2024年高考物理第一轮复习课件：章末提升 核心素养提升(十)

这是一份2024年高考物理第一轮复习课件：章末提升 核心素养提升(十)，共41页。PPT课件主要包含了答案C，答案B，答案D等内容，欢迎下载使用。
一　电磁感应中含容电路问题模型(一)无外力充电式单导体棒模型
【例1】　如图甲所示，水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ，两导轨间距为l，电阻均可忽略不计。在M和P之间接有阻值为R的定值电阻，导体杆ab质量为m、电阻为r，并与导轨接触良好。整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。现给杆ab一个初速度v0，使杆向右运动，则(　　)
D．在C选项中，杆稳定后a点电势低于b点电势
(二)无外力放电式单导体棒模型
【例2】　电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度，其原理可用来研制新武器和航天运载器。电磁轨道炮示意如图，图中直流电源电动势为E，电容器的电容为C。两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距离为l，电阻不计。炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属棒MN，垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨良好接触。首先开关S接1，使电容器完全充电。然后将S接至2，导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为B的匀强磁场(图中未画出)，MN开始向右加速运动。当MN上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时，回路中电流为零，MN达到最大速度，之后离开导轨。求：
(1)磁场的方向；(2)MN刚开始运动时加速度a的大小；(3)MN离开导轨后电容器上剩余的电荷量Q是多少。
由牛顿第二定律，有F＝ma③
(三)有外力充电式单导体棒模型　如图所示，轨道水平光滑，单杆ab质量为m，有效电阻为r，两导轨间距为L，拉力F恒定。设金属棒运动的速度大小为v，则感应电动势为E＝BLv (1)经过Δt时间金属棒速度为v＋Δv，此时感应电动势E′＝BL(v＋Δv) (2)Δt时间内流入电容器的电荷量Δq＝CΔU＝C(E′－E)＝CBLΔv (3)
【例3】　 如图所示，间距为L的两根平行光滑导轨竖直放置，导轨间接有电容器C，装置处于垂直轨道平面的匀强磁场B中，质量为m、电阻为R的金属杆ab接在两导轨之间并由静止释放，ab下落过程中始终保持与导轨接触良好，设导轨足够长，电阻不计，下列说法正确的是 (　　)
【例4】　如图所示，足够长的两平行光滑水平直导轨的间距为L，导轨电阻不计，垂直于导轨平面有磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场；导轨左端接有电容为C的电容器、开关S和定值电阻R；质量为m的金属棒垂直于导轨静止放置，两导轨间金属棒的电阻为r。初始时开关S断开，电容器两极板间的电压为U。闭合开关S，金属棒运动，金属棒与导轨始终垂直且接触良好。下列说法正确的是(　　)
二　情境化主题突破[情境展示]　生活实践、科技生产中的很多问题与电磁感应相关，如安全逃生装置、电磁炉、电子秤、电磁卡、电磁焊接术、磁电式速度传感器、真空管道超高速列车、磁悬浮列车、电磁轨道炮、电磁驱动、电磁阻尼等各种实际应用模型。
[情境链接](一)电磁感应在工业中的应用1．下列图中的设备或元件没有利用涡流的是(　　)
A．探测贵重金属的探测器 B．变压器中用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯C．用来冶炼合金钢的真空冶炼炉D．磁电式仪表的线圈用铝框做骨架解析：金属探测器、真空冶炼炉都是利用涡流现象工作的，磁电式仪表利用涡流能让指针快速稳定，也是利用涡流现象，变压器中用硅钢片是为了防止涡流。
(二)电磁阻力2．某星球表面0～200 km高度范围内，水平方向磁场的磁感应强度大小随高度由60 T均匀减小至10 T，为使航天器能在星球表面安全降落，可以利用电磁阻力来减小航天器下落速度。若在航天器上固定一边长为1 m的正方形闭合线圈，航天器竖直降落时线圈平面始终与磁场垂直，上下两边始终处于水平状态，为使航天器速度为1 km/s时产生的电磁阻力(只对该闭合线圈产生的作用力)为1 000 N，则线圈电阻的阻值R为(　　)
A．2．5×10－14 Ω　　　　B．5×10－11 ΩC．6．25×10－8 Ω D．1×10－5 Ω
(三)智能道闸系统3．(2022·浙江“七彩阳光”联考)某小区进口处的智能道闸系统如图甲所示，其简化示意图如图乙所示，两个车辆检测器的电感线圈分别铺设在自动栏杆前、后的地面下，检测器内部的电容器与电感线圈构成LC振荡电路，振荡电流如图丙所示。当汽车接近或离开线圈时，使线圈的自感系数发生变化，从而引起振荡电路中的电流频率发生变化，车辆检测器检测到这个变化就发出电信号，“通知”车牌识别器对车辆身份进行鉴别，然后控制自动栏杆抬起或落下。下列说法正确的是(　　)
A．图丙中，t1时刻电容器两端电压为零B．图丙中，t3～t4时间内，电容器上的电荷量增加C．汽车接近线圈时，线圈的自感系数增大，振荡电流的频率降低D．汽车离开线圈时，线圈的自感系数增大，振荡电流的频率升高解析：图丙中，0～t1时间内电流在减小，说明电容器在充电，t1时刻充电结束，电容器两端电压为最大值，故A错误；t3～t4时间内电流在增大，说明电容器在放电，电荷量减少，故B错误；汽车上有很多钢铁，当汽车接近线圈时，相当于给线圈增加了铁芯，所以线圈的自感系
(四)安全逃生装置4．依附建筑物架设的磁力缓降高楼安全逃生装置如图甲所示，具有操作简单、无需电能、逃生高度不受限制、下降速度可调、可控等优点。该装置原理可等效为：间距l＝0．5 m的两根竖直导轨上部连通，人和磁体固定在一起沿导轨共同下滑，磁体产生磁感应强度B＝0．2 T的匀强磁场，人和磁体所经位置处可等效为有一固定导体棒cd与导轨相连，整个装置总电阻始终为R，如图乙所示。在某次逃生试验中，质量M1＝80 kg的测试者利用该装置以v1＝1．5 m/s的速度匀速下降，已知与人一起下滑部分装置的质量m＝20 kg，重力加速度g取10 m/s2，且本次试验过程中恰好没有摩擦。
(1)判断导体棒cd中电流的方向。(2)总电阻R为多大？(3)要使一个质量M2＝100 kg的测试者利用该装置以v1＝1．5 m/s的速度匀速下滑，其所受摩擦力为多大？(4)保持第(3)问中的摩擦力不变，让质量M2＝100 kg的测试者从静止开始下滑，测试者的加速度将会如何变化？当其速度为v2＝0．78 m/s时，加速度为多大？要想在随后一小段时间内保持加速度不变，必须调控摩擦力，请写出摩擦力大小随速度变化的表达式。