2024-2025学年高中物理教科版（2019）选择性必修第二册 第二章 电磁感应及其应用 专题强化11 电磁感应中的动量问题 课件

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DIERZHANG第二章专题强化11　电磁感应中 的动量问题 1.会用动量定理、动量守恒定律分析电磁感应的有关问题(重难点)。2.进一步掌握动量定理、动量守恒定律、能量守恒定律等基本规律(重难点)。 学习目标 一、动量定理在电磁感应中的应用二、动量守恒定律在电磁感应中的应用专题强化练 内容索引动量定理在电磁感应中的应用一如图所示，水平固定且足够长的光滑U形金属导轨处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，在导轨上放置金属棒。定值电阻的阻值为R，金属棒的有效电阻为r，导轨宽度为L。若棒分别以初速度v0、2v0向右运动，(1)请分析棒的运动情况？ (2)两种情况下，从棒开始运动至棒停止过程中，通过R的电荷量q1、q2之比为多少？ (3)两种情况，从棒开始运动至棒停止时的位移x1、x2之比为多少？  提炼·总结 √√  　(2023·达州市高二期末)如图甲所示，电阻不计且间距L=1.5 m的光滑平行金属导轨竖直放置，上端接一阻值R=2 Ω的电阻，虚线OO'下方有垂直于导轨平面向里的匀强磁场，现将质量m=0.2 kg、电阻r=1 Ω的金属杆ab从OO'上方某处由静止释放。金属杆在下落的过程中与导轨保持良好接触且始终水平。已知杆ab进入磁场时的速度v0=1 m/s，下落0.3 m的过程中加速度a与下落距离h的关系图像如图乙所示，g取10 m/s2。求：(1)匀强磁场的磁感应强度大小B；(结果可用根号表示)  (2)杆ab下落0.3 m的过程中，电阻R上产生的热量Q；(结果保留三位有效数字)答案　0.383 J　 (3)杆ab从进入磁场到下落至0.3 m处的时间。答案　0.45 s 返回动量守恒定律在电磁感应中的应用二如图所示，水平面上有足够长的平行光滑金属导轨MN和PQ，导轨间距为L，电阻不计，导轨所处空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。导轨上放有质量均为m、有效电阻均为R的金属棒a、b。开始时金属棒b静止，金属棒a获得向右的初速度v0。(1)试分析金属棒a、b的运动情况，两金属棒稳定后分别做什么运动。答案　金属棒a向右运动切割磁感线，根据右手定则可知在回路中产生逆时针方向的感应电流，根据左手定则可知，a棒受到向左的安培力，b棒受到向右的安培力，a棒在安培力作用下做减速运动，b棒在安培力作用下做加速运动，b棒切割磁感线产生顺时针方向的感应电流；两棒的速度差减小，总电动势E=BL(va-vb)减小，感应电流减小，安培力减小，加速度减小，即a做加速度减小的减速直线运动，b做加速度减小的加速直线运动，两金属棒稳定后均做匀速直线运动。(2)在运动过程中两金属棒受到安培力的冲量有什么关系？把两棒作为一个系统，该系统的动量怎样变化。答案　 两金属棒所受安培力冲量等大反向，系统的合外力为零，两棒组成的系统动量守恒。(3)金属棒a、b稳定后的速度多大？ (4)从金属棒a开始运动至稳定的过程中产生的焦耳热多少？ 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，安培力为系统内力，如果两安培力等大反向，且它们受到的外力的合力为0，则满足动量守恒条件，运用动量守恒定律求解比较方便。这类问题可以从以下三个观点来分析：(1)动力学观点：通常情况下一个金属棒做加速度逐渐减小的加速运动，而另一个金属棒做加速度逐渐减小的减速运动，最终两金属棒以共同的速度匀速运动。提炼·总结(2)动量观点：如果光滑导轨间距恒定，则两个金属棒所受的安培力等大反向，通常情况下系统的动量守恒。(3)能量观点：其中一个金属棒动能的减少量等于另一个金属棒动能的增加量与回路中产生的焦耳热之和。讨论交流在上面的问题中，求金属棒a从初速度v0到匀速的过程中，(1)流过金属棒a的电荷量q； (2)a和b距离的增加量Δx。  (2023·内江市高二期末)如图，P、Q是两根固定在水平面内的光滑平行金属导轨，间距为L，导轨足够长且电阻可忽略不计。图中EFHG矩形区域内有一方向垂直导轨平面向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。在t=0时刻，两金属棒a、b以大小相同的速率v0，分别从磁场的边界EF、GH进入磁场。经过一段时间后，其中有一棒恰好停在磁场边界处，且在这个过程中，金属棒a、b没有相碰，相距最近时b棒仍位于磁场区域内。已知金属棒a、b是由相同材料制成，长度均为L，电阻分别为R和2R，a棒的质量为2m。在运动过程中两金属棒始终与导轨垂直且接触良好。求：(1)在t=0时刻b棒的加速度大小；  (2)两棒在整个过程中相距最近的距离；  (3)在整个过程中，b棒产生的焦耳热。   (多选)(2024·河北省高二开学考)如图，方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨，两相同的光滑导体棒ab、cd静止在导轨上，t=0时，棒ab以初速度v0向右滑动。