大题精练06 电磁感应规律的综合应用问题

大题精练06带电粒子（带电体）在复合场中的运动问题公式、知识点回顾（时间：5分钟）一、考向分析1.本专题是运动学、动力学、恒定电流、电磁感应和能量等知识的综合应用，高考既以选择题的形式命题,也以计算题的形式命题。2.学好本专题，可以极大地培养同学们数形结合的推理能力和电路分析能力，针对性的专题强化，可以提升同学们解决数形结合、利用动力学和功能关系解决电磁感应问题的信心。3.用到的知识有:左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、平衡条件、牛顿运动定律、函数图像、动能定理和能量守恒定律等。电磁感应综合试题往往与导轨滑杆等模型结合,考査内容主要集中在电磁感应与力学中力的平衡、力与运动动量与能量的关系上,有时也能与电磁感应的相关图像问题相结合。通常还与电路等知识综合成难度较大的试题，与现代科技结合密切,对理论联系实际的能力要求较高。二、动力学牛顿第二运动定律F合=ma或aF或者Fx=maxFy=maym向心力Fmv2m2Rma向R牛顿第三定律FF'三、运动学匀变速直线运动，s2sVt/2=V0Vt=Vs/2=2+2匀加速或匀减速直线运动：Vt/2<Vs/2四、电磁学 1.ε=BLVsinθ平动切割ε=N 磁变模型ε=BLV中点旋转切割电磁感应 2.Ф=Bssinθ；e=NBSωcosωt(矩形线圈在匀强磁场中匀速转动)2E有=(只有正弦)2△3.焦耳热Q=IRt(I恒定)Q=有Rt（I正弦变化）Q=ΔE机(I非正弦变化)4.电量q=Itq=nф/RBILt=BLq=mV2-mV1(只受洛仑兹力)5.变压器1=1P入=P出n1I1=n2I2+n3I36.输电P=UIP损=（）2R线U2送=U损+U3达P送=P损+P达7.电磁振荡T=2q=qmsinωti=Imcosωt法拉第电磁感应定律 普适公式：Nt导体切割：BLv（B、L、v三者相互垂直）五、解题思路(1)电路分析:明确电源与外电路，可画等效电路图。(2)受力分析:把握安培力的特点，安培力大小与导体棒速度有关，一般在牛顿第二定律方程里讨论，v的变化影响安培力大小，进而影响加速度大小，加速度的变化又会影响v的变化。(3)过程分析:注意导体棒进入磁场或离开磁场时的速度是否达到“收尾速度”。(4)能量分析:克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能。【例题】（2023•北辰区校级模拟）如图甲所Ω示，两根间距L＝1.0m、电阻不计的足够长平行金属导轨ab、cd水平放置，一端与阻值R＝2.0的电阻相连。质量m＝0.2kg的导体棒ef在恒定外力F作用下由静止开始运Ω动，已知导体棒与两根导轨间的最大静摩擦力和滑动摩擦力均为f＝1.0N，导体棒电阻为r＝1.0，整个装置处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场B中，导体棒运动过程中加速度a与速度v的关系如图乙所示（取g＝10m/s2）。求：（1）当导体棒速度为v时，棒所受安培力F安的大小（用题中字母表示）；（2）恒力F和磁感应强度B分别为多大；（3）若ef棒由静止开始运动距离为s＝6.9m时，速度已达v′＝3m/s，求此过程中电阻R上产生的焦耳热QR。难度：★★★★★ 建议时间：60分钟1．【以θ动生电动势为基综合考查导体棒运动的问题】（2023•宜春一模）如图所示，与水平方向成夹角＝37°的两平行金属导轨BC、B′C′，左端连接水平金属轨道BAA'B'，右端用绝缘圆弧连接水平金属导轨CD、C′D′，并在轨道上放置静止的金属导体棒b。在水平轨道末端安装绝缘的无摩擦固定转轴开关，导体棒b经过DD'两点（无能量损失），进入半径r＝2.7m与水平面垂直的半圆形导轨。