2019版高考物理總復習 第十章 電磁感應 能力課2 電磁感應中的動力學和能量問題課件.ppt

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能力課2電磁感應中的動力學和能量問題 熱考點 電磁感應中的動力學問題 1 兩種狀態(tài)及處理方法 2 電學對象與力學對象的轉換及關系 命題角度1導體棒處于靜止狀態(tài) 例1 2017 天津理綜 3 如圖1所示 兩根平行金屬導軌置于水平面內 導軌之間接有電阻R 金屬棒ab與兩導軌垂直并保持良好接觸 整個裝置放在勻強磁場中 磁場方向垂直于導軌平面向下 現使磁感應強度隨時間均勻減小 ab始終保持靜止 下列說法正確的是 A ab中的感應電流方向由b到aB ab中的感應電流逐漸減小C ab所受的安培力保持不變D ab所受的靜摩擦力逐漸減小 圖1 答案D 命題角度2導體棒做勻速運動 例2 多選 一空間有垂直紙面向里的勻強磁場B 兩條電阻不計的平行光滑導軌豎直放置在磁場內 如圖2所示 磁感應強度B 0 5T 導體棒ab cd長度均為0 2m 電阻均為0 1 重力均為0 1N 現用力向上拉動導體棒ab 使之勻速上升 導體棒ab cd與導軌接觸良好 此時cd靜止不動 則ab上升時 下列說法正確的是 A ab受到的拉力大小為2NB ab向上運動的速度為2m sC 在2s內 拉力做功 有0 4J的機械能轉化為電能D 在2s內 拉力做功為0 6J 圖2 答案BC 命題角度3變加速直線運動問題 例3 如圖3 在光滑水平桌面上有一邊長為L 電阻為R的正方形導線框 在導線框右側有一寬度為d d L 的條形勻強磁場區(qū)域 磁場的邊界與導線框的一邊平行 磁場方向豎直向下 導線框以某一初速度向右運動 t 0時導線框的右邊恰與磁場的左邊界重合 隨后導線框進入并通過磁場區(qū)域 下列v t圖象中 可能正確描述上述過程的是 圖3 解析導線框開始進入磁場過程 通過導線框的磁通量增大 有感應電流 進而受到與運動方向相反的安培力作用 速度減小 感應電動勢減小 感應電流減小 安培力減小 導線框的加速度減小 v t圖線的斜率減小 導線框全部進入磁場后 磁通量不變 無感應電流 導線框做勻速直線運動 導線框從磁場中出來的過程 有感應電流 又會受到安培力阻礙作用 速度減小 加速度減小 選項D正確 答案D 用 四步法 分析電磁感應中的動力學問題解決電磁感應中的動力學問題的一般思路是 先電后力 具體思路如下 變式訓練1 足夠長的平行金屬導軌MN和PQ表面粗糙 與水平面間的夾角為 37 sin37 0 6 間距為1m 垂直于導軌平面向上的勻強磁場的磁感應強度的大小為4T P M間所接電阻的阻值為8 質量為2kg的金屬桿ab垂直導軌放置 不計桿與導軌的電阻 桿與導軌間的動摩擦因數為0 25 金屬桿ab在沿導軌向下且與桿垂直的恒力F作用下 由靜止開始運動 桿的最終速度為8m s 取g 10m s2 求 1 當金屬桿的速度為4m s時 金屬桿的加速度大小 2 當金屬桿沿導軌的位移為6 0m時 通過金屬桿的電荷量 圖4 解析 1 對金屬桿ab應用牛頓第二定律 有F mgsin F安 f ma f FN FN mgcos ab桿所受安培力大小為F安 BILab桿切割磁感線產生的感應電動勢為E BLv 代入vm 8m s時a 0 解得F 8N代入v 4m s及F 8N 解得a 4m s2 回路中的磁通量變化量為 BLx 聯(lián)立解得q 