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新高考物理二轮复习讲练测课件专题14 电学中三大观点的综合应用（含解析）
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这是一份新高考物理二轮复习讲练测课件专题14 电学中三大观点的综合应用（含解析），共32页。PPT课件主要包含了稿定PPT，考情分析，网络构建，真题研析·规律探寻，核心提炼·考向探究，电磁感应中能量问题，题型特训·命题预测，ABD等内容，欢迎下载使用。
考点一 电学中三大观点的综合应用考向一 电磁感应中的动力学问题考向二 电磁感应中的能量与动量问题
考点一 电学中三大观点的综合应用
1. 电磁感应现象中的动力学问题2. 电磁感应中能量问题3. 动量定理在电磁感应中的应用
考向1 电磁感应中的动力学问题考向2 电磁感应中的能量与动量问题
例1 (2023•山东•高考真题) (多选) 足够长U形导轨平置在光滑水平绝缘桌面上，宽为1m，电阻不计。质量为1kg、长为1m、电阻为1Ω的导体棒MN放置在导轨上，与导轨形成矩形回路并始终接触良好，I和Ⅱ区域内分别存在竖直方向的匀强磁场，磁感应强度分别为B1和B2，其中B1=2T，方向向下。用不可伸长的轻绳跨过固定轻滑轮将导轨CD段中点与质量为0.1kg的重物相连，绳与CD垂直且平行于桌面。如图所示，某时刻MN、CD同时分别进入磁场区域I和Ⅱ并做匀速直线运动，MN、CD与磁场边界平行。MN的速度v1=2m/s，CD的速度为v2且v2>v1，MN和导轨间的动摩擦因数为0.2。重力加速度大小取10m/s2，下列说法正确的是（ ） A． 的方向向上B． 的方向向下 C． v2=5m/s D． v2=3m/s
【考向】电磁感应中的动力学问题
导体棒受到向右的摩擦力f=μmg=2N以及向左的安培力F1=f=2N
导体框受到向左的摩擦力，向右的拉力和向右的安培力F2=f-m0g
【考向】电磁感应中的能量与动量问题
杆的动能增大，重力对杆所做的功大于杆克服安培力所做的功
例4 (2023•全国•高考真题) 如图，水平桌面上固定一光滑U型金属导轨，其平行部分的间距为l，导轨的最右端与桌子右边缘对齐，导轨的电阻忽略不计。导轨所在区域有方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。一质量为m、电阻为R、长度也为l的金属棒P静止在导轨上。导轨上质量为3m的绝缘棒Q位于P的左侧，以大小为v0的速度向P运动并与P发生弹性碰撞，碰撞时间很短。碰撞一次后，P和Q先后从导轨的最右端滑出导轨，并落在地面上同一地点。P在导轨上运动时，两端与导轨接触良好，P与Q始终平行。不计空气阻力。求（1）金属棒P滑出导轨时的速度大小；（2）金属棒P在导轨上运动过程中产生的热量；（3）与P碰撞后，绝缘棒Q在导轨上运动的时间。
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．处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析．
电磁感应现象中的动力学问题
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 ①“源”的分析：用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向 ②“路”的分析：画等效电路图，根据 ，求感应电流 ③“力”的分析：受力分析，求F安=BIL及合力，根据牛顿第二定律求加速度 ④“运动状态”的分析：根据力与运动的关系，判断运动状态
4）解决这类问题的关键是通过运动状态的分析,寻找过程中的临界状态,如速度、加速度最大或最小的条件.解题时要抓好受力情况，运动情况的动态分析导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达稳定运动状态，抓住a=0时，速度v达最大值的特点。
电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程，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的能的过程，外力克服安培力做功，则是其他形式的能转化为电能的过程．1）安培力做功与能量转化①安培力做正功：电能转化为机械能，如电动机②安培力做负功：机械能转化为电能，如发电机2）焦耳热的求法①焦耳定律：Q=I2Rt，适用于电流、电阻恒定，交变电流的有效值.②功能关系：Q=W克服安培力做功 ，适用于任何情况.②能量转化： Q=E其他能的减少量，适用于任何情况.
