用能量守恒求焦耳熱 ( (多選多選) )兩根足夠長的固定的平行金屬導軌位于同一兩根足夠長的固定的平行金屬導軌位于同一水平面內(nèi)水平面內(nèi), ,兩導軌間的距離為兩導軌間的距離為L,L,導軌上面橫放著兩根質(zhì)量均為導軌上面橫放著兩根質(zhì)量均為m,m,電阻均為電阻均為R(R(其余部分電阻不計其余部分電阻不計) )的導體棒的導體棒abab和和cdcd, ,構(gòu)成矩形回路構(gòu)成矩形回路. .在整個導軌平面內(nèi)都在整個導軌平面內(nèi)都有豎直向上的磁感應強度為有豎直向上的磁感應強度為B B的勻強磁場的勻強磁場, ,如圖所示如圖所示, ,設(shè)兩導體棒均可沿導

8、軌設(shè)兩導體棒均可沿導軌無摩擦滑行無摩擦滑行. .開始時開始時, ,棒棒cdcd靜止靜止, ,棒棒abab有指向棒有指向棒cdcd的初速度的初速度v v0 0, ,若兩導體棒在運若兩導體棒在運動過程中始終不接觸動過程中始終不接觸, ,則則( ( ) )A.A.棒棒ab,cdab,cd在運動過程中在運動過程中, ,回路中一定有感應電流回路中一定有感應電流B.B.當棒當棒ab,cdab,cd的運動穩(wěn)定后的運動穩(wěn)定后, ,棒棒ab,cdab,cd有共同速度有共同速度v=v=C.C.在運動過程中在運動過程中, ,產(chǎn)生的焦耳熱最多為產(chǎn)生的焦耳熱最多為Q=Q=D.D.在運動過程中在運動過程中, ,安培力對棒

9、安培力對棒cdcd做的功數(shù)值上等于回路中的電能做的功數(shù)值上等于回路中的電能02v204mv2.2.導學號導學號 58826224 58826224 用功能關(guān)系求焦耳熱用功能關(guān)系求焦耳熱 用密度為用密度為d d、電阻率為、電阻率為粗細均粗細均勻的金屬導線制成兩個閉合正方形線框勻的金屬導線制成兩個閉合正方形線框M M和和N,N,邊長均為邊長均為L.L.線框線框M,NM,N的導線橫截的導線橫截面積分別為面積分別為S S1 1,S,S2 2,S,S1 1SS2 2, ,如圖所示如圖所示. .均強磁場僅存在于相對磁極之間均強磁場僅存在于相對磁極之間, ,磁感應磁感應強度大小為強度大小為B,B,其他地方的

10、磁場忽略不計其他地方的磁場忽略不計. .金屬線框金屬線框M M水平放在磁場上邊界的狹水平放在磁場上邊界的狹縫間縫間, ,線框平面與磁場方向平行線框平面與磁場方向平行, ,開始運動時可認為開始運動時可認為M M的的aaaa邊和邊和bbbb邊都處邊都處在磁場中在磁場中. .線框線框N N在線框在線框M M的正上方的正上方, ,與線框與線框M M相距為相距為h,h,兩線框均從靜止開始同兩線框均從靜止開始同時釋放時釋放, ,其平面在下落過程中保持水平其平面在下落過程中保持水平, ,設(shè)磁場區(qū)域在豎直方向足夠長設(shè)磁場區(qū)域在豎直方向足夠長, ,不計不計空氣阻力及兩線框間的相互作用空氣阻力及兩線框間的相互作用

11、. .(1)(1)求線框求線框N N剛進入磁場時產(chǎn)生的感應電流大小剛進入磁場時產(chǎn)生的感應電流大小; ;(2)(2)在下落過程中在下落過程中, ,若線框若線框N N恰能追上線框恰能追上線框M.M.追上時線框追上時線框M M下落高度為下落高度為H,H,追上追上線框線框M M之前線框之前線框N N一直做減速運動一直做減速運動, ,求該過程中線框求該過程中線框N N產(chǎn)生的焦耳熱產(chǎn)生的焦耳熱; ;(3)(3)若將線框若將線框M,NM,N均由磁場上邊界處先后釋放均由磁場上邊界處先后釋放, ,釋放的時間間隔為釋放的時間間隔為t,t,計算兩線計算兩線框在運動過程中的最大距離框在運動過程中的最大距離. .考點二

