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2023高考物理二轮总复习 专题微课4-4 电磁感应中的能量和动量问题 课件PPT
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这是一份2023高考物理二轮总复习 专题微课4-4 电磁感应中的能量和动量问题 课件PPT，共40页。PPT课件主要包含了答案BCD，答案CD，答案AD，答案ABC，答案AC，解题指导等内容，欢迎下载使用。
因“不理解克服安培力做功的含义”而导致解题失误2．(多选)如图，MN和PQ是电阻不计的平行金属导轨，其间距为L，固定在水平面上，导轨弯曲部分光滑，平直部分粗糙，右端接一个阻值为R的定值电阻，平直部分导轨左侧区域有宽度为d、方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场，质量为m、电阻也为R的金属棒从高为h处由静止释放，到达磁场右边界处恰好停止。已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为μ，金属棒与导轨间接触良好，则金属棒穿过磁场区域的过程中(重力加速度为g) ( )
加强点(一) 电磁感应中的能量问题 [科学思维]1．能量转化分析电磁感应过程的实质是不同形式的能量之间转化的过程，而能量的转化是通过安培力做功的形式实现的。安培力做功的过程，是电能转化为其他形式能的过程；外力克服安培力做功的过程，则是其他形式的能转化为电能的过程。
2．能量转化及焦耳热的求法(1)能量转化(2)求解焦耳热Q的三种方法①焦耳定律：Q＝I2Rt②功能关系：Q＝W克服安培力③能量转化：Q＝ΔE其他能的减少量
[典例] (2022·沈阳质检)(多选)如图所示，光滑的圆环形金属轨道MN、PQ竖直放置，两环之间ABDC内(含边界)有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B0，AB水平且与圆心等高，CD竖直且延长线过圆心。电阻为r、长为2l的轻质金属杆，有小孔的一端套在内环MN上，另一端连接带孔金属球，球的质量为m，球套在外环PQ上，且都与轨道接触良好，内圆半径r1＝l，外圆半径r2＝3l，PM间接有阻值为R的电阻。让金属杆从AB处无初速度释放，金属杆第一次即将离开磁场时，金属球的速度为v，其他电阻不计，忽略一切摩擦，重力加速度为g。则 ( )
[素养训练]1．(多选)如图甲所示，左侧接有定值电阻R＝2 Ω的水平粗糙导轨处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝1 T，导轨间距L＝1 m。一质量m＝2 kg、阻值r＝2 Ω的金属棒在水平拉力F作用下由静止开始从CD处沿导轨向右加速运动，金属棒的v-x图像如图乙所示，若金属棒与导轨间动摩擦因数μ＝0.2，则从起点发生x＝1 m位移的过程中(g＝10 m/s2)( )A．金属棒克服安培力做的功W1＝0.25 JB．金属棒克服摩擦力做的功W2＝5 JC．整个系统产生的总热量Q＝4.25 JD．拉力做的功W＝9.25 J
2．(2022·广州七校联考)(多选)如图所示，在磁感应强度B＝0.50 T的匀强磁场中，两平行光滑金属导轨竖直放置，导体棒PQ在竖直向上的拉力F的作用下向下做初速度为0、加速度a＝5 m/s2的匀加速直线运动，两导轨间距离L＝1.0 m，电阻R＝1.0 Ω，导体棒质量m＝1 kg，导体棒和导轨接触良好且电阻均不计，取g＝10 m/s2，则下列说法中正确的是 ( )A．导体棒运行2 s时，拉力的功率为25 WB．拉力F所做的功等于导体棒减少的机械能C．t＝4 s时，导体棒所受安培力为5 ND．导体棒运行2 s的过程中，通过电阻的电荷量为2.5 C