3C答案 1 4m s2 2 3C 熱考點 電磁感應中的能量問題 1 電磁感應中的能量轉化 2 求解焦耳熱Q的三種方法 命題角度1電磁感應現象與能量守恒定律的綜合 例4 如圖5所示 兩根足夠長的平行金屬導軌固定在傾角 30 的斜面上 導軌電阻不計 間距L 0 4m 導軌所在空間被分成區(qū)域 和 兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN 中的勻強磁場方向垂直斜面向下 中的勻強磁場方向垂直斜面向上 兩磁場的磁感應強度大小均為B 0 5T 在區(qū)域 中 將質量m1 0 1kg 電阻R1 0 1 的金屬條ab放在導軌上 ab剛好不下滑 然后 在區(qū)域 中將質量m2 0 4kg 電阻R2 0 1 的光滑導體棒cd置于導軌上 由靜止開始下滑 cd在滑動過程中始終處于區(qū)域 的磁場中 ab cd始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸 取g 10m s2 問 1 cd下滑的過程中 ab中的電流方向 2 ab剛要向上滑動時 cd的速度v多大 3 從cd開始下滑到ab剛要向上滑動的過程中 cd滑動的距離x 3 8m 此過程中ab上產生的熱量Q是多少 圖5 解析 1 由右手定則可判斷出cd中的電流方向為由d到c 則ab中電流方向為由a流向b 2 開始放置時ab剛好不下滑 ab所受摩擦力為最大靜摩擦力 設其為Fmax 有Fmax m1gsin 設ab剛要上滑時 cd棒的感應電動勢為E 由法拉第電磁感應定律有E BLv 設ab所受安培力為F安 有F安 BIL 此時ab受到的最大靜摩擦力方向沿斜面向下 由平衡條件有F安 m1gsin Fmax 綜合 式 代入數據解得v 5m s 3 設cd棒運動過程中在電路中產生的總熱量為Q總 答案 1 由a流向b 2 5m s 3 1 3J 解電磁感應現象中的能量問題的一般步驟 1 在電磁感應中 切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產生感應電動勢 該導體或回路就相當于電源 2 分析清楚有哪些力做功 就可以知道有哪些形式的能量發(fā)生了相互轉化 3 根據能量守恒列方程求解 命題角度2電磁感應現象與動量守恒定律的綜合 例5 如圖6所示 兩根間距為l的光滑金屬導軌 不計電阻 由一段圓弧部分與一段無限長的水平段部分組成 其水平段加有豎直向下方向的勻強磁場 磁感應強度為B 導軌水平段上靜止放置一金屬棒cd 質量為2m 電阻為2r 另一質量為m 電阻為r的金屬棒ab 從圓弧段M處由靜止釋放下滑至N處進入水平段 棒與導軌始終垂直且接觸良好 圓弧段MN半徑為R 所對圓心角為60 求 1 ab棒在N處進入磁場區(qū)速度是多大 此時棒中電流是多少 2 cd棒能達到的最大速度是多大 3 cd棒由靜止到達最大速度過程中 系統(tǒng)所能釋放的熱量是多少 圖6 解析 1 ab棒由M下滑到N過程中機械能守恒 故 2 ab棒在安培力作用下做減速運動 cd棒在安培力作用下做加速運動 當兩棒速度達到相同速度v 時 電路中電流為零 安培力為零 cd達到最大速度 3 系統(tǒng)釋放的熱量應等于系統(tǒng)機械能的減少量 變式訓練2 2018 河北五名校聯(lián)盟二模 如圖7所示 MN PQ兩平行光滑水平導軌分別與半徑r 0 5m的相同豎直半圓導軌在N Q端平滑連接 M