12、電磁感應中的動量問題考點二電磁感應中的動量問題電磁感應問題往往涉及牛頓定律、動量守恒、能量守恒、電路的分析和計算電磁感應問題往往涉及牛頓定律、動量守恒、能量守恒、電路的分析和計算等許多方面的物理知識等許多方面的物理知識, ,試題常見的形式是導體棒切割磁感線試題常見的形式是導體棒切割磁感線, ,產(chǎn)生感應電流產(chǎn)生感應電流, ,從而使導體棒受到安培力作用從而使導體棒受到安培力作用. .導體棒運動的形式有勻速、勻變速和非勻變速導體棒運動的形式有勻速、勻變速和非勻變速3 3種種, ,對前兩種情況對前兩種情況, ,容易想到用牛頓定律求解容易想到用牛頓定律求解, ,對后一種情況一般要用能量守對后一種情況一般

13、要用能量守恒和動量守恒定律求解恒和動量守恒定律求解, ,但當安培力變化但當安培力變化, ,且又涉及位移、速度、電荷量等問且又涉及位移、速度、電荷量等問題時題時, ,用動量定理求解往往能巧妙解決用動量定理求解往往能巧妙解決. .【典例典例2 2】 (2017(2017濰坊二模濰坊二模) )如圖所示如圖所示, ,固定于水平面的兩足夠長的光滑平行金固定于水平面的兩足夠長的光滑平行金屬導軌屬導軌PMN,PMN,PMN,PMN,由傾斜和水平兩部分在由傾斜和水平兩部分在M,MM,M處平滑連接組成處平滑連接組成, ,導軌間導軌間距距L=1 m,L=1 m,水平部分處于豎直向上的勻強磁場中水平部分處于豎直向上

14、的勻強磁場中, ,磁感應強度磁感應強度B=1 T.B=1 T.金屬棒金屬棒a,ba,b垂直于傾斜導軌放置垂直于傾斜導軌放置, ,質(zhì)量均為質(zhì)量均為m=0.2 m=0.2 kg,akg,a的電阻的電阻R R1 1=1 =1 ,b,b的電阻的電阻R R2 2=3 ,=3 ,a,ba,b長度均為長度均為L=1 m,L=1 m,棒棒a a距水平面的高度距水平面的高度h h1 1=0.45 m,=0.45 m,棒棒b b距水平面的高度為距水平面的高度為h h2 2(h(h2 2hh1 1););保持保持b b棒靜止棒靜止, ,由靜止釋放由靜止釋放a a棒棒,a,a棒到達磁場中棒到達磁場中OOOO停止運動后

15、再由停止運動后再由靜止釋放靜止釋放b b棒棒, ,a,ba,b與導軌接觸良好且導軌電阻不計與導軌接觸良好且導軌電阻不計, ,重力加速度重力加速度g=10 m/sg=10 m/s2 2. .【審題指導審題指導】 (1)(1)求求a a棒進入磁場棒進入磁場MMMM時加速度的大小時加速度的大小; ;答案答案: :(1)3.75 m/s(1)3.75 m/s2 2(2)a(2)a棒從釋放到棒從釋放到OOOO的過程中的過程中, ,求求b b棒產(chǎn)生的焦耳熱棒產(chǎn)生的焦耳熱; ;答案答案: :(2)0.675 J (2)0.675 J (3)(3)若若MM,OOMM,OO間的距離間的距離x=2.4 x=2.4

16、 m,bm,b棒進入磁場后棒進入磁場后, ,恰好未與恰好未與a a棒相碰棒相碰, ,求求h h2 2的值的值. .答案答案: :(3)1.8 m(3)1.8 m反思總結(jié)反思總結(jié) 動量在電磁感應中的應用技巧動量在電磁感應中的應用技巧(2)(2)電磁感應中對于雙桿切割磁感線運動電磁感應中對于雙桿切割磁感線運動, ,若雙桿系統(tǒng)所受合外力為零若雙桿系統(tǒng)所受合外力為零, ,運用運用動量守恒定律結(jié)合能量守恒定律可求解與能量有關(guān)的問題動量守恒定律結(jié)合能量守恒定律可求解與能量有關(guān)的問題. .多維訓練多維訓練1.1. 動量守恒和能量守恒結(jié)合動量守恒和能量守恒結(jié)合 (2018(2018成都模擬成都模擬) )如圖所

