2025高考物理总复习电磁感应中的动力学和能量问题

第4讲专题提升电磁感应中的动力学和能量问题高考总复习2025专题概述:电磁感应中的动力学问题涉及电学对象和力学对象,一般的思路是“先电后力”,即先分析由电磁感应所产生的电源,确定电动势E和内阻r,画等效电路图分析电路关系,然后选取研究对象(杆或线圈)进行受力分析,最后结合动力学规律解决问题;对于能量问题和动量问题,在明确内外电路的基础上,注意能量的来源和去向,结合功能关系和动量关系分析。题型一电磁感应中的动力学问题一、电学对象与力学对象的转换及关系

二、分析电磁感应现象中动力学问题的基本步骤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:考向一

水平面上的动力学问题典题1(2022重庆卷)如图甲所示,光滑的平行导电轨道水平固定在桌面上,轨道间连接一可变电阻,导体杆与轨道垂直并接触良好(不计杆和轨道的电阻),整个装置处在垂直于轨道平面向上的匀强磁场中。杆在水平向右的拉力作用下先后两次都由静止开始做匀加速直线运动,两次运动中拉力大小与速率的关系如图乙所示。其中,第一次对应直线①,初始拉力大小为F0,改变电阻阻值和磁感应强度大小后,第二次对应直线②,初始拉力大小为2F0,两直线交点的纵坐标为3F0。若第一次和第二次运动中的磁感应强度大小之比为k、电阻的阻值之比为m、杆从静止开始运动相同位移的时间之比为n,则k、m、n可能为(

)甲乙答案

C

考向二

竖直面上的动力学问题典题2(多选)(2021全国甲卷)由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈,两线圈的质量相等,但所用导线的横截面积不同,甲线圈的匝数是乙的2倍。现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落,一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域,磁场的上边界水平,如图所示。不计空气阻力,已知下落过程中线圈始终平行于纸面,上、下边保持水平。在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前,可能出现的是(

)A.甲和乙都加速运动B.甲和乙都减速运动C.甲加速运动,乙减速运动D.甲减速运动,乙加速运动AB考向三

斜面上的动力学问题典题3(2024七省适应性测试贵州物理)如图甲所示,足够长的固定光滑平行金属导轨CD、EF相距为L,两导轨及其所构成的平面均与水平面成θ角。导轨所在区域有方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场,其磁感应强度大小为B。在C、E两点通过导线和单刀双掷开关K接有一匝数为n、面积为S的固定水平圆形线圈M,在线圈M区域内有竖直向下的匀强磁场,其磁感应强度B'随时间变化的规律如图乙所示。t=0时刻,开关K接1,此时将质量为m的导体棒ab水平放置在导轨顶端,导体棒ab恰好静止不动。t=t1时刻,开关K改接2,导体棒ab开始运动。导体棒ab始终与两导轨接触良好且保持水平,其接入电路的电阻为R,电路中其余电阻不计。忽略空气阻力,重力加速度大小为g。求:(1)t=时刻,通过导体棒ab的电流大小和方向;(2)t=t1时刻,线圈M所在区域磁感应强度的大小;(3)导体棒ab在导轨上所能达到的最大速度的大小。(3)当K接2时,对导体棒ab受力分析,由牛顿第二定律得mgsin

θ-BI2L=ma题型二电磁感应中的能量问题一、电磁感应现象中的能量转化

二、求解焦耳热Q的三种方法

三、能量转化问题的分析程序:先电后力再能量

考向一

安培力做功的计算典题4(2024山东青州模拟)如图所示,倾角θ=37°、间距l=0.1m的足够长金属导轨底端接有阻值R=0.1Ω的电阻,质量m=0.1kg的金属棒ab垂直导轨放置,与导轨间的动摩擦因数μ=0.45。建立原点位于底端、方向沿导轨向上的坐标轴x。在0.2m≤x≤0.8m区间有垂直导轨平面向上的匀强磁场。从t=0时刻起,金属棒ab在沿x轴正方向的外力F作用下,从x=0处由静止开始沿斜面向上运动,其速度v与位移x满足v=kx(可导出a=kv),k=5s-1。当金属棒ab运动至x1=0.2m处时,电阻R消耗的电功率P=0.12W,运动至x2=0.8m处时撤去外力F,此后金属棒ab将继续运动,最终返回至x=0处。金属棒ab始终保持与导轨垂直,不计其他电阻,求:(提示:可以用F-x图像下的“面积”代表力F做的功,sin37°=0.6,g取10m/s2)(1)磁感应强度B的大小;(2)外力F随位移x变化的关系式;(3)在金属棒ab整个运动过程中,电阻R产生的焦耳热Q。(2)在无磁场区间0≤x<0.2

m内,有a=5

s-1×v=25

s-2×xF=25

s-2×xm+μmgcos

θ+mgsin

θ=(0.96+2.5x)

N在有磁场区间0.2

m≤x≤0.8

m内,有考向二

电磁感应中的能量转化典题5(多选)(2023山东菏泽一模)如图所示,形状相同的平行金属导轨CN、DQ放置在竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中,间距为L,与水平面相切于M、P,右端接一阻值为R的电阻。质量为m、电阻为r的金属棒从曲面上高h处静止释放,到达曲面底端PM时速度为v0;金属棒释放的位置到PM的水平距离为d,金属棒与导轨间的动摩擦因数为μ,金属棒最终会停在导轨上,重力加速度g取10m/s2。(

)A.金属棒从静止释放到运动到曲面底端PM的过程中通过电阻R的电荷量B.从静止释放运动到PM的过程中,摩