高考物理总复习 第十章 电磁感应 能力课2 电磁感应中的动力学和能量问题课件.ppt

能力课2电磁感应中的动力学和能量问题 热考点 电磁感应中的动力学问题 1 两种状态及处理方法 2 电学对象与力学对象的转换及关系 命题角度1导体棒处于静止状态 例1 2017 天津理综 3 如图1所示 两根平行金属导轨置于水平面内 导轨之间接有电阻r 金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触 整个装置放在匀强磁场中 磁场方向垂直于导轨平面向下 现使磁感应强度随时间均匀减小 ab始终保持静止 下列说法正确的是 a ab中的感应电流方向由b到ab ab中的感应电流逐渐减小c ab所受的安培力保持不变d ab所受的静摩擦力逐渐减小 图1 答案d 命题角度2导体棒做匀速运动 例2 多选 一空间有垂直纸面向里的匀强磁场b 两条电阻不计的平行光滑导轨竖直放置在磁场内 如图2所示 磁感应强度b 0 5t 导体棒ab cd长度均为0 2m 电阻均为0 1 重力均为0 1n 现用力向上拉动导体棒ab 使之匀速上升 导体棒ab cd与导轨接触良好 此时cd静止不动 则ab上升时 下列说法正确的是 a ab受到的拉力大小为2nb ab向上运动的速度为2m sc 在2s内 拉力做功 有0 4j的机械能转化为电能d 在2s内 拉力做功为0 6j 图2 答案bc 命题角度3变加速直线运动问题 例3 如图3 在光滑水平桌面上有一边长为l 电阻为r的正方形导线框 在导线框右侧有一宽度为d d l 的条形匀强磁场区域 磁场的边界与导线框的一边平行 磁场方向竖直向下 导线框以某一初速度向右运动 t 0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合 随后导线框进入并通过磁场区域 下列v t图象中 可能正确描述上述过程的是 图3 解析导线框开始进入磁场过程 通过导线框的磁通量增大 有感应电流 进而受到与运动方向相反的安培力作用 速度减小 感应电动势减小 感应电流减小 安培力减小 导线框的加速度减小 v t图线的斜率减小 导线框全部进入磁场后 磁通量不变 无感应电流 导线框做匀速直线运动 导线框从磁场中出来的过程 有感应电流 又会受到安培力阻碍作用 速度减小 加速度减小 选项d正确 答案d 用 四步法 分析电磁感应中的动力学问题解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是 先电后力 具体思路如下 变式训练1 足够长的平行金属导轨mn和pq表面粗糙 与水平面间的夹角为 37 sin37 0 6 间距为1m 垂直于导轨平面向上的匀强磁场的磁感应强度的大小为4t p m间所接电阻的阻值为8 质量为2kg的金属杆ab垂直导轨放置 不计杆与导轨的电阻 杆与导轨间的动摩擦因数为0 25 金属杆ab在沿导轨向下且与杆垂直的恒力f作用下 由静止开始运动 杆的最终速度为8m s 取g 10m s2 求 1 当金属杆的速度为4m s时 金属杆的加速度大小 2 当金属杆沿导轨的位移为6 0m时 通过金属杆的电荷量 图4 解析 1 对金属杆ab应用牛顿第二定律 有f mgsin f安 f ma f fn fn mgcos ab杆所受安培力大小为f安 bilab杆切割磁感线产生的感应电动势为e blv 代入vm 8m s时a 0 解得f 8n代入v 4m s及f 8n 解得a 4m s2 回路中的磁通量变化量为 blx 联立解得q 3c答案 1 4m s2 2 3c 热考点 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 命题角度1电磁感应现象与能量守恒定律的综合 例4 如图5所示 两根足够长的平行金属导轨固定在倾角 30 的斜面上 导轨电阻不计 间距l 0 4m 导轨所在空间被分成区域 和 两区域的边界与斜面的交线为mn 中的匀强磁场方向垂直斜面向下 中的匀强磁场方向垂直斜面向上 两磁场的磁感应强度大小均为b 0 5t 在区域 中 将质量m1 0 1kg 电阻r1 0 1 的金属条ab放在导轨上 ab刚好不下滑 然后 在区域 中将质量m2 0 4kg 电阻r2 0 1 的光滑导体棒cd置于导轨上 由静止开始下滑 cd在滑动过程中始终处于区域 的磁场中 ab cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触 取g 10m s2 问 1 cd下滑的过程中 ab中的电流方向 2 ab刚要向上滑动时 cd的速度v多大 3 从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中 cd滑动的距离x 3 8m 此过程中ab上产生的热量q是多少 图5 解析 1 由右手定则可判断出cd中的电流方向为由d到c 则ab中电流方向为由a流向b 2 开始放置时ab刚好不下滑 ab所受摩擦力为最大静摩擦力 设其为fmax 有fmax m1gsin 设ab刚要上滑时 