17、示如圖所示, ,水平面上固定著兩水平面上固定著兩根相距根相距L L且電阻不計的足夠長的光滑金屬導軌且電阻不計的足夠長的光滑金屬導軌, ,導軌處于方向豎直向下、磁感導軌處于方向豎直向下、磁感應強度為應強度為B B的勻強磁場中的勻強磁場中, ,銅棒銅棒a,ba,b的長度均等于兩導軌的間距、電阻均為的長度均等于兩導軌的間距、電阻均為R R、質(zhì)量均為質(zhì)量均為m,m,銅棒平行地靜止在導軌上且與導軌接觸良好銅棒平行地靜止在導軌上且與導軌接觸良好. .現(xiàn)給銅棒現(xiàn)給銅棒a a一個平行一個平行導軌向右的瞬時沖量導軌向右的瞬時沖量I,I,關(guān)于此后的過程關(guān)于此后的過程, ,下列說法正確的是下列說法正確的是( ( )

18、 )B B2.2.導學號導學號 58826225 58826225 動量定理和能量守恒結(jié)合動量定理和能量守恒結(jié)合 (2018(2018江西九江模擬江西九江模擬) )如圖所如圖所示示, ,光滑水平面停放一小車光滑水平面停放一小車, ,車上固定一邊長為車上固定一邊長為L=0.5 L=0.5 m m的正方形金屬線框的正方形金屬線框abcd,abcd,金屬框的總電阻金屬框的總電阻R R=0.25 =0.25 ,小車與金屬框的總質(zhì)量小車與金屬框的總質(zhì)量m m=0.5 =0.5 kg.kg.在小車的右側(cè)在小車的右側(cè), ,有一寬度大于金屬線框邊長有一寬度大于金屬線框邊長, ,具有理想邊界的勻強磁場具有理想邊

19、界的勻強磁場, ,磁感應強度磁感應強度B B= =1.0 1.0 T,T,方向水平且與線框平面垂直方向水平且與線框平面垂直. .現(xiàn)給小車一水平速度使其向右運動并能穿現(xiàn)給小車一水平速度使其向右運動并能穿過磁場過磁場, ,當車上線框的當車上線框的abab邊剛進入磁場時邊剛進入磁場時, ,測得小車加速度測得小車加速度a a=10 m/s=10 m/s2 2. .求求: :(1)(1)金屬框剛進入磁場時金屬框剛進入磁場時, ,小車的速度為多大小車的速度為多大? ?答案答案: :(1)5 (1)5 m/sm/s解析解析: :(1)(1)設(shè)小車初速度為設(shè)小車初速度為v v0 0, ,則線框剛進入磁場時則線

20、框剛進入磁場時, ,abab邊由于切割磁感線邊由于切割磁感線產(chǎn)生的電動勢為產(chǎn)生的電動勢為E=BLvE=BLv0 0回路中的電流回路中的電流I=V,I=V,根據(jù)牛頓定律根據(jù)牛頓定律BIL=maBIL=ma由以上三式可解得由以上三式可解得v v0 0=5 =5 m/sm/s. .(2)(2)從金屬框剛要進入磁場開始從金屬框剛要進入磁場開始, ,到其完全離開磁場到其完全離開磁場, ,線框中產(chǎn)生的焦耳熱為線框中產(chǎn)生的焦耳熱為多少多少? ?答案答案: :(2)4.0 J(2)4.0 J考點三電磁感應中的考點三電磁感應中的“桿桿+ +導軌導軌”模型模型桿桿PQPQ突然向右運動突然向右運動瞬間瞬間, ,確定

21、確定PQRSPQRS和和T T中感應電流方向中感應電流方向金屬棒沿導軌由靜止金屬棒沿導軌由靜止下滑下滑, ,求電容器電荷量求電容器電荷量與棒速度大小關(guān)系與棒速度大小關(guān)系; ;棒棒速度與時間關(guān)系速度與時間關(guān)系矩形區(qū)域磁場運動矩形區(qū)域磁場運動, ,金金屬桿相對磁場運動屬桿相對磁場運動, ,求求磁場右邊、左邊掃過磁場右邊、左邊掃過金屬桿時電流大小、金屬桿時電流大小、桿加速度大小和電流桿加速度大小和電流功率功率多維訓練多維訓練1.1. 動電動模型動電動模型 ( (20182018福州校級模擬福州校級模擬) )( (多選多選) )如圖所示如圖所示, ,光滑的光滑的“ ”“ ”形金形金屬導體框豎直放置屬導

