2026版创新设计高考总复习物理(人教基础版)学生用-专题强化二十三 电磁感应中的动力学和能量问题

专题强化二十三电磁感应中的动力学和能量问题学习目标1.学会用动力学知识分析导体棒在磁场中的运动问题。2.会用功能关系和能量守恒定律分析电磁感应中的能量转化。考点一电磁感应中的动力学问题1.导体运动的两种状态和处理方法状态特征处理方法平衡态加速度为零根据平衡条件列式分析非平衡态加速度不为零根据牛顿第二定律结合运动学公式进行分析2.解决电磁感应中的动力学问题的基本思路(先电后力)例1如图所示,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μ。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大小;(2)电阻的阻值。

例2(多选)(2024·黑吉辽卷,9)如图,两条“∧”形的光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上,间距为L,左、右两导轨面与水平面夹角均为30°,均处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小分别为2B和B。将有一定阻值的导体棒ab、cd放置在导轨上,同时由静止释放,两棒在下滑过程中始终与导轨垂直并接触良好。ab、cd的质量分别为2m和m,长度均为L。导轨足够长且电阻不计,重力加速度为g。两棒在下滑过程中()A.回路中的电流方向为abcdaB.ab中电流趋于3C.ab与cd加速度大小之比始终为2∶1D.两棒产生的电动势始终相等听课笔记

例3如图甲所示,用粗细均匀的导线制成的一个单匝正方形金属框,现被一根绝缘丝线悬挂在竖直平面内处于静止状态,已知金属框的质量为m,边长为L,金属框的总电阻为R,金属框的上半部分处在方向垂直框面向里的有界磁场中(磁场均匀分布),下半部分在磁场外,磁场的磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示,丝线能承受的最大拉力为F,从t=0时刻起,测得经过t0=5s,丝线刚好被拉断,金属框由静止开始下落。金属框在下落过程中上边框离开磁场前已开始做匀速直线运动,金属框始终在竖直平面内且未旋转,重力加速度为g,不计空气阻力。求:(1)0~5s内,金属框产生感应电流的方向以及磁感应强度B0的大小;(2)金属框的上边框离开磁场前做匀速直线运动的速度v的大小。

考点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的三种方法例4如图甲所示,地面上方高度为d的空间内有水平方向的匀强磁场,质量为m的正方形闭合导线框abcd的边长为l,从bc边距离地面高为h处将其由静止释放,已知h>d>l。从导线框开始运动到bc边即将落地的过程中,导线框的v-t图像如图乙所示。重力加速度为g,不计空气阻力,以下有关这一过程的判断正确的是()A.t1~t2时间内导线框受到的安培力逐渐增大B.磁场的高度d可以用v-t图中阴影部分的面积表示C.导线框重力势能的减少量等于其动能的增加量D.导线框产生的焦耳热大于mgl听课笔记

例5(多选)(2025·山东潍坊模拟)如图(a),两根足够长的光滑导轨竖直放置,间距为L,底端接有一阻值为R的电阻。将一质量为m、阻值为R、长度也为L的金属棒通过绝缘细绳悬挂在距离导轨底端h高度处。空间中存在方向垂直于导轨平面向里的匀强磁场,其磁感应强度B随时间t变化,如图(b)所示。已知在t0时刻,细绳刚好断开,金属棒开始向下运动,下落高度为d时达到最大速度(d<h)。金属棒始终与轨道垂直且保持良好接触,重力加速度为g,则下列说法正确的是()A.金属棒下落的最大速度为2B.金属棒运动过程中机械能守恒C.细绳断裂前电路的总功率为BD.细绳断裂后至金属棒达到最大速度的过程中,电路中产生的总热量为2听课笔记

例6(2024·全国甲卷,25)两根平行长直光滑金属导轨距离为l,固定在同一水平面(纸面)内,导轨左端接有电容为C的电容器和阻值为R的电阻,开关S与电容器并联;导轨上有一长度略大于l的金属棒,如图所示。导轨所处区域有方向垂直于纸面、磁感应强度大小为B的匀强磁场。开关S闭合,金属棒在恒定的外力作用下由静止开始加速,最后将做速率为v0的匀速直线运动。金属棒始终与两导轨垂直且接触良好,导轨电阻和金属棒电阻忽略不计。(1)在加速过程中,当外力做功的功率等于电阻R热功率的2倍时,金属棒的速度大小是多少?(2)如果金属棒达到(1)中的速度时断开开关S,改变外力使金属棒保持此速度做匀速运动。之后某时刻,外力做功的功率等于电阻R热功率的2倍,求此时电容器两极间的电压及从断开S开始到此刻外力做的功。