cd棒的感应电动势为e 由法拉第电磁感应定律有e blv 设ab所受安培力为f安 有f安 bil 此时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下 由平衡条件有f安 m1gsin fmax 综合 式 代入数据解得v 5m s 3 设cd棒运动过程中在电路中产生的总热量为q总 答案 1 由a流向b 2 5m s 3 1 3j 解电磁感应现象中的能量问题的一般步骤 1 在电磁感应中 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势 该导体或回路就相当于电源 2 分析清楚有哪些力做功 就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化 3 根据能量守恒列方程求解 命题角度2电磁感应现象与动量守恒定律的综合 例5 如图6所示 两根间距为l的光滑金属导轨 不计电阻 由一段圆弧部分与一段无限长的水平段部分组成 其水平段加有竖直向下方向的匀强磁场 磁感应强度为b 导轨水平段上静止放置一金属棒cd 质量为2m 电阻为2r 另一质量为m 电阻为r的金属棒ab 从圆弧段m处由静止释放下滑至n处进入水平段 棒与导轨始终垂直且接触良好 圆弧段mn半径为r 所对圆心角为60 求 1 ab棒在n处进入磁场区速度是多大 此时棒中电流是多少 2 cd棒能达到的最大速度是多大 3 cd棒由静止到达最大速度过程中 系统所能释放的热量是多少 图6 解析 1 ab棒由m下滑到n过程中机械能守恒 故 2 ab棒在安培力作用下做减速运动 cd棒在安培力作用下做加速运动 当两棒速度达到相同速度v 时 电路中电流为零 安培力为零 cd达到最大速度 3 系统释放的热量应等于系统机械能的减少量 变式训练2 2018 河北五名校联盟二模 如图7所示 mn pq两平行光滑水平导轨分别与半径r 0 5m的相同竖直半圆导轨在n q端平滑连接 m p端连接定值电阻r 质量m 2kg的cd绝缘杆垂直且静止在水平导轨上 在其右侧至n q端的区域内充满竖直向上的匀强磁场 现有质量m 1kg的ab金属杆以初速度v0 12m s水平向右运动 与cd绝缘杆发生正碰后 进入磁场并最终未滑出 cd绝缘杆则恰好能通过半圆导轨最高点 不计除r以外的其他电阻和摩擦 ab金属杆始终与导轨垂直且接触良好 g取10m s2 不考虑cd杆通过半圆导轨最高点以后的运动 求 1 cd绝缘杆通过半圆导轨最高点时的速度大小v 2 电阻r产生的焦耳热q 图7 解析 1 cd绝缘杆通过半圆导轨最高点时 解得碰撞后cd绝缘杆的速度v2 5m s 两杆碰撞过程中动量守恒 有mv0 mv1 mv2 解得碰撞后ab金属杆的速度v1 2m s 杆 导轨 模型 题源 人教版选修3 2 p21 t3 设图4 5 5中的磁感应强度b 1t 平行导轨宽l 1m 金属棒pq以1m s速度贴着导轨向右运动 r 1 其他电阻不计 图4 5 5导体pq向右运动 1 运动的导线会产生感应电动势 相当于电源 用电池等符号画出这个装置的等效电路图 2 通过r的电流方向如何 大小等于多少 拓展1 2018 湖南省五市十校高三联考 如图8所示 两平行的光滑导轨固定在同一水平面内 两导轨间距离为l 金属棒ab垂直于导轨 金属棒两端与导轨接触良好 在导轨左端接入阻值为r的定值电阻 整个装置处于竖直向下的磁感应强度为b的匀强磁场中 与r相连的导线 导轨和金属棒的电阻均可忽略不计 用平行于导轨向右的大小为f的力拉金属棒 使金属棒以大小为v的速度向右匀速运动 下列说法正确的是 图8 答案bd 拓展2 2016 全国卷 24 如图9 水平面 纸面 内间距为l的平行金属导轨间接一电阻 质量为m 长度为l的金属杆置于导轨上 t 0时 金属杆在水平向右 大小为f的恒定拉力作用下由静止开始运动 t0时刻 金属杆进入磁感应强度大小为b 方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域 且在磁场中恰好能保持匀速运动 杆与导轨的电阻均忽略不计 两者始终保持垂直且接触良好 两者之间的动摩擦因数为 重力加速度大小为g 求 1 金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小 2 电阻的阻值 图9 解析 1 设金属杆进入磁场前的加速度大小为a 由牛顿第二定律得f mg ma 设金属杆到达磁场左边界时的速度为v 由运动学公式有v at0 当金属杆以速度v在磁场中运动时 由法拉第电磁感应定律知产生的电动势为e blv 式中r为电阻的阻值 金属杆所受的安培力为f安 bli 因金属杆做匀速运动 有f mg f安 0 拓展3 2017 江苏单科 13 如图10所示 两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内 其右端接一阻值为r的电阻 质量为m的金属杆静置在导轨上 其左侧的矩形匀强磁场区域mnpq的磁感应强度大小为b 方向竖直向下 当该磁场区域以速度v0匀速