《2022年高考物理大一轮复习讲义第九章_专题十_电磁感应中的动力学和能量问题.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年高考物理大一轮复习讲义第九章_专题十_电磁感应中的动力学和能量问题.docx（16页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载专题十 电磁感应中的动力学和能量问题考纲解读1.会分析运算电磁感应中有安培力参加的导体的运动及平稳问题.2.会分析运算电磁感应中能量的转化与转移考点一电磁感应中的动力学问题分析IE R和安培力公式FBIl 得 FB2l 2vR . 1 安培力的大小由感应电动势EBlv,感应电流2 导体两种状态及处理方法1 导体的平稳态 静止状态或匀速直线运动状态处理方法：依据平稳条件 合外力等于零 列式分析2 导体的非平稳态 加速度不为零处理方法：依据牛顿其次定律进行动态分析或结合功能关系分析例 1 2022广东理综 35如图 1 所示,质量
2、为 M 的导体棒 ab,垂直放在相距为 l 的平行光滑金属导轨上,导轨平面与水平面的夹角为 ,并处于磁感应强度大小为 B、方向垂直于导轨平面对上的匀强磁场中左侧是水平放置、间距为 d 的平行金属板,R 和 Rx 分别表示定值电阻和滑动变阻器的阻值,不计其他电阻图 1 1 调剂 Rx R,释放导体棒,当导体棒沿导轨匀速下滑时,求通过导体棒的电流 I 及导体棒的速率 v. 2 转变 Rx,待导体棒沿导轨再次匀速下滑后,将质量为 m、带电荷量为q 的微粒水平射入金属板间,如它能匀速通过,求此时的 Rx. 答案 1Mgsin Bl 2MgRsin B 2l 2 2 Mqsin mBld解决电磁感应中的
3、动力学问题的一般思路是“ 先电后力 ” ,即：先做名师归纳总结 “ 源 ” 的分析 分别出电路中由电磁感应所产生的电源,求出电源参数E 和 r；第 1 页,共 9 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载再进行 “ 路” 的分析 分析电路结构,弄清串、并联关系,求出相应部分的电流大 小,以便求解安培力；然后是 “ 力” 的分析 分析讨论对象常是金属杆、导体线圈等的受力情形,特别注意其所受的安培力；最终进行 “ 运动 ”状态的分析 依据力和运动的关系,判定出正确的运动模型突破训练 1 如图 2 所示,两足够长平行金属导轨固定在水平面上,匀强
4、磁场方向垂直导轨平面对下,金属棒 ab、cd 与导轨构成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动,两金属棒ab、cd 的质量之比为图 2 21.用一沿导轨方向的恒力F 水平向右拉金属棒cd,经过足够长时间以后A 金属棒 ab、cd 都做匀速运动 B金属棒 ab 上的电流方向是由 b 向 a C金属棒 cd 所受安培力的大小等于 2F/3 D两金属棒间距离保持不变 答案 BC 考点二 电磁感应中的能量问题分析 1 过程分析 1 电磁感应现象中产生感应电流的过程,实质上是能量的转化过程2 电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用,因此,要维护感应电流的存在,必需有“ 外力 ” 克服安培力做功
5、,将其他形式的能转化为电能“ 外力 ”克服安培力做了多少功,就有多少其他形式的能转化为电能3 当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能安培力做功的过程,或通过 电阻发热的过程,是电能转化为其他形式能的过程安培力做了多少功,就有多少电能 转化为其他形式的能2 求解思路 1 如回路中电流恒定,可以利用电路结构及 WUIt 或 QI 2Rt 直接进行运算2 如电流变化,就：利用安培力做的功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力 所做的功； 利用能量守恒求解：如只有电能与机械能的转化,就机械能的削减量等于名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 9 页精选学习资料 - - -
6、- - - - - - 学习必备 欢迎下载产生的电能例 2如图 3 所示,倾角为30、足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ 相距 L 10.4 m,B1 5 T 的匀强磁场垂直导轨平面对上一质量m1.6 kg 的金属棒 ab 垂直于 MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,其电阻 r1 .金属导轨上端连接右侧电路,R11 ,R21.5 .R2 两端通过细导线连接质量 M0.6 kg 的正方形金属框 cdef,正方形边长 L 20.2 m,每条边电阻 r0 为 1 ,金属框处在一方向垂直纸面对里、B23 T 的匀强磁场中现将金属棒由静止释放,不计其他电阻及滑轮摩擦,g 取 10 m/s 2.
