2025年高中物理复习配套课件 专题二十三 动量观点在电磁感应中的应用

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专题二十三 动量观点在电磁感应中的应用
题型一 动量定理在电磁感应中的应用
1.模型构建导体棒或金属框运动的形式有匀速、匀变速和非匀变速三种，对前两种情况，容易想到用平衡条件和牛顿运动定律求解，对后一种情况一般要结合动量知识求解.当安培力变化，且又涉及时间、位移、速度、电荷量等问题时，用动量定理往往能巧妙解决.
题型二 动量守恒定律在电磁感应中的应用
1.在双金属棒切割磁感线的系统中，双金属棒和导轨构成闭合回路，安培力充当系统内力，如果它们不受摩擦力，且受到的安培力的合力为0时，满足动量守恒，运用动量守恒定律解题比较方便.
2.双棒模型（不计摩擦力）
1. (多选)如图甲所示,平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上,导轨间距为1 m,导轨左端接有阻值为1 Ω的定值电阻,整个导轨处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度大小为1 T,质量为1 kg的金属棒PQ放在导轨上,金属棒接入电路的电阻为1 Ω,给金属棒施加一个平行导轨向右的拉力,使金属棒从静止开始做加速运动,金属棒运动的速度v与运动的时间t的关系如图乙所示,金属棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好,导轨电阻不计,金属棒在t=0到t=1 s的过程中(　 　)A.安培力与时间t成正比B.拉力F与时间t成正比C.通过金属棒的电荷量为1 CD.安培力的冲量大小为0.5 N·s
题型一　动量定理在电磁感应中的应用
3.如图所示,两根足够长的平行金属光滑导轨MNPQ,M1N1P1Q1固定在倾角θ=30°的斜面上,导轨电阻不计,MN与M1N1间距为2L,PQ与P1Q1间距为L.在MN与M1N1区域有方向垂直斜面向下的匀强磁场,在PQ与P1Q1区域有方向垂直斜面向上的匀强磁场,两磁场的磁感应强度大小均为B.在MN与M1N1区域中,将质量为m,电阻为R,长度为2L的导体棒b放在导轨上,且被两立柱c、d挡住,在PQ与P1Q1区域中将质量为m,电阻为R,长度为L的导体棒a置于导轨上,由静止开始下滑,经时间t,b刚好离开立柱,a、b始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触,重力加速度为g.求:
(1)t时刻a棒的速度大小v;
(2)在时间t内a棒产生的电能Ea电;
(3)a棒中电流的最大值.
4.如图所示,间距为d且足够长的平行轨道MM1M2与NN1N2由倾斜与水平两部分平滑连接组成,其中水平轨道的N1N2、M1M2段为粗糙金属材料,动摩擦因数为μ,其他部分均为光滑金属材料.倾斜轨道的倾角为θ,顶端接一阻值为R的电阻,处在垂直导轨平面斜向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度为B0;水平段匀强磁场的磁感应强度的大小为B,方向竖直向上.已知质量为m,电阻为2R的金属棒ab从倾斜轨道的cd上方任何位置由静止开始释放,都将精准停靠在水平轨道上的同一位置(图中未画出).不计金属轨道的电阻,重力加速度为g.则:
(1)求金属棒ab到达斜面底端M1N1时的速度;
(2)求金属棒ab从距水平面高为h处由静止开始下滑到斜面底端M1N1的过程中,金属棒上产生的热量;
(3)若金属棒ab在水平轨道上的运动时间为t,求金属棒在水平轨道上运动的位移.
(1)棒ab运动到x1=0.2 m时的速度v1;
(2)棒ab运动到x2=-0.1 m时的速度v2;
(3)电容器最终所带的电荷量Q.
6. [2018·浙江4月选考] 如图所示,在竖直平面内建立xOy坐标系,在0≤x≤0.65 m、y≤0.40 m范围内存在一具有理想边界、方向垂直纸面向里的匀强磁场区域.一边长l=0.10 m、质量m=0.02 kg、电阻R=0.40 Ω的匀质正方形刚性导线框abcd处于图示位置,其中心的坐标为(0,0.65 m).现将线框以初速度v0=2.0 m/s水平向右抛出,线框在进入磁场过程中速度保持不变,然后在磁场中运动,最后从磁场右边界离开磁场区域,完成运动全过程.线框在全过程中始终处于xOy平面内、其ab边与x轴保持平行,空气阻力不计,g取10 m/s2.求:(1)磁感应强度B的大小;
(2)线框在全过程中产生的焦耳热Q;
[答案] 0.037 5 J
(3)在全过程中,cb两端的电势差Ucb与线框中心位置的x坐标的函数关系.
7.如图甲所示,绝缘水平面上固定着两根相距L=0.5 m的足够长光滑平行金属导轨PQ、MN,ef右侧水平导轨处于匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下,磁感应强度B的大小随时间的变化如图乙所示.开始时ab棒和cd棒被锁定在导轨上如图甲所示的位置,ab棒与cd棒平行,ab棒离水平面高度为h=0.2 m,cd棒与ef之间的距离也为L,ab棒的质量m1=0.2 kg,有效电阻R1=0.05 Ω,cd棒的质量m2=0.1 kg,有效电阻R2=0.15 Ω.在1 s末,同时解除对ab棒和cd棒的锁定,最后ab棒和cd棒达到稳定运动状态.两棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直,导轨电阻不计,重力加速度g取10 m/s2.求:
题型二　动量守恒定律在电磁感应中的应用
(1)0~1 s时间内通过cd棒的电流大小与方向;
[答案] 1.25 A　方向为d→c
(2)ab棒和cd棒从解除锁定到最后稳定运动过程中,ab棒产生的热量;
(3)ab棒和cd棒速度相同时,它们之间的距离.
(1)求棒在倾斜导轨上的最大速度;
(2)在金属框进入磁感应强度为B2的磁场的过程中,求通过电阻R的电荷量和电阻R上产生的热量;
(3)为使金属框可以匀速离开磁场,需要施加一个外力F,求此过程中外力所做的功.
A.&1& B.&2& C.&3& D.&4&