转轴开关会顺时针转动90°以挡住后面的金属棒。EE'两点略高于DD'，可无碰撞通过。半圆形导轨与足够长的水平金属导轨HG、H'G'平滑连接，末端连接C＝1F的电容Ω器。已知轨道间距为d＝1m，BC、B′C′长度L＝10m，a、b棒质量均为1kg，a电阻为R＝2，b电阻不计，BC、B′C′平面，CD、C'D'平面，HG、H'G'平面内均有垂直于该平面的磁场B＝1T，不计一切摩擦，导轨电阻不计，g＝10m/s2。现将导体棒a自BB'静止释放，求：（1）若导体棒a运动至CC'前已匀速，求下滑的时间及匀速下滑时速度；（2）CD、C'D'水平金属导轨足够长，要求a、b棒可在水平轨道上达到共速且不会发生碰撞，则b初始位置至少应离CC'多远；（3）b过DD'后，转轴开关将a挡住，求b在轨道HG、H'G'滑行的最终速度。2．【以感生电动势为基综合考查导体棒运动的问题】（2023•海口三模）如图1所示，间距L＝1m的足够长倾斜导轨倾角θ＝37°，导轨顶端连一电阻R＝1Ω，左侧存在一面积S＝0.6m2的圆形磁场区域B，磁场方向垂直于斜面向下，大小随时间变化如图2所示，右侧存在着方向垂直于斜面向下的恒定磁场B1＝1T，一长为L＝1m，电阻r＝1Ω的金属棒ab与导轨垂直放置，t＝0至t＝1s，金属棒ab恰好能静止在右侧的导轨上，之后金属棒ab开始沿导轨下滑，经过足够长的距离进入EF，且在进入EF前速度已经稳定，最后停止在导轨上。已知EF左侧导轨均光滑，EF右侧导轨与金属棒间的动摩擦因数μ＝tanθ，取g＝10m/s2，不计导轨电阻与其他阻力，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。求：（1）t＝0至t＝1s内流过电阻的电流和金属棒ab的质量；（2）金属棒ab进入EF时的速度大小；（3）金属棒ab进入EF后通过电阻R的电荷量。3．【以等间距双导体棒模型考动量能量问题】（2023•皇姑区校级模拟）如图所示，两根竖直放置的平行光滑金属导轨，上端接阻值R＝3Ω的定值电阻．水平虚线A1、A2间有与导Ω轨平面垂直的匀mb＝0.1kg，电阻Rb＝6．它们分别从图中P、Q处同时由静止开始在导轨上向下滑动，且都能匀速穿过磁场区域，当b刚穿出磁场时a正好进入磁场．设重力加速度为g＝10m/s2，不计a、强磁场，磁场区域的高度为之间的作用，整个过程中a、b棒始终与金属导轨接触良好，导轨电阻忽略不计．求：（1）在整个过程中，a、b两棒克服安培力做的功分别是多少；（2）a、b棒刚进入磁场时的速度大小分别为多少。4．【以不等间距双导体棒模型考动量定理与电磁规律的综合问题】（2023•衡水二模）如图所示，光滑平行轨道abcc'd的水平部分（虚线右侧）存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场，bc段轨道宽度为2L，c'd段轨道宽度为L，质量为m、长度为2L的均质金属棒Q静止在c'd段，将另一完全相同的金属棒P从ab段距水平轨道高h处无初速释放，由于回路中除两金属棒外的电阻极小，bc段和c'd段轨道均足够长，一段时间后两金属棒均匀速运动，重力加速度大小为g，求：（1）金属棒P在磁场中运动的最小速度vP；（2）两金属棒距离最近时金属棒Q两端的电压U。5．【以棒θ+电容器模型考查力电综合问题】（2023•金华模拟）如图所示，长度足够的两导轨与水平面成角平行放置，间距为d；在导轨所在区间，存在方向垂直导轨平面、大小为B的匀强磁场；接入两导轨间的两个电阻阻值均为R、电容器电容为C和线圈电感为L。一根长也为d、质量为m的导体棒搁置在两导轨上。t＝0时，导体棒静止释放，不计摩擦、空气阻力和其它电阻（不考虑电磁辐射）。（提示：当通过线圈的电流随时间发生变化时，线圈产生的电动势大小= ；=1 当线圈中通