素养培优4　动量观点在电磁感应中的综合应用-高考物理二轮复习 学案

这是一份素养培优4　动量观点在电磁感应中的综合应用-高考物理二轮复习 学案，共4页。
1．如图，光滑水平面上存在竖直向上、宽度d大于2L的匀强磁场，其磁感应强度为B，甲、乙两个合金导线框的质量均为m，长均为2L，宽均为L，电阻分别为R和2R。两线框在光滑水平面上以相同初速度v 0＝
2．“福建舰”是我国完全自主设计的第一艘电磁弹射型全通甲板航空母舰。如图所示为某实验室模拟电磁弹射的原理图，弹射过程中金属棒MN将沿两根相互平行的光滑水平轨道运动，轨道内有竖直向下的匀强磁场，轨道左侧用开关与直流电源相连，电源电压恒定。已知金属棒质量m＝1 kg、电阻R＝5 Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝2 T，两导轨间距离L＝0.5 m，左侧直流电源的电压U＝200 V，轨道电阻不计且足够长，求：
（1）刚接通开关S的瞬间，金属棒的加速度大小a；
（2）从接通开关S到金属棒的速度v＝10 m/s的过程中，通过金属棒的电荷量q；
（3）金属棒能达到的最大速率vm。
3．如图甲所示，水平面内有两根足够长的光滑平行金属导轨，导轨固定且间距为L。空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。现将两根材料相同、横截面积不同、长度均为L的金属棒ab、cd分别静置在导轨上。现给ab棒一水平向右的初速度v 0，其速度随时间变化的关系如图乙所示，两金属棒运动过程中，始终与导轨垂直且接触良好。已知ab棒的质量为m，电阻为R。导轨电阻可忽略不计。下列说法正确的是（ ）
A．ab棒刚开始运动时，cd棒中的电流方向为d→c
B．ab运动后，cd棒将做加速度逐渐增大的加速运动
C．在0～t 0时间内，ab棒产生的热量为
4．如图所示，水平面内有不计电阻的导轨，导轨宽轨部分间距为2L，窄轨部分间距为L，长度足够长，轨道倾斜部分与水平面成θ角，倾斜导轨与水平导轨平滑连接。水平导轨部分存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。质量为 m 、 长度为 L 的金属棒 Q 静止在窄轨上 ， 质量为 m 、 长度为 2 L 的金属棒 P 从某处静止释放 ， P 下滑到倾斜导轨底端时的速度为 v 0 ①， P 、 Q 在运动过程中始终相互平行且与导轨保持良好接触 ， P 、 Q 始终未相碰 ②。 P 在水平宽轨上运动的时间为
5．如图所示，平行轨道的间距为L，轨道平面与水平面夹角为α，二者的交线与轨道垂直，以轨道上O点为坐标原点，沿轨道向下为x轴正方向建立坐标系。轨道之间存在区域Ⅰ、Ⅱ，区域Ⅰ（－2L≤x＜－L）内充满磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场；区域Ⅱ（x≥0）内充满方向垂直轨道平面向上的磁场，磁感应强度大小B 1＝k 1 t＋k 2 x，k 1和k 2均为大于零的常量，该磁场可视为由随时间t均匀增加的匀强磁场和随x轴坐标均匀增加的磁场叠加而成。将质量为m、边长为L、电阻为R的匀质正方形闭合金属框epqf放置在轨道上，pq边与轨道垂直，由静止释放。已知轨道绝缘、光滑、足够长且不可移动，磁场上、下边界均与x轴垂直，整个过程中金属框不发生形变，重力加速度大小为g，不计自感。
（1）若金属框从开始进入到完全离开区域Ⅰ的过程中匀速运动，求金属框匀速运动的速率v和释放时pq边与区域Ⅰ上边界的距离s；
（2）金属框沿轨道下滑，当ef边刚进入区域Ⅱ时开始计时（t＝0），此时金属框的速率为v 0，若k 1＝
阅卷人
一、培优一 动量定理在电磁感应中的应用 （共2题）
得分
阅卷人
二、培优二 动量守恒定律在电磁感应中的应用 （共3题）
得分
【答案区】
1．【答案】D
【解析】【解答】A：进磁场的过程中，甲线框右边框切割磁感线，由右手定则可知，线框中的电流沿顺时针方向，出磁场的过程中，甲线框左边框切割磁感线，由右手定则可知，线框中的电流沿逆时针方向，A错误；
B：刚进磁场区域时，甲线框切割磁感线产生的电动势E＝BLv0 ， 线框中的电流I＝
2．【答案】
（1）解： 设开关闭合瞬间通过金属棒MN的电流为I，对金属棒，由闭合电路欧姆定律有I＝
根据牛顿第二定律有BIL＝ma
代入数据，联立解得a＝40 m/s2
（2）解： 设通过金属棒MN的电流瞬时值为i，在极短时间Δt内速度的变化量为Δv，对金属棒，由动量定理有ΣBiLΔt＝ΣmΔv＝mv
又因为ΣiΔt＝ΣΔq＝q
联立解得q＝10 C
（3）解：当金属棒到达最大速度时，感应电动势与电源电压相等，则有U＝BLvm
代入数据解得vm＝200 m/s
【解析】【分析】(1) 刚闭合开关时，金属棒速度为0，无感应电动势，电流由欧姆定律直接求得，安培力提供加速度，由牛顿第二定律计算加速度。
(2) 对加速过程应用动量定理，安培力的冲量等于动量变化，结合电流的冲量等于电荷量，求解电荷量。
(3) 速度最大时，金属棒的感应电动势与电源电压等大反向，电流为0，安培力为0，由电动势平衡方程求最大速度。
3．【答案】D
【解析】【解答】A：金属棒ab刚开始运动时，根据右手定则可知cd棒中的电流方向为c→d，故A错误；
B：ab运动后，由于安培力作用，速度会逐渐减小，同时cd棒将做加速运动，回路总电动势减小，电流减小，cd棒受到的安培力会减小，由F＝mcda可知，cd棒的加速度会减小，故B错误；
C：两金属棒组成的系统动量守恒，则mv0＝（m＋m'）
4．【答案】
（1）解： 金属棒P沿光滑导轨下滑，根据动能定理可得mgh＝
5．【答案】
（1）解：金属框在区域Ⅰ内做匀速直线运动，则其受力平衡，根据受力分析可知其所受安培力
F安＝mgtan α
对金属框在区域Ⅰ内的运动，由法拉第电磁感应定律有
E＝BLvcs α
由闭合电路欧姆定律有I＝