3)解决电磁感应能量问题的策略是“先源后路、先电后力，再是运动、能量”，即①“源”的分析：明确电磁感应所产生的电源，确定E和r②“路”的分析：弄清串、并联关系，求电流及F安③“力”的分析：分析杆或线圈受力情况，求合力④“运动”的分析：由力和运动的关系，确定运动模型⑤“能量”的分析：确定参与转化的能量形式
当题目中涉及速度v、电荷量q、运动时间t、运动位移x时常用动量定理求解．导体棒或金属框在感应电流所引起的安培力作用下做非匀变速直线运动时，1）安培力的冲量： ① ② 2）磁通量变化量： .3）通过导体棒或金属框的电荷量为：
动量定理在电磁感应中的应用
4）求位移： 5）求运动时间：
1. (2024•全国•校联考一模) (多选) 如图所示，ab、cd为水平面上平行放置的两根光滑足够长直导轨，两导轨间距为l=0.5cm,ac端连接一内阻不计电动势为E的电源和阻值R=1Ω的电阻，质量为m=2kg的导体棒MN垂直于导轨放置，其中点通过轻绳、绕过一光滑的定滑轮与重物G相连，MN在导轨间的电阻为r=0.5Ω，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B=4T。当重物G=4N时，导体棒MN恰好静止不动。下列说法正确的是（ ） A．电源电动势 E=3V B．电阻R上的热功率为P=6W C．当G=8N时， 刚开始运动时的加速度大小 为a=4m/s2 D．当G=8N时， 的最大速度是vm=1.5m/s
2. (2024•广西南宁•南宁三中校联考模拟预测) (多选) 如图所示，电阻不计且间距L=1m的光滑平行金属导轨所在平面与水平面成53°角，上端接一阻值R=2Ω的电阻，过虚线OO'的竖直面的左侧方有磁感应强度B=1T、方向竖直向上的匀强磁场，现将质量m=0.2kg、电阻r=1Ω的金属杆ab从斜面上由静止释放，释放位置与虚线OO'之间的距离为x=1m。金属杆在下落的过程中与导轨一直垂直，且保持良好接触，导轨足够长，g取10m/s2，sin53°=0.8。则（ ）A．金属杆ab在整个运动过程机械能守恒B．金属杆ab刚进入有界磁场时的速度大小为4m/sC．金属杆ab刚进入有界磁场时的加速度大小为3.2m/s²D．金属杆ab在磁场中运动的最大速度的大小为
【考向】 电磁感应中的能量与动量问题
3. (2024•陕西汉中•统考一模) (多选) 两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角为θ的斜面上，导轨的左端接有电阻R，导轨自身的电阻可忽略不计，斜面处在一匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上，质量为m、电阻为r的金属棒ab，在沿着斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑，并上升h高度，如图所示。在这过程中（ ）A．作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻R上产生的焦耳热之和B．金属棒克服安培力做的功等于电阻R和r上产生的焦耳热之和C．恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热D．作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于零
4. (2024•湖南•校联考二模) (多选) 如图所示，两足够长的光滑平行金属导轨MON、PO'Q 水平放置，OO'两侧导轨所在空间区域，导轨间距分别为L1和L2，磁感应强度分别为B1和B2，方向分别为竖直向上和竖直向下，L1=2L2=2L，B2=2B1=B，电阻均为R、质量均为m的导体棒a、b垂直导轨放在OO'左右两侧，并与导轨保持良好接触，不计其他电阻．现给导体棒b一个水平向右的瞬时冲量I，关于a、b两棒此后整个运动过程，下列说法正确的是（ ） A．a、b两棒组成的系统动量守恒 B．a、b两棒最终都将以大小为 的速度做匀速直线运动 C．整个过程中，a棒上产生的焦耳热为 D．整个过程中，通过a棒的电荷量为
5. (2023•吉林•统考二模) (多选) 列车进站时如图所示，其刹车原理可简化如下：在车身下方固定一水平矩形线框，利用线框进入磁场时所受的安培力，辅助列车刹车。已知列车的质量为m，车身长为s，线框的ab和cd长度均为L（L小于匀强磁场的宽度），线框的总电阻为R。站台轨道上匀强磁场区域足够长，磁感应强度的大小为B，方向竖直向上。车头进入磁场瞬间的速度为v0，列车停止前所受铁轨及空气阻力的合力恒为f。车尾进入磁场瞬间，列车恰好停止。下列说法正确的是（ ） A．列车进站过程中电流方向为abcd B．列车ab边进入磁场瞬间，加速度大小 C．列车从进站到停下来的过程中，线框产生的热量为 D．从车头进入磁场到停止所用的时间为
