2022-2023年高考物理二轮复习 第4篇案例4用动力学观点或能量观点破解电磁感应计算题课件

这是一份2022-2023年高考物理二轮复习 第4篇案例4用动力学观点或能量观点破解电磁感应计算题课件，共27页。PPT课件主要包含了考生满分答卷，体验规则赢满分等内容，欢迎下载使用。
如图,一边长为l0的正方形金属框abcd固定在水平面内,空间存在方向垂直于水平面、磁感应强度大小为B的匀强磁场。一长度大于 l0的均匀导体棒以速率v自左向右在金属框上匀速滑过,滑动过程中导体棒始终与ac垂直且中点位于ac上,导体棒与金属框接触良好。已知导体棒单位长度的电阻为r,金属框电阻可忽略。将导体棒与a点之间的距离记为x,求导体棒所受安培力的大小随x(0≤x≤ l0)变化的关系式。
【评分标准】当导体棒与金属框接触的两点间棒的长度为l时,由法拉第电磁感应定律知,导体棒上感应电动势的大小为E=Blv①(2分)由欧姆定律,流过导体棒的感应电流为 ②(1分)式中,R为这一段导体棒的电阻。按题意有R=rl③(2分)
此时导体棒所受安培力的大小为f=BIl④(1分)由题设和几何关系有l= ⑤(2分)联立①②③④⑤式得f= ⑥(4分)
【阅卷揭秘】①写出标准公式即可得分。③写出电阻的表达式或 均可得分。⑤根据关系分类罗列,每个条件1分。未标注x范围的不得分。(答题陷阱点)⑥根据公式分类计算,每个结果2分。未标注x范围的不得分。(答题陷阱点)
【答题规则】规则1:解题过程要有必要的过程和公式题目简单,也要有必须的中间过程,符号的应用应当统一规范,不能简写。规则2:书写说明的时候,应当用规范的表述例如法拉第电磁感应定律。
规则3:未知公式一定用语言说明R为这一段导体棒的电阻,电阻的计算公式是根据题意自行推测出来的,需要有说明。规则4:分步列式,不要只写综合式前4个公式,每个基本公式都会对应步骤分,漏写一个,就会扣掉该步骤分。
除上述规则,还需关注以下规则:规则5:有小数点、有效数字或其他特殊要求的要按要求操作要求结果保留2位有效数字,就不能保留1位,否则不得分。没有具体要求的结果带根号或分式均可。
1.(弹力下的单棒切割)如图所示,两足够长的光滑平行金属导轨水平放置,处于磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场中,导轨间距为L,一端连接阻值为R的电阻。一金属棒垂直导轨放置,质量为m,接入电路的电阻为r。水平放置的轻弹簧左端固定,右端与金属杆中点绝缘连接,弹簧劲度系数为k,装置处于静止状态。现给导体棒一个水平向右的初速度v0,第一次运动到最右端时,棒的加速度为a,棒与导轨始终接触良好,导轨电阻不计,弹簧在弹性限度内,重力加速度为g,求:
(1)金属棒刚开始运动时受到的安培力F的大小和方向;(2)金属棒从开始运动到第一次运动到最右端时,通过R的电荷量q;(3)金属棒从开始运动到最终停止的整个过程中,R上产生的热量Q。
【解析】(1)金属棒刚开始运动时,感应电流: 安培力:F=I0LB解得: 方向水平向左。
(2)设金属棒向右运动的最大距离为x,则 此过程回路产生的平均感应电动势 通过电阻R的电荷量 解得:
(3)金属棒从开始运动到最终停止的整个过程,由能量守恒定律可知回路产生的总热量 由于 可得:
答案:(1) 　方向水平向左
2.(斜面切割能量转化)如图所示,两根足够长的光滑金属导轨平行放置在倾角为30°的绝缘斜面上,导轨宽度为L,下端接有阻值为R的电阻,导轨处于方向垂直于斜面向上、磁感应强度大小为B0的匀强磁场中。轻绳一端跨过光滑定滑轮,悬吊质量为m的小物块,另一端平行于导轨系在质量为m的金属棒的中点,现将金属棒从PQ位置由静止释放,金属棒与导轨接触良好且电阻均忽略不计,重力加速度为g。
(1)求金属棒匀速运动时的速度大小;(2)若金属棒速度为v0且距离导轨底端x时开始计时,磁场的磁感应强度B的大小随时间t发生变化,使回路中无电流,请推导出磁感应强度B的大小随时间t变化的关系式。
【解析】(1)金属棒匀速运动时,对物块:FT=mg对金属棒有:F安+mgsin30°=FT又因F安=B0IL由欧姆定律: 联立解得:
(2)当回路中没有电流时,金属棒不受安培力对金属棒:FT′-mgsin30°=ma对物块:mg-FT′=ma回路中无电流,回路中的磁通量不变,则:B0Lx=BL(x+v0t+ at2)联立解得: 答案:
3.(含容切割)如图甲所示,两平行长直光滑金属导轨水平放置,间距为L,左端连接一个电容为C的电容器,导轨处在磁感应强度大小为B、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。质量为m的金属棒垂直导轨放置,某时刻金属棒获得一个水平向右的初速度v0,之后金属棒运动的v-t图像如图乙所示。不考虑导轨的电阻。
(1)求金属棒匀速运动时的速度的大小v1;(2)求金属棒匀速运动时电容器的电荷量q;(3)已知金属棒从开始到匀速运动的过程中,产生的焦耳热为Q,求电容器充电稳定后储存的电能E电能。
【解析】(1)金属棒匀速运动切割磁感线产生的电动势E=BLv1电容器的电荷量q=CE 金属棒从开始到匀速运动的过程中,由动量定理有-B Lt0=mv1-mv0 电容器的电荷量q= t0 联立解得
(2)由(1)可知q=CE=CBLv1= (3)在0～t0时间内,金属棒的速度由v0到v1,由能量守恒可得E电能+Q= 解得E电能= 答案:(1) 　(2) (3)
4.(电磁感应在科技中的应用)我国高铁技术处于世界领先水平,其中一项为电磁刹车技术。某次科研小组要利用模型火车探究电磁刹车的效果,如图所示,轨道上相距s处固定着两个长l、宽0.5l、电阻为R的单匝线圈,s>0.5l。在火车头安装一个电磁装置,它能产生长l、宽0.5l的矩形匀强磁场,磁感强度为B。经调试,火车在轨道上运行时摩擦力为零,不计空气阻力。现让火车以初速度v0从图示位置开始匀速运动,经过2个线圈,矩形磁场刚出第2个线圈时火车停止。测得第1个线圈产生的焦耳热Q1是第2个线圈产生的焦耳热Q2的3倍。求:
(1)车头磁场刚进入第1个线圈时,火车所受的安培力大小;(2)求车头磁场在两线圈之间匀速运行的时间。
【解析】(1)对线圈,由法拉第电磁感应定律E=Blv0①由闭合电路欧姆定律 ②F安=BIl③联立①②③式解得F安=