高考物理大一轮复习 专题9 电磁感应中的动力学和能量问题课件 新人教版.ppt

专题九电磁感应中的动力学和能量问题 2 安培力的方向判断 3 牛顿第二定律及功能关系 2 导体的两种运动状态 1 导体的平衡状态 静止状态或匀速直线运动状态 2 导体的非平衡状态 加速度不为零 3 两大研究对象及其关系电磁感应中导体棒既可看作电学对象 因为它相当于电源 又可看作力学对象 因为感应电流产生安培力 而感应电流i和导体棒的速度v则是联系这两大对象的纽带 3 过程分析 由于安培力是变力 导体棒做变加速或变减速运动 当加速度为零时 达到稳定状态 最后做匀速直线运动 根据共点力平衡条件列平衡方程 f合 0 典例1 如图1所示 光滑斜面的倾角 30 在斜面上放置一矩形线框abcd ab边的边长l1 1m bc边的边长l2 0 6m 线框的质量m 1kg 电阻r 0 1 线框通过细线与重物相连 重物质量m 2kg 斜面上ef ef gh 的右方有垂直斜面向上的匀强磁场 磁感应强度b 0 5t 如果线框从静止开始运动 进入磁场的最初一段时间做匀速运动 ef和gh的距离s 11 4m 取g 10m s2 求 图1 1 线框进入磁场前重物的加速度 2 线框进入磁场时匀速运动的速度v 3 ab边由静止开始到运动到gh处所用的时间t 4 ab边运动到gh处的速度大小及在线框由静止开始运动到gh处的整个过程中产生的焦耳热 审题指导 答案见解析 反思总结分析电磁感应中动力学问题的基本思路电磁感应中产生的感应电流使导体棒在磁场中受到安培力的作用 从而影响导体棒的受力情况和运动情况 分析如下 即学即练1如图2所示 两光滑平行导轨水平放置在匀强磁场中 磁场垂直导轨所在平面 金属棒ab可沿导轨自由滑动 导轨一端连接一个定值电阻r 金属棒和导轨电阻不计 现将金属棒沿导轨由静止向右拉 若保持拉力f恒定 经时间t1后速度为v 加速度为a1 最终以速度2v做匀速运动 若保持拉力的功率p恒定 棒由静止经时间t2后速度为v 加速度为a2 最终也以速度2v做匀速运动 则 图2 a t2 t1b t1 t2c a2 2a1d a2 5a1 答案b 即学即练2如图3甲所示 mn pq两条平行的光滑金属轨道与水平面成 30 角固定 m p之间接电阻箱r 导轨所在空间存在匀强磁场 磁场方向垂直于轨道平面向上 磁感应强度为b 0 5t 质量为m的金属杆ab水平放置在轨道上 其接入电路的电阻值为r 现从静止释放杆ab 测得其在下滑过程中的最大速度为vm 改变电阻箱的阻值r 得到vm与r的关系如图乙所示 已知轨道间距为l 2m 重力加速度g取10m s2 轨道足够长且电阻不计 图3 1 当r 0时 求杆ab匀速下滑过程中产生的感应电动势e的大小及杆中电流的方向 2 求杆ab的质量m和阻值r 3 当r 4 时 求回路瞬时电功率每增加1w的过程中合外力对杆做的功w 解析 1 由图可知 当r 0时 杆ab最终以v 2m s的速度匀速运动 杆ab切割磁感线产生的电动势为 e blv 2v根据楞次定律可知杆ab中电流方向为b a 答案 1 2vb a 2 0 2kg2 3 0 6j 二 电磁感应中的能量问题1 电磁感应中的能量转化 2 求解焦耳热q的三种方法 典例2 间距为l 2m的足够长的金属直角导轨如图4甲所示放置 它们各有一边在同一水平面内 另一边垂直于水平面 质量均为m 0 1kg的金属细杆ab cd与导轨垂直放置形成闭合回路 杆与导轨之间的动摩擦因数均为 0 5 导轨的电阻不计 细杆ab cd的电阻分别为r1 0 6 r2 0 4 整个装置处于磁感应强度大小为b 0 50t 方向竖直向上的匀强磁场中 图中未画出 当ab在平行于水平导轨的拉力f作用下从静止开始沿导轨匀加速运动时 cd杆也同时从静止开始沿导轨向下运动 测得拉力f与时间t的关系如图乙所示 g 10m s2 图4 1 求ab杆的加速度a 2 求当cd杆达到最大速度时ab杆的速度大小 3 若从开始到cd杆达到最大速度的过程中拉力f做了5 2j的功 通过cd杆横截面的电荷量为2c 求该过程中ab杆所产生的焦耳热 解析 1 由题图乙可知 在t 0时 f 1 5n对ab杆进行受力分析 由牛顿第二定律得f mg ma代入数据解得a 10m s2 答案见解析 反思总结分析 双杆模型 问题时 要注意双杆之间的制约关系 即 动 杆与 被动 杆之间的关系 需要注意的是 最终两杆的收尾状态的确定是分析该类问题的关键 即学即练3 2013 天津卷 3 如图5所示 纸面内有一矩形导体闭合线框abcd ab边长大于bc边长 置于垂直纸面向里 边界为mn的匀强磁场外 线框两次匀速地完全进入磁场 两次速度大小相同 方向均垂直于mn 第一次ab边平行mn进入磁场 线框上产生的热量为q1 通过线框导体横截面的电荷量为q1 第二次bc边平行mn进入磁场 线框上产生的热量为q2 通过线框导体横截面的电荷量为q2 则 图5 a q1 q2 q1 q2b q1 q2 q1 q2c q1 q2 q1 q2d q1 q2 q1 q2 答案a 即学即练4如图6所示 足够长的光滑平行金属导轨mn pq竖直放置 一匀强磁场垂直穿过导轨平面 导轨的上端m与p间连接阻值为r 0 40 的电阻 质量为m 0 01kg 电阻为r 0 30 的金属棒ab紧贴在导轨上 现使金属棒ab由静止开始下滑 其下滑距离与时间的关系如下表所示 导轨电阻不计 重力加速度g取10m s2 试求 图6 1 当t 0 7s时 重力对金属棒ab做功的功率 2 金属棒ab在开始运动的0 7s内 电阻r上产生的焦耳热 3 从开始运动到t 0 4s的时间内 通过金属棒ab的电荷量 答案 1 0 7w 2 0 06j 3 0 2c 附 对应高考题组1 2011 福建高考 17 如图 足够长的u型光滑金属导轨平面与水平面成 角 0 90 其中mn与pq平行且间距为l 导轨平面与磁感应强度为b的匀强磁场垂直 导轨电阻不计 金属棒ab由静止开始沿导轨下滑 并与两导