P端連接定值電阻R 質量M 2kg的cd絕緣桿垂直且靜止在水平導軌上 在其右側至N Q端的區(qū)域內充滿豎直向上的勻強磁場 現有質量m 1kg的ab金屬桿以初速度v0 12m s水平向右運動 與cd絕緣桿發(fā)生正碰后 進入磁場并最終未滑出 cd絕緣桿則恰好能通過半圓導軌最高點 不計除R以外的其他電阻和摩擦 ab金屬桿始終與導軌垂直且接觸良好 g取10m s2 不考慮cd桿通過半圓導軌最高點以后的運動 求 1 cd絕緣桿通過半圓導軌最高點時的速度大小v 2 電阻R產生的焦耳熱Q 圖7 解析 1 cd絕緣桿通過半圓導軌最高點時 解得碰撞后cd絕緣桿的速度v2 5m s 兩桿碰撞過程中動量守恒 有mv0 mv1 Mv2 解得碰撞后ab金屬桿的速度v1 2m s 桿 導軌 模型 題源 人教版選修3 2 P21 T3 設圖4 5 5中的磁感應強度B 1T 平行導軌寬l 1m 金屬棒PQ以1m s速度貼著導軌向右運動 R 1 其他電阻不計 圖4 5 5導體PQ向右運動 1 運動的導線會產生感應電動勢 相當于電源 用電池等符號畫出這個裝置的等效電路圖 2 通過R的電流方向如何 大小等于多少 拓展1 2018 湖南省五市十校高三聯(lián)考 如圖8所示 兩平行的光滑導軌固定在同一水平面內 兩導軌間距離為L 金屬棒ab垂直于導軌 金屬棒兩端與導軌接觸良好 在導軌左端接入阻值為R的定值電阻 整個裝置處于豎直向下的磁感應強度為B的勻強磁場中 與R相連的導線 導軌和金屬棒的電阻均可忽略不計 用平行于導軌向右的大小為F的力拉金屬棒 使金屬棒以大小為v的速度向右勻速運動 下列說法正確的是 圖8 答案BD 拓展2 2016 全國卷 24 如圖9 水平面 紙面 內間距為l的平行金屬導軌間接一電阻 質量為m 長度為l的金屬桿置于導軌上 t 0時 金屬桿在水平向右 大小為F的恒定拉力作用下由靜止開始運動 t0時刻 金屬桿進入磁感應強度大小為B 方向垂直于紙面向里的勻強磁場區(qū)域 且在磁場中恰好能保持勻速運動 桿與導軌的電阻均忽略不計 兩者始終保持垂直且接觸良好 兩者之間的動摩擦因數為 重力加速度大小為g 求 1 金屬桿在磁場中運動時產生的電動勢的大小 2 電阻的阻值 圖9 解析 1 設金屬桿進入磁場前的加速度大小為a 由牛頓第二定律得F mg ma 設金屬桿到達磁場左邊界時的速度為v 由運動學公式有v at0 當金屬桿以速度v在磁場中運動時 由法拉第電磁感應定律知產生的電動勢為E Blv 式中R為電阻的阻值 金屬桿所受的安培力為F安 BlI 因金屬桿做勻速運動 有F mg F安 0 拓展3 2017 江蘇單科 13 如圖10所示 兩條相距d的平行金屬導軌位于同一水平面內 其右端接一阻值為R的電阻 質量為m的金屬桿靜置在導軌上 其左側的矩形勻強磁場區(qū)域MNPQ的磁感應強度大小為B 方向豎直向下 當該磁場區(qū)域以速度v0勻速地向右掃過金屬桿后 金屬桿的速度變?yōu)関 導軌和金屬桿的電阻不計 導軌光滑且足夠長 桿在運動過程中始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸 求 圖10 1 MN剛掃過金屬桿時 桿中感應電流的大小I 2 MN剛掃過金屬桿時 桿的加速度大小a 3 PQ剛要離開金屬桿時 感應電流的功率P 解析 1 感應電動勢E Bdv0 2 安培力F BId 3 金屬桿切割磁感線的速度v v0 v 則感應電動勢E Bd v0 v