22、體框豎直放置, ,質(zhì)量為質(zhì)量為m m的金屬棒的金屬棒MNMN與框架接觸良好與框架接觸良好. .磁感應強度分別為磁感應強度分別為B B1 1,B,B2 2的有界勻強磁場方向相反的有界勻強磁場方向相反, ,但均垂直于框架平面但均垂直于框架平面, ,分別處在分別處在abcdabcd和和cdefcdef區(qū)區(qū)域域. .現(xiàn)從圖示位置由靜止釋放金屬棒現(xiàn)從圖示位置由靜止釋放金屬棒MN,MN,當金屬棒進入磁場當金屬棒進入磁場B B1 1區(qū)域后區(qū)域后, ,恰好做勻恰好做勻速運動速運動. .以下說法中正確的是以下說法中正確的是( ( ) )A.A.若若B B2 2=B=B1 1, ,金屬棒進入金屬棒進入B B2 2

23、區(qū)域后將加速下滑區(qū)域后將加速下滑B.B.若若B B2 2=B=B1 1, ,金屬棒進入金屬棒進入B B2 2區(qū)域后仍將保持勻速下滑區(qū)域后仍將保持勻速下滑C.C.若若B B2 2BBB1 1, ,金屬棒進入金屬棒進入B B2 2區(qū)域后將先加速后勻速下滑區(qū)域后將先加速后勻速下滑BCBC2.2.導學號導學號 58826226 58826226 含含“容容”單桿模型單桿模型 (2018(2018唐山校級模擬唐山校級模擬)()(多選多選) )如圖如圖所示所示, ,水平放置的足夠長光滑金屬導軌水平放置的足夠長光滑金屬導軌ab,cdab,cd處于勻強磁場中處于勻強磁場中, ,磁感應強度方磁感應強度方向與導軌

24、平面垂直向與導軌平面垂直. .質(zhì)量為質(zhì)量為m m、電阻為、電阻為R R的金屬棒的金屬棒efef靜止于導軌上靜止于導軌上. .導軌的另一導軌的另一端經(jīng)過開關(guān)端經(jīng)過開關(guān)S S與平行板電容器相連與平行板電容器相連, ,開始時開始時, ,開關(guān)打開開關(guān)打開, ,電容器上板帶正電電容器上板帶正電, ,帶帶電荷量為電荷量為Q.Q.現(xiàn)閉合開關(guān)現(xiàn)閉合開關(guān)S,S,金屬棒開始運動金屬棒開始運動, ,則下列說法中正確的是則下列說法中正確的是( ( ) )A.A.電容器所帶電荷量逐漸減少電容器所帶電荷量逐漸減少, ,最后變?yōu)榱阕詈笞優(yōu)榱鉈.B.電容器兩板間場強逐漸減小電容器兩板間場強逐漸減小, ,最后保持一個定值不變最

25、后保持一個定值不變C.C.金屬棒中電流先增大后減小金屬棒中電流先增大后減小, ,最后減為零最后減為零D.D.金屬棒的速度逐漸增大金屬棒的速度逐漸增大, ,最后保持一個定值不變最后保持一個定值不變BDBD解析解析: :開始時開始時, ,電容器放電電容器放電, ,金屬棒中有向下的電流金屬棒中有向下的電流, ,金屬棒受到向右的安金屬棒受到向右的安培力作用培力作用, ,產(chǎn)生感應電動勢產(chǎn)生感應電動勢, ,當金屬棒產(chǎn)生的感應電動勢與電容器兩板間當金屬棒產(chǎn)生的感應電動勢與電容器兩板間的電壓相等時的電壓相等時, ,電路中電流為零電路中電流為零, ,金屬棒做勻速運動金屬棒做勻速運動, ,電容器兩板間的電壓電容器