7、 1 如将电键 S 断开,求棒下滑过程中的最大速度2 如电键 S 闭合,每根细导线能承担的最大拉力为 速度3.6 N,求细导线刚好被拉断时棒的3 如电键 S 闭合后,从棒释放到细导线被拉断的过程中,棒上产生的电热为 2 J,求此过程中棒下滑的高度 结果保留一位有效数字 图 3 答案17 m/s23.75 m/s31 m 电磁感应中能量转化问题的分析技巧1电磁感应过程往往涉及多种能量的转化1如图 4 中金属棒 ab 沿导轨由静止下滑时,重力势能削减,一部分用来克服安培力做功,转化为感应电流的电能,最终在 部分转化为金属棒的动能R上转化为焦耳热,另一2 如导轨足够长,棒最终达到稳固状态做匀速运动,
8、之后重力 图 4 势能的减小就完全用来克服安培力做功,转化为感应电流的电能2安培力做功和电能变化的特定对应关系 1 “ 外力 ” 克服安培力做多少功,就有多少其他形式的能转化为电能2 安培力做功的过程,是电能转化为其他形式的能的过程,安培力做多少功就有多少电 能转化为其他形式的能3解决此类问题的步骤名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载1 用法拉第电磁感应定律和楞次定律 包括右手定就 确定感应电动势的大小和方向2 画出等效电路图,写出回路中电阻消耗的电功率的表达式3 分析导体机械能的变化,所满意的方程,
9、联立求解用能量守恒关系得到机械功率的转变与回路中电功率的转变突破训练 2 如图 5 所示电路,两根光滑金属导轨平行放置在倾角为 的斜面上,导轨下端接有电阻R,导轨电阻不计,斜面处在竖直向上的匀强磁场中,电阻可忽视不计的金属棒ab 质量为 m,受图 5 到沿斜面对上且与金属棒垂直的恒力F 的作用金属棒沿导轨匀速下滑,就它在下滑高度h 的过程中,以下说法正确选项A 作用在金属棒上各力的合力做功为零B重力做的功等于系统产生的电能C金属棒克服安培力做的功等于电阻 R 上产生的焦耳热D金属棒克服恒力 F 做的功等于电阻 R 上产生的焦耳热答案 AC 1 模型概述“ 导轨杆 ” 模型是电磁感应问题在高考命
10、题中的“ 基本道具 ” ,也是高考的热点,考查的学问点多,题目的综合性强,物理情形变化空间大,是我们复习中的难点“导轨杆 ” 模型又分为 “ 单杆 ” 型和 “双杆 ” 型；导轨放置方式可分为水平、竖直和倾斜；杆的运动状态可分为匀速运动、匀变速运动、非匀变速运动或转动等；磁场的状态可分为恒定不变、匀称变化和非匀称变化等等,情形复杂,形式多变2 常见模型类型“ 电动电” 型“ 动电动” 型示意图名师归纳总结 已棒 ab 长 L,质量 m,电阻 R；导轨光滑棒 ab 长 L,质量 m,电阻 R；导轨光滑,第 4 页,共 9 页知水平,电阻不计电阻不计- - - - - - -精选学习资料 - -
11、- - - - - - - 学习必备 欢迎下载量过S 闭合, 棒 ab 受安培力 FBLE R,此时加棒 ab 释放后下滑,此时加速度a gsin ,速度 aBLE mR,棒 ab 速度 v 感应电动棒 ab 速度 v 感应电动势EBLv 程电流 IE R 安培力 FBIL 加速度分势 EBL v 电流 I 安培力 F析BIL 加速度 a ,当安培力F0 时,a ,当安培力Fmgsin 时, a0,va0,v 最大,最终匀速运动最大,最终匀速运动能量转 化通过安培力做功,把电能转化为动能 克服安培力做功, 把重力势能转化为内能运动 变加速运动 变加速运动 形式最终匀速运动, v mEBL匀速运
12、动t2,状态vmmgRsin B 2L解析1设甲在磁场区域abcd 内运动时间为t1,乙从开头运动到ab 位置的时间为名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载就由运动学公式得L1 22gsin t 1,L1 2gsin t2 21 分 I 1,就解得 t1L gsin ,t22L gsin 1 分 由于 t1t2,所以甲离开磁场时,乙仍没有进入磁场设乙进入磁场时的速度为v 1,乙中产生的感应电动势为E1,回路中的电流为1 2mv2 1mgLsin 1 分 E1 Bdv11 分 I 1E1/2R1 分 mg
13、sin BI 1d1 分 解得 RB 2m 2d 22L gsin 1 分 t,甲的速度为v,甲中产生的感应电动势为E,2 从释放金属杆开头计时,设经过时间回路中的电流为I,外力为 F,就vat1 分 EBdv1 分 I E/2R1 分 Fmgsin BId ma1 分 a2gsin 联立以上各式解得名师归纳总结 Fmgsin mgsin 2gsin t0tL gsin 1 分 v 0,甲、乙产生的热第 6 页,共 9 页L方向垂直于杆平行于导轨向下1 分 3 甲在磁场运动过程中,乙没有进入磁场,设甲离开磁场时速度为量相同,均设为Q1,就v2 02aL1 分 WmgLsin 2Q11 2mv2
