2027届新高考物理热点精准复习电磁感应中的动力学和能量问题

2027届新高考物理热点精准复习电磁感应中的动力学和能量问题【学习目标】1.理解并认同“能量守恒”是自然界普遍适用的基本规律;能分析电磁感应现象中各种能量形式的相互转化关系;能定量计算感应电流产生的焦耳热、安培力所做的功以及机械能的变化量;深刻理解安培力是磁场对电流的作用力,是电磁感应中连接“电”与“力”的桥梁。能分析导体棒在磁场中运动时受到的安培力及其效果;能将电磁学知识与牛顿运动定律相结合,分析导体棒在磁场中的变速运动过程。2.培养基于物理学科特点的模型构建、科学推理和科学论证的能力,并识别典型的物理模型;能熟练运用动力学观点、能量观点从不同角度对同一物理过程进行多角度、多层次的分析,并能比较不同方法的优劣;能对解决问题的方案和结果进行反思和评价,判断其合理性;能尝试用不同的思路和方法解决复杂的综合性问题,培养思维的灵活性和创新性。考点一电磁感应中的动力学问题1.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。处理方法:根据平衡条件列式分析。(2)导体的非平衡状态——加速度不为零。2.力学对象和电学对象的相互关系3.用动力学观点解答电磁感应问题的一般步骤4.导体棒切割磁感线的常见情况分析(不受摩擦力)[例1]【“导体棒+磁场”模型】

(多选)(2025·山西晋中专题练习)如图所示,两电阻为零的光滑导轨水平放置在垂直于纸面向里的匀强磁场中,磁场的磁感应强度大小为B。导轨间距最窄处为一狭缝(狭缝宽度不计),取狭缝所在处O点为坐标原点,狭缝右侧两导轨与x轴的夹角均为θ,导轨左端可以通过单刀双掷开关S与电容器C或电阻R相连。导轨上有一足够长且不计电阻的金属棒与x轴垂直,在外力F(大小未知)的作用下从O点开始以速度v向右匀速运动,若开关S接1,外力用F1表示,通过金属棒的电流用I1表示;若开关S接2,外力用F2表示,通过金属棒的电流用I2表示。以金属棒刚开始运动的时刻作为零时刻计时,关于外力大小和电流随时间变化的图像关系正确的是(

)ADA B C D[例2]【电路含“源”模型】

(多选)(2025·四川内江三模)如图,两条电阻不计的光滑平行金属导轨位于同一水平面内,其左端接一电源,右侧部分处于竖直向下的匀强磁场中。阻值恒定的金属杆在水平向右平行于导轨的恒力F作用下,从无磁场区域的a处由静止开始运动,到达磁场中b位置时开始反向运动。金属杆在整个运动过程中,始终与导轨垂直且与导轨保持良好接触。则金属杆在第一次往、返运动中,下列说法正确的是(

)A.金属杆在磁场中受到的安培力始终向左B.金属杆进入磁场后做加速度增大的减速运动C.金属杆恰好能够回到a处D.金属杆能回到无磁场区,但不能回到a处AD[例3]【“线框+磁场”模型】(2025·辽宁鞍山三模)如图所示,一倾角α=37°的光滑固定斜面的顶端放有质量M=0.06kg的电阻不计的U形导体框。(1)金属棒在磁场中运动时所受的安培力;【答案】(1)0.18N,方向沿斜面向上(2)金属棒与导体框之间的动摩擦因数;【答案】

(2)0.375【解析】

(2)金属棒进入磁场做匀速直线运动,因此相对导体框向上运动,其受力如图甲所示,根据平衡条件有F1=mgsinα+Ff,而Ff=μFN1,FN1=mgcosα,代入数值联立解得μ=0.375。(3)导体框在磁场中匀速运动过程中克服安培力做的功。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]【应用功能关系解决能量问题】(2025·贵州遵义阶段检测)如图甲所示,光滑的金属导轨MN和PQ平行,间距L=1.0m,与水平面之间的夹角α=37°,匀强磁场磁感应强度大小B=3.0T,方向垂直于导轨平面向上。MP间接有阻值R=2Ω的电阻,质量m=0.5kg、电阻r=0.5Ω的金属棒ab垂直于导轨放置。现用和导轨平行的恒力F沿导轨平面向上拉金属棒ab,使其由静止开始运动,当金属棒上滑的位移x=2m时达到稳定状态,对应过程的v-t图像如图乙所示。g取10m/s2,已知导轨足够长,不计导轨电阻,取sin37°=0.6,cos37°=0.8。求:(1)1s末金属棒两端的电势差Uab;规范答题【答案】(1)-1.44V(2)恒力F的大小;规范答题【答案】(2)6.6N(3)从金属棒开始运动到刚达到稳定状态,此过程中R产生的焦耳热QR;规范答题【答案】(3)5.56J(4)从金属棒开始运动到刚达到稳定状态过程,通过金属棒ab横截面的电荷量q。规范答题【答案】

(4)2.4C[例5]【应用能量守恒定律解决能量问题】(2025·四川宜宾三模)电磁实验室中,几名同学正探究在梯度磁场中有关功率的问题。实验模型简化示意图如图甲所示,水平面内两根足够长的镀银导轨水平放置并固定,其间距l=0.4m,左端与阻值R=0.15Ω的电阻相连。学生启动磁场生成系统,使x>0区域的磁感应强度B呈线性分布,方向垂直于导轨平面向下,监测屏上显示的B-x图像如图乙所示。一质量为m=0.1kg、接入导轨的电阻r=0.05Ω的金属棒,以v0=2m/s滑入磁场时开启伺服电机,该电机动态调节作用在金属棒中点上的水平外力F的大小,使此过程中电阻R的电功率保持不变,其P-t图像如图丙所示。金属棒运动过程中与导轨始终接触良好并与导轨垂直,不计导轨电阻,不计摩擦力,求:(1)电阻R消耗的电功率P0;【答案】(1)0.6W(2)金属棒在x=3m处的速度大小;【答案】(2)0.5m/s

【解析】

(2)由题图乙可知,磁感应强度为B=B