26、兩板間的電壓不為零不為零, ,電荷量不為零電荷量不為零, ,選項選項A A錯誤錯誤,B,D,B,D正確正確; ;金屬棒中電流開始最大金屬棒中電流開始最大, ,然后然后逐漸減小逐漸減小, ,最后為零最后為零, ,選項選項C C錯誤錯誤. . 演練提升演練提升 真題體驗真題體驗強化提升強化提升1.1. 電磁感應綜合問題電磁感應綜合問題 (2017(2017天津卷天津卷,3),3)如圖所示如圖所示, ,兩根平行金屬導軌置于水兩根平行金屬導軌置于水平面內(nèi)平面內(nèi), ,導軌之間接有電阻導軌之間接有電阻R.R.金屬棒金屬棒abab與兩導軌垂直并保持良好接觸與兩導軌垂直并保持良好接觸, ,整個裝整個裝置放在勻

27、強磁場中置放在勻強磁場中, ,磁場方向垂直于導軌平面向下磁場方向垂直于導軌平面向下. .現(xiàn)使磁感應強度隨時間均現(xiàn)使磁感應強度隨時間均勻減小勻減小, ,abab始終保持靜止始終保持靜止, ,下列說法正確的是下列說法正確的是( ( ) )A.abA.ab中的感應電流方向由中的感應電流方向由b b到到a aB.abB.ab中的感應電流逐漸減小中的感應電流逐漸減小C.abC.ab所受的安培力保持不變所受的安培力保持不變D.abD.ab所受的靜摩擦力逐漸減小所受的靜摩擦力逐漸減小D D高考模擬高考模擬解析解析: :根據(jù)楞次定律根據(jù)楞次定律, ,感應電流產(chǎn)生的磁場向下感應電流產(chǎn)生的磁場向下, ,再根據(jù)安培

28、定則再根據(jù)安培定則, ,可判斷可判斷abab中感應電流方向從中感應電流方向從a a到到b,Ab,A錯誤錯誤; ;磁場變化是均勻的磁場變化是均勻的, ,根據(jù)法拉第電磁感根據(jù)法拉第電磁感應定律應定律, ,感應電動勢恒定不變感應電動勢恒定不變, ,感應電流感應電流I I恒定不變恒定不變,B,B錯誤錯誤; ;安培力安培力F=BIL,F=BIL,由于由于I,LI,L不變不變,B,B減小減小, ,所以所以abab所受的安培力逐漸減小所受的安培力逐漸減小, ,根據(jù)力的平衡條件根據(jù)力的平衡條件, ,靜摩擦力逐漸減小靜摩擦力逐漸減小,C,C錯誤錯誤,D,D正確正確. .2.2. 單桿切割問題單桿切割問題 (20

29、17(2017湖北襄陽四中周考湖北襄陽四中周考)()(多選多選) )將兩根足夠長的光滑平行導軌將兩根足夠長的光滑平行導軌MN,PQMN,PQ固定在水平桌面上固定在水平桌面上, ,間距為間距為L,L,在導軌的左端接有阻值為在導軌的左端接有阻值為R R的定值電阻的定值電阻, ,將一長為將一長為L L質(zhì)量為質(zhì)量為m m的導體棒放在導軌上的導體棒放在導軌上, ,已知導體棒與導軌間的接觸始終良好已知導體棒與導軌間的接觸始終良好, ,且阻值也為且阻值也為R.R.在在導軌所在的空間加一磁感應強度為導軌所在的空間加一磁感應強度為B B、方向豎直向上的勻強磁場、方向豎直向上的勻強磁場. .現(xiàn)用一質(zhì)量不計的輕現(xiàn)用

30、一質(zhì)量不計的輕繩將導體棒與一質(zhì)量也為繩將導體棒與一質(zhì)量也為m m的重物跨過光滑的定滑輪連接的重物跨過光滑的定滑輪連接, ,重物距離地面的高度足夠大重物距離地面的高度足夠大, ,如圖所示如圖所示, ,重物由靜止釋放后重物由靜止釋放后, ,帶動導體棒一起運動帶動導體棒一起運動, ,忽略導軌的電阻忽略導軌的電阻, ,重力加速度為重力加速度為g.g.重物下落重物下落h h時時( (此時導體棒做勻速運動此時導體棒做勻速運動),),則下列說法正確的是則下列說法正確的是( ( ) )A.A.該過程中電阻該過程中電阻R R中的感應電流方向為由中的感應電流方向為由M M到到P PB.B.重物釋放的瞬間加速度最大