运动过程中，ab、cd始终与导轨垂直且接触良好，两者速度分别用v1、v2表示，回路中的电流用I表示。下列图像中可能正确的是√√ 返回专题强化练三考点一　动量定理在电磁感应中的应用1.(2024·苏州市高二期中)如图所示，在光滑绝缘水平面上，一矩形线圈以一定的初速度穿越匀强磁场区域，已知磁场区域宽度大于线圈宽度，则线圈进、出磁场的两个过程中 A.感应电流的方向相同B.受到的安培力相等C.动能的变化量相等D.速度的变化量相同123456789基础对点练√123456789 123456789 2.(多选)(2024·泰安市第一中学高二月考)如图所示，电阻不计的光滑金属导轨MN、PQ水平放置，间距为d，两侧接有电阻R1、R2，阻值均为R，O1O2右侧有磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。质量为m、长度也为d的金属杆置于O1O2左侧，在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动，经时间t到达O1O2时撤去恒力F，金属杆在到达NQ之前减速为零，已知金属杆电阻也为R，与导轨始终保持垂直且接触良好，下列说法正确的是123456789 123456789√√√123456789 123456789  123456789√123456789 123456789 4.(多选)如图所示，空间存在方向竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小B=0.5 T。在匀强磁场区域内，有一对光滑平行金属导轨处于同一水平面内，导轨足够长，导轨间距L=1 m，电阻可忽略不计。质量均为m=1 kg、电阻均为R=2.5 Ω的金属导体棒MN和PQ垂直放置于导轨上，且始终与导轨接触良好。现给MN一平行于导轨向右瞬时作用力F，使棒MN获得初速度v0=4 m/s，下列说法正确的是A.两棒最终速度均为2 m/sB.棒MN上产生的热量为4 JC.通过MN的电荷量为4 CD.从开始到稳定，回路MNPQ的面积增加了4 m2123456789√√123456789 123456789  123456789√能力综合练123456789 6.(多选)(2023·四川省自贡富顺二中高二月考)如图所示，两足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ水平放置，导轨间距为L，虚线OO'垂直导轨，OO'两侧导轨所在空间区域存在着磁感应强度大小均为B的方向相反的竖直匀强磁场，两长度均为L、电阻均为R、质量均为m的金属导体棒a、b垂直导轨放在OO'左右两侧，并始终与导轨保持良好接触，不计其他电阻。现给导体棒a一个瞬时冲量，使a获得一个水平向右平行于导轨的初速度v0，下列关于a、b两棒此后整个运动过程的说法正确的是123456789 123456789√√123456789 123456789 1234567897.(多选)(2023·玉林市高二期末)如图所示，光滑绝缘水平桌面上，虚线MN右侧有竖直向下的匀强磁场，其磁感应强度大小为0.5 T，虚线左侧有一长ab=2 m、宽bc=1 m的矩形金属框abcd，其质量为1 kg、电阻为0.5 Ω，ab边与MN平行。第一次，让金属框沿水平桌面、垂直MN方向以5 m/s的初速度冲入磁场区域(如图甲)；第二次，让金属框在平面内转90°然后在水平向右的外力作用下以5 m/s的速度匀速进入磁场区域(如图乙)。下列说法正确的是123456789A.两次进入磁场的过程中，金属框中的电流方向都为abcdaB.前、后两次进入磁场的过程中，通过金属框横截面的电荷量之比为1∶1C.前、后两次进入磁场的过程中，金属框产生的焦耳热之比为8∶5D.金属框前、后两次进入磁场过程的时间之比等于5∶8√√123456789 123456789 123456789  123456789√√123456789 9.(2023·郑州市高二期末)如图甲所示，两根平行且足够长的粗糙金属导轨间距L=0.5 m，和阻值R=1.5 Ω的定值电阻组成的回路平面与水平面的夹角θ=37°。匀强磁场垂直于导轨平面向上，磁感应强度B=1 T。一质量为m=0.1 kg、电阻为r、长L=0.5 m的金属棒ab垂直放置在导轨上，由静止释放后，金属棒沿导轨向下运动x=2 m时达到最大速度，此过程中金属棒的加速度a和速度v的关系如图乙所示，金属棒在运动中始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨电阻，g=10 m/s2，求：(已知sin 37°=0.6，不考虑电磁辐射)123456789(1)金属棒与导轨间的动摩擦因数μ；123456789答案　0.5　由题图乙可知，当v=0时a=2 m/s2由牛顿第二定律可知mgsin θ-μmgcos θ=ma代入数据解得μ=0.5(2)金属棒的电阻r；123456789答案　1 Ω (3)金属棒从静止释放到速度达到最大所经历的时间t和此过程中电阻R上产生的焦耳热QR。123456789答案　2 s　0.18 J123456789 返回