6. (2024•浙江金华•校联考模拟预测) 如图所示，在空间有上下两个足够长的水平光滑平行金属导轨MN、M'N'和水平光滑平行金属导轨PQ、P 'Q'，间距均为L1=0.5m，电阻不计，两导轨竖直高度差为H=0.2m。上导轨最左端接一电阻R0=0.4Ω，虚线ab左侧NN' ab区域的宽度 ， L2=0.1m ，存在着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度随时间变化为B1=0.2+1.0t(T)。虚线ab右侧NN' ab区域内磁场方向竖直向上，磁感应强度B2=0.1T。竖直线NP与N'P'的右侧空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B3=0.4T。上、下导轨中垂直导轨分别放置两根相同的导体棒cd和导体棒ef，棒长均为L1，质量均为m=0.1kg，电阻均为R=0.4Ω。T=0时刻闭合开关K，cd在安培力的作用下开始运动，金属棒cd在离开水平导轨MN、 M'N'前已经达到稳定状态。导体棒cd从NN'离开下落到地面平行导轨后，竖直速度立即变为零，水平速度不变。
（1）开关K闭合瞬间时，流过导体棒cd的电流I；（2）导体棒cd离开水平导轨时的速度 ；（3）若导体棒cd与导体棒ef恰好不相碰，求导体棒ef的初始位置与 的水平距离x。
【答案】（1）0.0625A；（2）1m/s；（3）1.2m
考点一 电学中三大观点的综合应用考向一 电磁感应中的动力学问题考向二 电磁感应中的能量与动量问题
考点一 电学中三大观点的综合应用
1. 电磁感应现象中的动力学问题2. 电磁感应中能量问题3. 动量定理在电磁感应中的应用
考向1 电磁感应中的动力学问题考向2 电磁感应中的能量与动量问题
例1 (2023•山东•高考真题) (多选) 足够长U形导轨平置在光滑水平绝缘桌面上，宽为1m，电阻不计。质量为1kg、长为1m、电阻为1Ω的导体棒MN放置在导轨上，与导轨形成矩形回路并始终接触良好，I和Ⅱ区域内分别存在竖直方向的匀强磁场，磁感应强度分别为B1和B2，其中B1=2T，方向向下。用不可伸长的轻绳跨过固定轻滑轮将导轨CD段中点与质量为0.1kg的重物相连，绳与CD垂直且平行于桌面。如图所示，某时刻MN、CD同时分别进入磁场区域I和Ⅱ并做匀速直线运动，MN、CD与磁场边界平行。MN的速度v1=2m/s，CD的速度为v2且v2>v1，MN和导轨间的动摩擦因数为0.2。重力加速度大小取10m/s2，下列说法正确的是（ ） A． 的方向向上B． 的方向向下 C． v2=5m/s D． v2=3m/s
【考向】电磁感应中的动力学问题
导体棒受到向右的摩擦力f=μmg=2N以及向左的安培力F1=f=2N
导体框受到向左的摩擦力，向右的拉力和向右的安培力F2=f-m0g
【考向】电磁感应中的能量与动量问题
杆的动能增大，重力对杆所做的功大于杆克服安培力所做的功
例4 (2023•全国•高考真题) 如图，水平桌面上固定一光滑U型金属导轨，其平行部分的间距为l，导轨的最右端与桌子右边缘对齐，导轨的电阻忽略不计。导轨所在区域有方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。一质量为m、电阻为R、长度也为l的金属棒P静止在导轨上。导轨上质量为3m的绝缘棒Q位于P的左侧，以大小为v0的速度向P运动并与P发生弹性碰撞，碰撞时间很短。碰撞一次后，P和Q先后从导轨的最右端滑出导轨，并落在地面上同一地点。P在导轨上运动时，两端与导轨接触良好，P与Q始终平行。不计空气阻力。求（1）金属棒P滑出导轨时的速度大小；（2）金属棒P在导轨上运动过程中产生的热量；（3）与P碰撞后，绝缘棒Q在导轨上运动的时间。
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．处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析．
电磁感应现象中的动力学问题
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 ①“源”的分析：用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向 ②“路”的分析：画等效电路图，根据 ，求感应电流 ③“力”的分析：受力分析，求F安=BIL及合力，根据牛顿第二定律求加速度 ④“运动状态”的分析：根据力与运动的关系，判断运动状态
4）解决这类问题的关键是通过运动状态的分析,寻找过程中的临界状态,如速度、加速度最大或最小的条件.解题时要抓好受力情况，运动情况的动态分析导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达稳定运动状态，抓住a=0时，速度v达最大值的特点。
电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程，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的能的过程，外力克服安培力做功，则是其他形式的能转化为电能的过程．1）安培力做功与能量转化①安培力做正功：电能转化为机械能，如电动机②安培力做负功：机械能转化为电能，如发电机2）焦耳热的求法①焦耳定律：Q=I2Rt，适用于电流、电阻恒定，交变电流的有效值.②功能关系：Q=W克服安培力做功 ，适用于任何情况.②能量转化： Q=E其他能的减少量，适用于任何情况.
