2022-2023年高考物理二轮复习 第10讲应用“三大观点”解决电磁感应综合问题 课件

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考点一　电磁感应中的“动力学”观点
1.如图,水平面(纸面)内间距为l的平行金属导轨间接一 电阻,质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上。t=0时,金属杆在水平向右、 大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动。t0时刻,金属杆进入磁感应强度 大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀 速运动。杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之 间的动摩擦因数为μ。重力加速度大小为g。求
(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小;(2)电阻的阻值。
1.应用动力学观点解决电磁感应综合问题时要特别注意a=0时速度v达到最 大的特点,运动的动态分析如下: 
2.用“五步法”分析电磁感应中的动力学问题
1.如图所示,间距l=0.3 m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面 内。在水平面a1b1b2a2区域内和倾角θ=37°的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应 强度大小为B1=0.4 T、方向竖直向上和B2=1 T、方向垂直于斜面向上的匀强 磁场。电阻R=0.3 Ω、质量m1=0.1 kg、长为l的相同导体杆K、S、Q分别放置 在导轨上,S杆的两端固定在b1、b2点,K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接 触良好。一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨绕过光滑轻质定滑轮自然下 垂,绳上穿有质量m2=0.05 kg的小环。已知小环以a=6 m/s2的加速度沿绳下滑,
K杆保持静止,Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F作用下匀速运动。不计 导轨电阻和滑轮摩擦,绳不可伸长。取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8。求:(1)小环所受摩擦力的大小;(2)Q杆所受拉力的瞬时功率。
答案    (1)0.2 N　(2)2 W解析　(1)以小环为研究对象,由牛顿第二定律得m2g-Ff=m2a代入数据得Ff=0.2 N(2)设通过K杆的电流为I,由平衡条件得IlB1=FT=Ff对Q杆,根据并联电路特点以及平衡条件得2IlB2=F+m1g sin θ由法拉第电磁感应定律得E=B2lv
(2)若接通开关S,同时对a棒施以平行导轨斜向上的拉力F,使它沿导轨匀速向上运动,此时放在导轨下端的b棒恰好静止。当a棒运动到磁场的上边界PQ处 时,撤去拉力F,a棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动,此时b棒 已滑离导轨。当a棒再次滑回磁场上边界PQ时,又恰能沿导轨匀速向下运动, 求a棒质量ma及拉力F的大小。
1.解电磁感应现象中的能量问题的一般步骤(1)在电磁感应中,切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电 动势,该导体或回路就相当于电源。(2)分析清楚有哪些力做功,就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化。(3)根据能量守恒列方程求解。
2.利用能量观点求解电磁感应中的功能关系问题应注意以下三点:(1)电磁感应现象的实质是其他形式的能转化成电能。
(2)电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用,因此, 要维持感应电流的存在,必须有“外力”克服安培力做功,将其他形式的能转 化为电能。“外力”克服安培力做了多少功,就有多少其他形式的能转化为 电能。当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能。安培力做功 的过程,或通过电阻发热的过程,是电能转化为其他形式能的过程。安培力做 了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能。(3)若回路中电流恒定,可以利用电路结构及W=UIt或Q=I2Rt直接进行计算。若电流变化,则:①利用安培力做的功求解,电磁感应中产生的电能等于克服 安培力所做的功;②利用能量守恒求解,若只有电能与机械能的转化,则机械 能的减少量等于产生的电能。
1.在生产线框的流水线上,为了检测出个别不合格的未闭合线框,让线框随传 送带通过一固定匀强磁场区域(磁场方向垂直于传送带平面向下),观察线框 进入磁场后是否相对传送带滑动就能够检测出不合格的未闭合线框,其物理 情境简化如下:如图所示,通过绝缘传送带输送完全相同的正方形单匝纯电阻 铜线框,传送带与水平方向夹角为α,以恒定速度v0斜向上运动。已知磁场边 界MN、PQ与传送带运动方向垂直,MN与PQ间的距离为d,磁场的磁感应强度 大小为B。线框质量为m,电阻值为R,边长为L(d>2L),线框与传送带间的动摩 擦因数为μ,重力加速度为g。闭合线框的上边在进入磁场前线框相对传送带
2.如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ=30°的斜面上,导轨电 阻不计,间距L=0.4 m。导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ,两区域的边界与斜 面的交线为MN,Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下,Ⅱ中的匀强磁场方向垂 直斜面向上,两磁场的磁感应强度大小均为B=0.5 T。在区域Ⅰ中,将质量m1= 0.1 kg、电阻R1=0.1 Ω的金属条ab放在导轨上,ab刚好不下滑。然后,在区域 Ⅱ中将质量m2=0.4 kg、电阻R2=0.1 Ω的光滑导体棒cd置于导轨上,由静止开 始下滑。cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中,ab、cd始终与导轨垂直 且两端与导轨保持良好接触,取g=10 m/s2。问:
 (1)cd下滑的过程中,ab中的电流方向;(2)ab刚要向上滑动时,cd的速度v多大;(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中,cd滑动的距离x=3.8 m,此过程 中ab上产生的热量Q是多少。
考点三　电磁感应中的“动量”观点 真空管道超高速列车的动力系统是一种将电能直接 转换成平动动能的装置。图1是某种动力系统的简化模型,图中粗实线表示 固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨,电阻忽略不计。ab和cd是 两根与导轨垂直、长度均为l、电阻均为R的金属棒,通过绝缘材料固定在列 车底部,并与导轨良好接触,其间距也为l,列车的总质量为m。列车启动前, ab、cd处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下,如
图1所示。为使列车启动,需在M、N间连接电动势为E的直流电源,电源内阻及导线电阻忽略不计。列车启动后电源自动关闭。
(1)要使列车向右运行,启动时图1中M、N哪个接电源正极,并简要说明理由;(2)求刚接通电源时列车加速度a的大小;(3)列车减速时,需在前方设置如图2所示的一系列磁感应强度为B的匀强磁场 区域,磁场宽度和相邻磁场间距均大于l。若某时刻列车的速度为v0,此时ab、 cd均在无磁场区域,试讨论:要使列车停下来,前方至少需要多少块这样的有 界磁场?
1.两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离 为L,导轨上面横放着两根导体棒ab和cd,构成矩形回路,如图所示。两根导体 棒的质量都为m,电阻都为R,回路其余电阻不计。在整个导轨平面内存在竖 直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为B。设两导体棒均可沿导轨无摩擦滑 动。开始时,棒cd静止,棒ab有指向棒cd的初速度v0。若两导体棒在运动中始 终不接触,求:
2.如图所示,金属杆a在离地h高处从静止开始沿弧形轨道下滑,导轨平行的水 平部分有竖直向上的磁感应强度大小为B的匀强磁场,水平部分导轨上原来 放有一根金属杆b,已知杆a的质量为m,杆b的质量为 m,水平导轨足够长,不计摩擦,求:(1)a和b的最终速度分别是多大;(2)从开始到达到最终速度的整个过程中回路释放的电能是多少。