3．如图所示，竖直平面内的正方形导线框ABCD和abcd的边长均为l、电阻均为R，质量分别为2m和m，它们分别系在跨过两个定滑轮的绝缘轻绳两端，在两导线框之间有一宽度为2l、磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。开始时ABCD的下边界与匀强磁场的上边界重合，abcd的上边界到匀强磁场的下边界的距离为l。现将两导线框由静止释放，当ABCD全部进入磁场时，两导线框开始做匀速运动。不计摩擦和空气阻力，重力加速度为g，求：(1)两导线框匀速运动的速度大小；(2)两导线框在从开始运动至等高的过程中所产生的总焦耳热；(3)导线框abcd通过磁场的时间。
加强点(二) 电磁感应中的动量问题 [分类例析]题点1 动量定理在电磁感应中的应用在导体单杆切割磁感线做变加速运动时，若牛顿运动定律和能量观点不能解决问题，可运用动量定理巧妙解决问题。
[例1] (2022·辽宁高考·节选)如图所示，两平行光滑长直金属导轨水平放置，间距为L。abcd区域有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向竖直向上。初始时刻，磁场外的细金属杆M以初速度v0向右运动，磁场内的细金属杆N处于静止状态。两金属杆与导轨接触良好且运动过程中始终与导轨垂直。两杆的质量均为m，在导轨间的电阻均为R，感应电流产生的磁场及导轨的电阻忽略不计。
题点2 动量守恒定律在电磁感应中的应用两导体棒在平直的光滑导轨上运动的情况：(1)如果两棒所受外力之和为零，则考虑用动量守恒定律处理问题。(2)如果两棒所受外力之和不为零，则动量不守恒，可考虑对两棒分别用动量定理求解。
[素养训练]1．(多选)如图，在水平面内固定有两根相互平行的无限长光滑金属导轨，其间距为L，电阻不计。在虚线l1的左侧存在竖直向上的匀强磁场，在虚线l2的右侧存在竖直向下的匀强磁场，两部分磁场的磁感应强度大小均为B。ad、bc两根电阻均为R的金属棒与导轨垂直，分别位于两磁场中，现突然给ad棒一个水平向左的初速度v0，在两棒达到稳定的过程中，下列说法正确的是( )A．两金属棒组成的系统动量守恒B．两金属棒组成的系统动量不守恒C．ad棒克服安培力做功的功率等于ad棒的发热功率D．ad棒克服安培力做功的功率等于安培力对bc棒做功的功率与两棒总发热功率之和
解析：由题意可知，刚开始运动时，两棒所受安培力均水平向右，两棒所受合外力不为零，动量不守恒，A错误，B正确；根据能量守恒定律可知，ad棒动能的减少量等于安培力对bc棒做的功与回路中产生的热量之和，由动能定理可知，ad棒动能减少量等于ad棒克服安培力做的功，所以ad棒克服安培力做功的功率等于安培力对bc棒做功的功率与两棒总发热功率之和，C错误，D正确。答案：BD
2．(2022·潍坊二模)(多选)如图所示的“ ”形导轨宽为L，水平部分光滑且无限长，其中有垂直轨道平面向下的匀强磁场，磁感应强度为B，倾斜部分粗糙，CC′为垂直导轨的两部分交界线。导体棒1、2均与CC′平行，导体棒1和CC′之间的距离与导体棒1和2之间的距离之比为4∶5。现释放导体棒1，到达CC′处的速度为2v，导体棒1静止后释放导体棒2，一段时间后导体棒1、2均处于稳定状态。若两根导体棒的质量均为m，电阻均为R，与倾斜导轨的动摩擦因数相同，其余电阻不计，下列说法正确的是 ( )
3．(2022·杭州质检)如图甲所示，绝缘水平面上有一间距L＝1 m的金属U形导轨，导轨右侧接一阻值R＝3 Ω的电阻。在U形导轨中间虚线范围内存在垂直导轨平面的匀强磁场，磁场的宽度d＝1 m，磁感应强度大小B＝0.5 T。现有一质量为m＝0.1 kg，电阻r＝2 Ω、长为L＝1 m的导体棒MN以一定的初速度v0从导轨的左端开始向右运动，穿过磁场的过程中，导体棒中的感应电流i随时间t变化的图像如图乙所示。已知导体棒与导轨之间的动摩擦因数μ＝0.3，导轨电阻不计，则导体棒MN穿过磁场的过程中，求：