31、且為重物釋放的瞬間加速度最大且為g gC.C.導體棒的最大速度為導體棒的最大速度為D.D.該過程流過定值電阻的電荷量為該過程流過定值電阻的電荷量為CDCD2 22mgRB L2BLhR3.3. 電磁感應能量問題電磁感應能量問題 (2017(2017北京卷北京卷,24),24)發(fā)電機和電動機具有裝置上的類似性發(fā)電機和電動機具有裝置上的類似性, ,源于它們機理上的類似性源于它們機理上的類似性. .直流發(fā)電機和直流電動機的工作原理可以簡化為如直流發(fā)電機和直流電動機的工作原理可以簡化為如圖圖1 1、圖、圖2 2所示的情景所示的情景. .在豎直向下的磁感應強度為在豎直向下的磁感應強度為B B的勻強磁場中

32、的勻強磁場中, ,兩根光滑平行金屬軌道兩根光滑平行金屬軌道MN,PQMN,PQ固固定在水平面內(nèi)定在水平面內(nèi), ,相距為相距為L,L,電阻不計電阻不計. .電阻為電阻為R R的金屬導體棒的金屬導體棒abab垂直于垂直于MN,PQMN,PQ放放在軌道上在軌道上, ,與軌道接觸良好與軌道接觸良好, ,以速度以速度v(vv(v平行于平行于MN)MN)向右做勻速運動向右做勻速運動. .圖圖1 1軌道端點軌道端點MPMP間接有阻值為間接有阻值為r r的電阻的電阻, ,導體棒導體棒abab受到水平向右的外力作用受到水平向右的外力作用. .圖圖2 2軌道端點軌道端點MPMP間接有直流電源間接有直流電源, ,導

33、體棒導體棒abab通過滑輪勻速提升重物通過滑輪勻速提升重物, ,電路中的電路中的電流為電流為I.I.求在求在tt時間內(nèi)時間內(nèi), ,圖圖1“1“發(fā)電機發(fā)電機”產(chǎn)生的電能和圖產(chǎn)生的電能和圖2“2“電動機電動機”輸出的機械能輸出的機械能. .答案答案: :見解析見解析4.4.(2017(2017浙江浙江4 4月選考月選考) )間距為間距為l l的兩平行金屬導軌由水平部分和傾斜部分平滑連接而成的兩平行金屬導軌由水平部分和傾斜部分平滑連接而成, ,如圖所示如圖所示. .傾角為傾角為的導軌處于大小為的導軌處于大小為B B1 1、方向垂直導軌平面向上的勻強磁場區(qū)間、方向垂直導軌平面向上的勻強磁場區(qū)間中中,

34、,水平導軌上的無磁場區(qū)間靜止放置一質(zhì)量為水平導軌上的無磁場區(qū)間靜止放置一質(zhì)量為3m3m的的“聯(lián)動雙桿聯(lián)動雙桿”( (由兩根長為由兩根長為l l的金屬桿的金屬桿cdcd和和efef, ,用長度為用長度為L L的剛性絕緣桿連接構(gòu)成的剛性絕緣桿連接構(gòu)成),),在在“聯(lián)動雙桿聯(lián)動雙桿”右側(cè)存在大小為右側(cè)存在大小為B B2 2、方向垂直、方向垂直導軌平面向上的勻強磁場區(qū)間導軌平面向上的勻強磁場區(qū)間,其長度大于其長度大于L.L.質(zhì)量為質(zhì)量為m m、長為、長為l l的金屬桿的金屬桿abab從傾斜導軌從傾斜導軌上端釋放上端釋放, ,達到勻速后進入水平導軌達到勻速后進入水平導軌( (無能量損失無能量損失),),

