2011高考物理专题复习课件大全：电磁感应中的动力学与能量专题.ppt

电磁感应中的动力学 与能量专题 要点疑点考点 课 前 热 身 能力思维方 法 要点疑点考 点 解决力学问题的途径是三条：1.牛顿定律；2. 动量；3.能量.本章内容与力学联系较为广泛，基 本上也利用以上三条途径分析处理.包括平衡问题 、匀变速问题、圆周运动、动态分析、功和能及系 统问题.尤其是本章内容是电磁感应，而从能量方 面来看，以其他形式的能转化为电能的过程来解决 问题比较容易. 再次阐述一下从动力学、能量方面着手处理问 题的大体思路：对于单一物体适用牛顿定律、动量 定理、动能定理、能的转化和守恒；对于系统来说 适用的有动量守恒、机械能守恒、功能关系等. 课 前 热 身 1.如图12-6-1所示，AB、CD是两根足够长 的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为l， 导轨平面与水平面的夹角是，在整个导轨平 面内都有垂直于导轨平面 斜向上方的匀强磁场， 磁感应强度为B，在 导轨的A、C端连接 一个阻值为R的电阻. 课 前 热 身 一根垂直于导轨放置的金属棒ab，质量 为m，从静止开始沿导轨下滑，求ab棒的最大 速度.(已知动摩擦因数为，导体和金属棒 的电阻不计) 课 前 热 身 【答案】vm=mg(sin-Cos)R/B2I2 课 前 热 身 2.电阻为R的矩形导线框abcd，边长ab=1， ad=h，质量为m，自某一高度自由落下，通过一 匀强磁场，磁场方向垂 直纸面向里，磁场区 域的宽度为h，如图 12-6-2所示，若线框 恰好以恒定速度通过 磁场，线框内产生的 内能是2mgh. 课 前 热 身 3.两个小车A和B置于光滑水平面同一直线上， 且相距一段距离.在A上固定有闭合的螺线管，车B上 固定有一条形磁铁，且条形磁铁的轴线与螺线管在 同一直线上，如图12-6-3所示.车A的总质量为 M1=1.0kg,车B的总质量M2=2.0kg，若车A以v0=6m/s的 速度向原来静止的车B运动，求螺线管内因电磁感应 产生的热量有多少焦? 课 前 热 身 【答案】12J 课 前 热 身 4.如图12-6-4，让一线圈由位置1通过一个匀 强磁场区域到达位置2，下列说法正确的是(AD) 课 前 热 身 A.线圈进入或离开磁场时，线圈中有 感应电流，且速度越大，感应电流越大 B.整个线圈在磁场中做匀速运动时， 线圈中有稳定的感应电流 C.整个线圈在磁场中做加速运动时， 线圈中有逐渐增大的感应电流 D.整个线圈在磁场中不论做什么运动 ，都没有感应电流，但有感应电动势 课 前 热 身 变化：1给线圈施加一适当的外力，可使线圈以 速度v从位置1匀速运动到位置2，则关于力F的做功情 况，下列判断正确的是(AD) A.只有当线圈进入或离开磁场时，才会有外力做功 . B.由P=Fv可知，力F做功功率与速度v成正比. C.由W=2FL可知，力F做功与速度v无关. D.v越大，力F做功越多. 变化：2.若给线圈施加恒定的外力，使线圈由静止 开始从位置1运动到位置2，试大致画出线圈中感应电 流的大小随位移变化的图线. 课 前 热 身 5.如图12-6-5所示，导线MN可无摩擦地沿竖直的 长直导轨滑动，且与导轨接触良好导轨位于水平方向 的匀强磁场中，回路电阻是R，将MN由静止开始释放 后的一段时间内，MN运动的加速度可能是 (B) A.保持不变 B.逐渐减少 C.逐渐增大 D.先增大后减小 能力思维方 法 【例1】如图12-6-6所示，用铝板制成的“U” 型框，将一质量为m的带电小球，用绝缘线悬挂在 框的上方，让整体在垂直于水平方向的匀强磁场中 ，向左以速度v匀速运动，悬挂拉力为T，则 (A) A.悬线竖直，T=mg B.速度选择合适的 大小，可使T=0 C.悬线竖直，Tmg D.条件不足，无法确定 能力思维方 法 【解析】此题侧重于受力分析.当框向左运 动时，框的右边做切割磁感线运动，而产生感 应电动势，其大小E=BLv(L为框的右边竖直长度 ).