(1)MN刚进入磁场时的初速度大小；(2)电阻R产生的焦耳热；(3)导体棒通过磁场的时间。
“微课精练”见“微课精练（十九）” (单击进入电子文档)
因“不理解克服安培力做功的含义”而导致解题失误2．(多选)如图，MN和PQ是电阻不计的平行金属导轨，其间距为L，固定在水平面上，导轨弯曲部分光滑，平直部分粗糙，右端接一个阻值为R的定值电阻，平直部分导轨左侧区域有宽度为d、方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场，质量为m、电阻也为R的金属棒从高为h处由静止释放，到达磁场右边界处恰好停止。已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为μ，金属棒与导轨间接触良好，则金属棒穿过磁场区域的过程中(重力加速度为g) ( )
加强点(一) 电磁感应中的能量问题 [科学思维]1．能量转化分析电磁感应过程的实质是不同形式的能量之间转化的过程，而能量的转化是通过安培力做功的形式实现的。安培力做功的过程，是电能转化为其他形式能的过程；外力克服安培力做功的过程，则是其他形式的能转化为电能的过程。
2．能量转化及焦耳热的求法(1)能量转化(2)求解焦耳热Q的三种方法①焦耳定律：Q＝I2Rt②功能关系：Q＝W克服安培力③能量转化：Q＝ΔE其他能的减少量
[典例] (2022·沈阳质检)(多选)如图所示，光滑的圆环形金属轨道MN、PQ竖直放置，两环之间ABDC内(含边界)有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B0，AB水平且与圆心等高，CD竖直且延长线过圆心。电阻为r、长为2l的轻质金属杆，有小孔的一端套在内环MN上，另一端连接带孔金属球，球的质量为m，球套在外环PQ上，且都与轨道接触良好，内圆半径r1＝l，外圆半径r2＝3l，PM间接有阻值为R的电阻。让金属杆从AB处无初速度释放，金属杆第一次即将离开磁场时，金属球的速度为v，其他电阻不计，忽略一切摩擦，重力加速度为g。则 ( )
[素养训练]1．(多选)如图甲所示，左侧接有定值电阻R＝2 Ω的水平粗糙导轨处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝1 T，导轨间距L＝1 m。一质量m＝2 kg、阻值r＝2 Ω的金属棒在水平拉力F作用下由静止开始从CD处沿导轨向右加速运动，金属棒的v-x图像如图乙所示，若金属棒与导轨间动摩擦因数μ＝0.2，则从起点发生x＝1 m位移的过程中(g＝10 m/s2)( )A．金属棒克服安培力做的功W1＝0.25 JB．金属棒克服摩擦力做的功W2＝5 JC．整个系统产生的总热量Q＝4.25 JD．拉力做的功W＝9.25 J
2．(2022·广州七校联考)(多选)如图所示，在磁感应强度B＝0.50 T的匀强磁场中，两平行光滑金属导轨竖直放置，导体棒PQ在竖直向上的拉力F的作用下向下做初速度为0、加速度a＝5 m/s2的匀加速直线运动，两导轨间距离L＝1.0 m，电阻R＝1.0 Ω，导体棒质量m＝1 kg，导体棒和导轨接触良好且电阻均不计，取g＝10 m/s2，则下列说法中正确的是 ( )A．导体棒运行2 s时，拉力的功率为25 WB．拉力F所做的功等于导体棒减少的机械能C．t＝4 s时，导体棒所受安培力为5 ND．导体棒运行2 s的过程中，通过电阻的电荷量为2.5 C
