電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)及能量問題

1、精品文檔第 4 課時(shí)(小專題 )電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問題突破一電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題1所用知識及規(guī)律(1)安培力的大小由感應(yīng)電動(dòng)勢 E BLv，感應(yīng)電流 IE和安培力公式 F BIL 得 F B2L2v。RR(2)安培力的方向判斷(3)牛頓第二定律及功能關(guān)系2導(dǎo)體的兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(1)導(dǎo)體的平衡狀態(tài) 靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(2)導(dǎo)體的非平衡狀態(tài) 加速度不為零。3常見的解題流程如下【典例 1】如圖 1 所示，光滑斜面的傾角30°，在斜面上放置一矩形線框abcd，ab 邊的邊長 l 11 m， bc 邊的邊長 l20.6 m，線框的質(zhì)量 m1 kg，電阻R0.1 ，線框通過細(xì)線與

2、重物相連， 重物質(zhì)量 M2 kg，斜面上 ef(efgh)的右方有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場， 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B0.5 T，如果線框從靜止開始運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入磁場的最初一段時(shí)間做勻速運(yùn)動(dòng)， ef 和 gh 的距離 s11.4 m，(取 g 10 m/s2)，求：.精品文檔圖 1(1)線框進(jìn)入磁場前重物的加速度；(2)線框進(jìn)入磁場時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)的速度v；(3)ab 邊由靜止開始到運(yùn)動(dòng)到gh 處所用的時(shí)間 t；(4)ab 邊運(yùn)動(dòng)到 gh 處的速度大小及在線框由靜止開始運(yùn)動(dòng)到gh 處的整個(gè)過程中產(chǎn)生的焦耳熱?！咀兪接?xùn)練】1如圖 2 所示， MN、 PQ 為足夠長的平行金屬導(dǎo)軌，間距L0.50 m，導(dǎo)軌平面與水平面間

3、夾角37°，N、Q 間連接一個(gè)電阻R5.0 ，勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌平面向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1.0 T。將一根質(zhì)量為 m 0.050 kg 的金屬棒放在導(dǎo)軌的 ab 位置，金屬棒及導(dǎo)軌的電阻不計(jì)?，F(xiàn)由靜止釋放金屬棒，金屬棒沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌垂直，且與導(dǎo)軌接觸良好。 已知金屬棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.50，當(dāng)金屬棒滑行至cd 處時(shí)，其速度大小開始保持不變，位置cd 與 ab 之間的距離 s2.0 m。已知 g10 m/s2，sin 37 °0.60，cos 37 °0.80。求：圖 2(1)金屬棒沿導(dǎo)軌開始下滑時(shí)的加速度大??；(2)金屬棒到達(dá) cd 處的速度大

4、??；(3)金屬棒由位置 ab 運(yùn)動(dòng)到 cd 的過程中，電阻 R 產(chǎn)生的熱量。突破二電磁感應(yīng)中的能量問題1電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化.g10 m/s2，問：精品文檔2求解焦耳熱 Q 的三種方法3解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問題的一般步驟(1)在電磁感應(yīng)中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源。(2)分析清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化。(3)根據(jù)能量守恒列方程求解?！镜淅?2】(2014 ·天津卷， 11)如圖 3 所示，兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角 30°的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，間距L0.4 m。導(dǎo)軌所在空間被

5、分成區(qū)域和，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN，中的勻強(qiáng)磁場方向垂直斜面向下，中的勻強(qiáng)磁場方向垂直斜面向上， 兩磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B0.5 T。在區(qū)域中，將質(zhì)量 m10.1 kg，電阻 R10.1 的金屬條 ab 放在導(dǎo)軌上， ab剛好不下滑。然后，在區(qū)域中將質(zhì)量m2，電阻20.1的光滑導(dǎo)體0.4 kgR棒 cd 置于導(dǎo)軌上，由靜止開始下滑。 cd 在滑動(dòng)過程中始終處于區(qū)域的磁場中，ab、cd 始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸，取圖 3(1)cd 下滑的過程中， ab 中的電流方向；(2)ab 剛要向上滑動(dòng)時(shí)， cd 的速度 v 多大；(3)從 cd 開始下滑到 ab 剛要向上滑動(dòng)的過

6、程中，cd 滑動(dòng)的距離 s3.8 m，此過程中 ab 上產(chǎn)生的熱量 Q 是多少。【變式訓(xùn)練】.精品文檔2(多選 )如圖 4 所示，粗糙的平行金屬導(dǎo)軌傾斜放置， 導(dǎo)軌電阻不計(jì)，頂端 QQ之間連接一個(gè)阻值為R 的電阻和開關(guān) S，底端 PP處與一小段水平軌道相連，有勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌平面。斷開開關(guān)S，將一根質(zhì)量為m、長為 l 的金屬棒從AA處由靜止開始滑下，落在水平面上的FF處；閉合開關(guān)S，將金屬棒仍從AA處由靜止開始滑下，落在水平面上的EE處；開關(guān)S 仍閉合，金屬棒從CC處 (圖中沒畫出 )由靜止開始滑下，仍落在水平面上的EE處。 (忽略金屬棒經(jīng)過 PP處的能量損失 )測得相關(guān)數(shù)據(jù)如圖所示，下列說