3)解决电磁感应能量问题的策略是“先源后路、先电后力，再是运动、能量”，即①“源”的分析：明确电磁感应所产生的电源，确定E和r②“路”的分析：弄清串、并联关系，求电流及F安③“力”的分析：分析杆或线圈受力情况，求合力④“运动”的分析：由力和运动的关系，确定运动模型⑤“能量”的分析：确定参与转化的能量形式
当题目中涉及速度v、电荷量q、运动时间t、运动位移x时常用动量定理求解．导体棒或金属框在感应电流所引起的安培力作用下做非匀变速直线运动时，1）安培力的冲量： ① ② 2）磁通量变化量： .3）通过导体棒或金属框的电荷量为：
动量定理在电磁感应中的应用
4）求位移： 5）求运动时间：
1. (2024•全国•校联考一模) (多选) 如图所示，ab、cd为水平面上平行放置的两根光滑足够长直导轨，两导轨间距为l=0.5cm,ac端连接一内阻不计电动势为E的电源和阻值R=1Ω的电阻，质量为m=2kg的导体棒MN垂直于导轨放置，其中点通过轻绳、绕过一光滑的定滑轮与重物G相连，MN在导轨间的电阻为r=0.5Ω，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B=4T。当重物G=4N时，导体棒MN恰好静止不动。下列说法正确的是（ ） A．电源电动势 E=3V B．电阻R上的热功率为P=6W C．当G=8N时， 刚开始运动时的加速度大小 为a=4m/s2 D．当G=8N时， 的最大速度是vm=1.5m/s
2. (2024•广西南宁•南宁三中校联考模拟预测) (多选) 如图所示，电阻不计且间距L=1m的光滑平行金属导轨所在平面与水平面成53°角，上端接一阻值R=2Ω的电阻，过虚线OO'的竖直面的左侧方有磁感应强度B=1T、方向竖直向上的匀强磁场，现将质量m=0.2kg、电阻r=1Ω的金属杆ab从斜面上由静止释放，释放位置与虚线OO'之间的距离为x=1m。金属杆在下落的过程中与导轨一直垂直，且保持良好接触，导轨足够长，g取10m/s2，sin53°=0.8。则（ ）A．金属杆ab在整个运动过程机械能守恒B．金属杆ab刚进入有界磁场时的速度大小为4m/sC．金属杆ab刚进入有界磁场时的加速度大小为3.2m/s²D．金属杆ab在磁场中运动的最大速度的大小为
【考向】 电磁感应中的能量与动量问题
3. (2024•陕西汉中•统考一模) (多选) 两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角为θ的斜面上，导轨的左端接有电阻R，导轨自身的电阻可忽略不计，斜面处在一匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上，质量为m、电阻为r的金属棒ab，在沿着斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑，并上升h高度，如图所示。在这过程中（ ）A．作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻R上产生的焦耳热之和B．金属棒克服安培力做的功等于电阻R和r上产生的焦耳热之和C．恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热D．作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于零
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5. (2023•吉林•统考二模) (多选) 列车进站时如图所示，其刹车原理可简化如下：在车身下方固定一水平矩形线框，利用线框进入磁场时所受的安培力，辅助列车刹车。已知列车的质量为m，车身长为s，线框的ab和cd长度均为L（L小于匀强磁场的宽度），线框的总电阻为R。站台轨道上匀强磁场区域足够长，磁感应强度的大小为B，方向竖直向上。车头进入磁场瞬间的速度为v0，列车停止前所受铁轨及空气阻力的合力恒为f。车尾进入磁场瞬间，列车恰好停止。下列说法正确的是（ ） A．列车进站过程中电流方向为abcd B．列车ab边进入磁场瞬间，加速度大小 C．列车从进站到停下来的过程中，线框产生的热量为 D．从车头进入磁场到停止所用的时间为
6. (2024•浙江金华•校联考模拟预测) 如图所示，在空间有上下两个足够长的水平光滑平行金属导轨MN、M'N'和水平光滑平行金属导轨PQ、P 'Q'，间距均为L1=0.5m，电阻不计，两导轨竖直高度差为H=0.2m。上导轨最左端接一电阻R0=0.4Ω，虚线ab左侧NN' ab区域的宽度 ， L2=0.1m ，存在着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度随时间变化为B1=0.2+1.0t(T)。虚线ab右侧NN' ab区域内磁场方向竖直向上，磁感应强度B2=0.1T。竖直线NP与N'P'的右侧空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B3=0.4T。上、下导轨中垂直导轨分别放置两根相同的导体棒cd和导体棒ef，棒长均为L1，质量均为m=0.1kg，电阻均为R=0.4Ω。T=0时刻闭合开关K，cd在安培力的作用下开始运动，金属棒cd在离开水平导轨MN、 M'N'前已经达到稳定状态。导体棒cd从NN'离开下落到地面平行导轨后，竖直速度立即变为零，水平速度不变。
（1）开关K闭合瞬间时，流过导体棒cd的电流I；（2）导体棒cd离开水平导轨时的速度 ；（3）若导体棒cd与导体棒ef恰好不相碰，求导体棒ef的初始位置与 的水平距离x。
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