14、 02 分 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载解得 W2Q1mgLsin 乙在磁场运动过程中,甲、乙产生相同的热量,均设为 依据题意有 QQ1Q21 分 解得 W2Q1 分 答案1B 2d 22m2Lgsin Q2,就 2Q2mgLsin 2 分 2 Fmgsin mgsin 2gsin L t0tL gsin ,方向垂直于杆平行于导轨向下32 Q突破训练 3 如图 7 甲所示,足够长的光滑平行金属导轨 MN、PQ 竖直放置,其宽度 L1 m,一匀强磁场垂直穿过导轨平面,导轨的上端 M 与 P 之间连接阻值为 R0.40 的电阻,质量
15、为 m0.01 kg、电阻为 r0.30 的金属棒 ab 紧贴在导轨上现使金属棒 ab 由静止开头下滑,下滑过程中 ab 始终保持水平,且与导轨接触良好,其下滑距离 x 与时间 t的关系如图乙所示,图象中的 OA 段为曲线, AB 段为直线, 导轨电阻不计, g10 m/s 2忽略 ab 棒运动过程中对原磁场的影响 ,求：甲 乙图 7 1 磁感应强度B 的大小；1.5 s 内,通过电阻R 的电荷量；2 金属棒 ab 在开头运动的3 金属棒 ab 在开头运动的1.5 s 内,电阻 R 上产生的热量答案 10.1 T 20.67 C 30.26 J 1 2022 山东理综 20如图 8 所示,相距
16、为 L 的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为 ,上端接有定值电阻 R,匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为 B.将质量为 m 的导体棒由静止释放,当速度达到 v 时开头匀速运动,此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力,并保持拉力的功率恒为 P,图 8 导体棒最终以 2v 的速度匀速运动 导体棒始终与导轨垂直且接触良好,不计导轨和导体棒的电阻,重力加速度为 g.以下选项正确选项 A P2mgvsin BP3mgvsin 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - C当导体棒速度达到学习必备欢迎下载v 2时加速度大小为g
17、 2sin D在速度达到2v 以后匀速运动的过程中,R 上产生的焦耳热等于拉力所做的功答案AC 2 2022 江苏单科 13某爱好小组设计了一种发电装置,如图 9 所示在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角 均为4 9,磁场均沿半径方向 匝数为 N 的矩形线圈 abcd的边长 abcd l、bcad2l.线圈以角速度 绕中心轴匀速转动,bc 边和 ad 边同时进入磁场在磁场中,两条边所经过处的磁感应强度大小均为方向垂直线圈的总电阻为r,外接电阻为R.求：图 9 1 线圈切割磁感线时,感应电动势的大小 Em；2 线圈切割磁感线时,bc 边所受安培力的大小 F；3 外接电阻上电流的有效值
18、I. 答案 12NBl 2 2 4NrR 2B 2l 3 34NBl3 rR 2B、方向始终与两边的运动6 如图 6 所示,两平行光滑的金属导轨 MN、PQ 固定在水平面上,相距为 L,处于竖直方向的磁场中,整个磁场由如干个宽度皆为 d 的条形匀强磁场区域 1、2、3、4 组成,磁感应强度 B1、 B2 的方向相反,大小相等,即 B1B2B.导轨左端 MP 间接一电阻 R,质量为 m、电阻为 r 的细导体棒 ab 垂直放置在导轨上,与导轨接触良好,不计导轨的电阻现对棒 ab 施加水平向右的拉力,使其从区域 1 磁场左边界位置开头以速度 v 0 向右做匀速直线运动并穿越 n 个磁场区域图 6 1
19、 求棒 ab 穿越区域 1 磁场的过程中电阻 R 产生的焦耳热 Q；2 求棒 ab 穿越 n 个磁场区域的过程中拉力对棒 ab 所做的功 W；3 规定棒中从 a 到 b 的电流方向为正, 画出上述过程中通过棒 ab 的电流 I 随时间 t 变化的图象；名师归纳总结 4 求棒 ab 穿越 n 个磁场区域的过程中通过电阻R 的净电荷量q. 第 8 页,共 9 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 答案1B2L 2v 0Rd2Rr2nB 2L 2v0dRr学习必备欢迎下载3 见解析图名师归纳总结 4BLd或 0 第 9 页,共 9 页Rr- - - - - - -