且此时电势是下板高、上板低，在两个平行 板间形成一个匀强电场，电场方向竖直向上， 电场强度E=E/L=Bv.且小球将受到电场力和洛伦 兹力共同作用，无论小球带何种电荷，电场力 和洛伦兹力一定反向.洛伦兹力大小f=Bqv则与 电场力F=Eq=Bqv是一对平衡力，所以悬线竖直 ，T=mg，故A正确. 能力思维方 法 【例2】如图12-6-7中图甲所示，一对平行光滑轨道放 置在水平面上，两轨道间距l=0.2m，电阻R=1.0； 有一导体杆静止地放在轨道上，与两轨道垂直，杆及轨 道的电阻皆可忽略不计，整个装置处于磁感应强度 B=0.5T的匀强电场中，磁场方向垂直轨道面向下.现有 一外力F沿轨道方向拉杆，使 之做匀加速运动， 测得力F与时间t的 关系如图乙所示， 求杆的质量m和加 速度a? 能力思维方 法 【解析】此题为牛顿定律应用题. 导体杆在轨道上做匀加速直线运动，用v表 示其速度，t表示时间，则有：v=at，杆切割磁 感线，产生感应电动势为：E=Blv，在闭合回路 中产生感应电流I=E/R，杆受到的安培阻力 f=BIl，根据牛顿第二定律有：F-f=ma，联立各 式可得F=ma+B2l2at/R；则在图乙上任取两点代 入求解：a=10m/s2，m=0.1kg. 能力思维方 法 【例3】如图12-6-8所示，a、b为在同一水平面内 的两条相互平行的很长的直金属导轨，在其上置有两 根可以在导轨上做无 摩擦滑动的相互平行 的金属棒c、d，a、b 相互垂直，c、d的质 量均为0.1kg，且电 阻相等. 图12-6-8 能力思维方 法 棒与导轨接触很好，其他电阻均不计 ， 导轨间存在着方向竖直向上的匀强磁场.今 在极短时间内对d施以水平向右的冲击，其 冲量为1Ns；(1)试分析此后c与d的运动 情 况；(2)试求棒c的最大速度；(3)试求棒d 总的发热量. 能力思维方 法 【解析】：c、d两棒与导轨组成的闭合回路 中由于磁通量的变化而产生感应电流，c、d两棒 受到安培力的作用，且等大反向，由于合外力为 0，动量守恒，相当于是完全非弹性碰撞. (1)棒d受到的冲量后动量为p=m1v1，d将做切 割磁感线运动，产生的磁感应电动势为E，回路 中有感应电流而使c、d两棒受到安培力作用，d 棒做减速运动，c棒做加速运动，当c、d两棒速 度相等时，回路中的感应电流为0，此后均做匀 速直线运动. 能力思维方 法 (2)当两棒速度相等时，c棒具有最大速度 ，d棒具有最小速度，根据动量守恒有： m1v1=(m1+m2)v，所以v=m1v1/(m1+m2)=5m/s. (3)两棒做变速运动的过程，类似于碰撞， 两者组成的系统损失的机械能转化为内能，且 内能在两者上均是由电阻发热而产生，因电阻 相同，所以d的发热量为总热量的一半：Qd=（ 1/2）(p2/2m1-p2/2(m1+m2)=1.25J. 能力思维方 法 【例4】如图12-6-9所示，abcd是一闭合的小金属 线框，用一根绝缘的细杆挂在固定点O，使金属线框 在竖直平面内来回摆动的 过程穿过水平方向的匀强 磁场区域，磁感线方向跟 线框平面垂直，若悬点摩 擦和空气阻力不计，则(AC) 能力思维方 法 A.线框进入或离开磁场区域时，都产生感应电 流，而且电流的方向相反 B.线框进入磁场区域后，越靠近OO线时速度 越大，因而产生的感应电流也越大 C.线框开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小 到某一值后将不再减小 D.线框摆动过程中，机械能完全转化为线框电 路中的电能 能力思维方 法 【解析】线框在进入和离开磁场的过程中磁通 量才会变化，也可以看做其部分在切割磁感线， 因此有感应电流，且由楞次定律或右手定则可确 定进入和离开磁场时感应电流方向是相反的，故A 项正确；当线圈整体都进入匀强磁场后，磁通量 就保持不变了，此段过程中不会产生感应电流， 故B错误，但提醒一下的是此时还是有感应电动势 的(如果是非匀强磁场，则又另当别论了)； 能力思维方 法 当线框在进入和离开磁场