35、桿桿abab與與“聯(lián)動雙桿聯(lián)動雙桿”發(fā)生碰撞發(fā)生碰撞, ,碰后碰后桿桿abab和和cdcd合在一起形成合在一起形成“聯(lián)動三桿聯(lián)動三桿”.“.“聯(lián)動三桿聯(lián)動三桿”繼續(xù)沿水平導軌進入磁場區(qū)間繼續(xù)沿水平導軌進入磁場區(qū)間并并從中滑出從中滑出. .運動過程中運動過程中, ,桿桿ab,cdab,cd和和efef與導軌始終接觸良好與導軌始終接觸良好, ,且保持與導軌垂直且保持與導軌垂直. .已知桿已知桿ab,cdab,cd和和efef電阻均為電阻均為R=0.02 R=0.02 ,m,m=0.1 =0.1 kg,lkg,l=0.5 =0.5 m,Lm,L=0.3 =0.3 m,m,=30=30,B,B1 1=

36、0.1 T,B=0.1 T,B2 2=0.2 =0.2 T.T.不計摩擦阻力和導軌電阻不計摩擦阻力和導軌電阻, ,忽略磁場邊界效應忽略磁場邊界效應. .求求: :(1)(1)桿桿abab在傾斜導軌上勻速運動時的速度大小在傾斜導軌上勻速運動時的速度大小v v0 0; ;答案答案: :(1)6 (1)6 m/sm/s(2)“(2)“聯(lián)動三桿聯(lián)動三桿”進入磁場區(qū)間進入磁場區(qū)間前的速度大小前的速度大小v;v;答案答案: :(2)1.5 (2)1.5 m/sm/s (3)“(3)“聯(lián)動三桿聯(lián)動三桿”滑過磁場區(qū)間滑過磁場區(qū)間產(chǎn)生的焦耳熱產(chǎn)生的焦耳熱Q.Q.答案答案: :(3)0.25 J(3)0.25 J

37、拓展增分拓展增分閉合線框從不同高度穿越磁場的問題閉合線框從不同高度穿越磁場的問題閉合線框從不同高度穿越磁場時閉合線框從不同高度穿越磁場時, ,可能做勻速直線運動、加速運動、減速運可能做勻速直線運動、加速運動、減速運動動, ,或先后多種運動形式交替出現(xiàn)或先后多種運動形式交替出現(xiàn), ,解決此類問題的三種思路解決此類問題的三種思路: :(1)(1)運動分析運動分析: :分析線圈進磁場時安培力與重力的大小關(guān)系分析線圈進磁場時安培力與重力的大小關(guān)系, ,判斷其運動性質(zhì)判斷其運動性質(zhì). .(2)(2)過程分析過程分析: :分階段分階段( (進磁場前、進入過程、在磁場內(nèi)、出磁場過程進磁場前、進入過程、在磁場

38、內(nèi)、出磁場過程) )分析分析. .(3)(3)功能關(guān)系分析功能關(guān)系分析: :必要時利用功能關(guān)系列方程求解必要時利用功能關(guān)系列方程求解. .【示例示例】 (2018(2018江西南昌模擬江西南昌模擬) )如圖所示如圖所示, ,水平地面上方矩形區(qū)域內(nèi)存在垂直水平地面上方矩形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場紙面向里的勻強磁場, ,兩個閉合線圈兩個閉合線圈,分別用同種導線繞制而成分別用同種導線繞制而成, ,其中其中為為邊長為邊長為L L的正方形的正方形,是長是長2L2L、寬為、寬為L L的矩形的矩形, ,將兩個線圈同時從圖示位置由靜將兩個線圈同時從圖示位置由靜止釋放止釋放. .線圈下邊進入磁場時線圈下

39、邊進入磁場時,立即做了一段時間的勻速運動立即做了一段時間的勻速運動, ,已知兩線圈在已知兩線圈在整個下落過程中整個下落過程中, ,下邊始終平行于磁場上邊界下邊始終平行于磁場上邊界, ,不計空氣阻力不計空氣阻力, ,則則( ( ) )A.A.下邊進入磁場時下邊進入磁場時,也立即做勻速運動也立即做勻速運動B.B.從下邊進入磁場開始的一段時間內(nèi)從下邊進入磁場開始的一段時間內(nèi), ,線圈線圈做加速度不斷減小的加速運動做加速度不斷減小的加速運動C.C.從下邊進入磁場開始的一段時間內(nèi)從下邊進入磁場開始的一段時間內(nèi), ,線圈線圈做加速度不斷減小的減速運動做加速度不斷減小的減速運動D.D.線圈線圈先到達地面先到達地面C C