3．如图所示，竖直平面内的正方形导线框ABCD和abcd的边长均为l、电阻均为R，质量分别为2m和m，它们分别系在跨过两个定滑轮的绝缘轻绳两端，在两导线框之间有一宽度为2l、磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。开始时ABCD的下边界与匀强磁场的上边界重合，abcd的上边界到匀强磁场的下边界的距离为l。现将两导线框由静止释放，当ABCD全部进入磁场时，两导线框开始做匀速运动。不计摩擦和空气阻力，重力加速度为g，求：(1)两导线框匀速运动的速度大小；(2)两导线框在从开始运动至等高的过程中所产生的总焦耳热；(3)导线框abcd通过磁场的时间。
加强点(二) 电磁感应中的动量问题 [分类例析]题点1 动量定理在电磁感应中的应用在导体单杆切割磁感线做变加速运动时，若牛顿运动定律和能量观点不能解决问题，可运用动量定理巧妙解决问题。
[例1] (2022·辽宁高考·节选)如图所示，两平行光滑长直金属导轨水平放置，间距为L。abcd区域有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向竖直向上。初始时刻，磁场外的细金属杆M以初速度v0向右运动，磁场内的细金属杆N处于静止状态。两金属杆与导轨接触良好且运动过程中始终与导轨垂直。两杆的质量均为m，在导轨间的电阻均为R，感应电流产生的磁场及导轨的电阻忽略不计。
题点2 动量守恒定律在电磁感应中的应用两导体棒在平直的光滑导轨上运动的情况：(1)如果两棒所受外力之和为零，则考虑用动量守恒定律处理问题。(2)如果两棒所受外力之和不为零，则动量不守恒，可考虑对两棒分别用动量定理求解。
[素养训练]1．(多选)如图，在水平面内固定有两根相互平行的无限长光滑金属导轨，其间距为L，电阻不计。在虚线l1的左侧存在竖直向上的匀强磁场，在虚线l2的右侧存在竖直向下的匀强磁场，两部分磁场的磁感应强度大小均为B。ad、bc两根电阻均为R的金属棒与导轨垂直，分别位于两磁场中，现突然给ad棒一个水平向左的初速度v0，在两棒达到稳定的过程中，下列说法正确的是( )A．两金属棒组成的系统动量守恒B．两金属棒组成的系统动量不守恒C．ad棒克服安培力做功的功率等于ad棒的发热功率D．ad棒克服安培力做功的功率等于安培力对bc棒做功的功率与两棒总发热功率之和
解析：由题意可知，刚开始运动时，两棒所受安培力均水平向右，两棒所受合外力不为零，动量不守恒，A错误，B正确；根据能量守恒定律可知，ad棒动能的减少量等于安培力对bc棒做的功与回路中产生的热量之和，由动能定理可知，ad棒动能减少量等于ad棒克服安培力做的功，所以ad棒克服安培力做功的功率等于安培力对bc棒做功的功率与两棒总发热功率之和，C错误，D正确。答案：BD
2．(2022·潍坊二模)(多选)如图所示的“ ”形导轨宽为L，水平部分光滑且无限长，其中有垂直轨道平面向下的匀强磁场，磁感应强度为B，倾斜部分粗糙，CC′为垂直导轨的两部分交界线。导体棒1、2均与CC′平行，导体棒1和CC′之间的距离与导体棒1和2之间的距离之比为4∶5。现释放导体棒1，到达CC′处的速度为2v，导体棒1静止后释放导体棒2，一段时间后导体棒1、2均处于稳定状态。若两根导体棒的质量均为m，电阻均为R，与倾斜导轨的动摩擦因数相同，其余电阻不计，下列说法正确的是 ( )
3．(2022·杭州质检)如图甲所示，绝缘水平面上有一间距L＝1 m的金属U形导轨，导轨右侧接一阻值R＝3 Ω的电阻。在U形导轨中间虚线范围内存在垂直导轨平面的匀强磁场，磁场的宽度d＝1 m，磁感应强度大小B＝0.5 T。现有一质量为m＝0.1 kg，电阻r＝2 Ω、长为L＝1 m的导体棒MN以一定的初速度v0从导轨的左端开始向右运动，穿过磁场的过程中，导体棒中的感应电流i随时间t变化的图像如图乙所示。已知导体棒与导轨之间的动摩擦因数μ＝0.3，导轨电阻不计，则导体棒MN穿过磁场的过程中，求：
(1)MN刚进入磁场时的初速度大小；(2)电阻R产生的焦耳热；(3)导体棒通过磁场的时间。
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