7、法正確的是()圖 42x1gA S 斷開時(shí)，金屬棒沿導(dǎo)軌下滑的加速度為2hsgBS 閉合時(shí)，金屬棒剛離開軌道時(shí)的速度為x22hmg22C電阻 R 上產(chǎn)生的熱量 Q 4h (x1x2)D CC一定在 AA的上方答案BC突破三電磁感應(yīng)中的 “ 桿導(dǎo)軌 ”模型1模型構(gòu)建“桿導(dǎo)軌”模型是電磁感應(yīng)問題高考命題的“基本道具”，也是高考的熱點(diǎn)，考查的知識點(diǎn)多，題目的綜合性強(qiáng)， 物理情景變化空間大， 是我們復(fù)習(xí)中的難點(diǎn)?！皸U導(dǎo)軌”模型又分為“單桿”型和“雙桿”型(“單桿”型為重點(diǎn) )；導(dǎo)軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜；桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為勻速、勻變速、非勻變速運(yùn)動(dòng)等。2模型分類及特點(diǎn)(1)單桿水平式.精品文檔

8、物理模型動(dòng)態(tài)分析收尾狀態(tài)(2)單桿傾斜式物理模型動(dòng)態(tài)分析FB2L2v設(shè)運(yùn)動(dòng)過程中某時(shí)刻棒的速度為v，加速度為 a m mR ，BLva、v 同向，隨 v 的增加， a 減小，當(dāng) a0 時(shí)，v 最大，I R恒定運(yùn)動(dòng)形式勻速直線運(yùn)動(dòng)力學(xué)特征a0v 恒定不變電學(xué)特征I 恒定E棒釋放后下滑，此時(shí)agsin ，速度 vEBLvI R FBIL a，當(dāng)安培力 Fmgsin 時(shí)， a0，v 最大運(yùn)動(dòng)形式勻速直線運(yùn)動(dòng)收尾狀態(tài)力學(xué)特征mgRsin a0 v 最大 vm22B L電學(xué)特征I 恒定【典例 3】(2014 ·江蘇卷， 13)如圖 5 所示，在勻強(qiáng)磁場中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為 L，

9、長為 3d，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為，在導(dǎo)軌的中部刷有一段長為 d 的薄絕緣涂層。 勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與導(dǎo)軌平面垂直。質(zhì)量為 m 的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌的頂端由靜止釋放，在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運(yùn)動(dòng)，并一直勻速滑到導(dǎo)軌底端。 導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直， 且僅與涂層間有摩擦，接在兩導(dǎo)軌間的電阻為 R，其他部分的電阻均不計(jì)，重力加速度為 g。求：.精品文檔圖 5(1)導(dǎo)體棒與涂層間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(2)導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小v；(3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q。用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)、能量觀點(diǎn)解答電磁感應(yīng)問題的一般步驟【變式訓(xùn)練】3如圖 6 甲，電阻不計(jì)的軌道 MON 與 PRQ 平行放置， O

10、N 及 RQ 與水平面的傾角 53°，MO 及 PR 部分的勻強(qiáng)磁場豎直向下， ON 及 RQ 部分的磁場平行軌道向下，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同， 兩根相同的導(dǎo)體棒 ab 和 cd 分別放置在導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直并始終接觸良好。棒的質(zhì)量m1.0 kg，R1.0 ，長度 L 1.0 m 與導(dǎo)軌間距相同， 棒與導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù) 0.5，現(xiàn)對 ab 棒施加一個(gè)方向水向右，按圖乙規(guī)律變化的力 F，同時(shí)由靜止釋放 cd 棒，則 ab 棒做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)， g 取 10 m/s2。.精品文檔圖 6(1)求 ab 棒的加速度大?。?2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的大?。?3)若已知在前 2 s

11、內(nèi) F 做功 W 30 J，求前 2 s 內(nèi)電路產(chǎn)生的焦耳熱；(4)求 cd 棒達(dá)到最大速度所需的時(shí)間。1.(多選 )如圖 7 所示，質(zhì)量為3m 的重物與一質(zhì)量為m 的線框用一根絕緣細(xì)線連接起來，掛在兩個(gè)高度相同的定滑輪上，已知線框的橫邊邊長為 L，水平方向勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B，磁場上下邊界的距離、線框豎直邊長均為 h。初始時(shí)刻，磁場的下邊緣和線框上邊緣的高度差為 2h，將重物從靜止開始釋放，線框上邊緣剛進(jìn)磁場時(shí)，恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)，滑輪質(zhì)量、摩擦阻力均不計(jì)。則下列說法中正確的是 ()A線框進(jìn)入磁場時(shí)的速度為2ghB2L2B線框的電阻為 2mg2ghC線框通過磁場的過程中產(chǎn)生的熱量Q 2

12、mghD線框通過磁場的過程中產(chǎn)生的熱量Q 4mgh2CD、EF 是兩條水平放置的電阻可忽略的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為L，在水平導(dǎo)軌的左側(cè)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B，磁場區(qū)域的長度為d，如圖 8 所示。導(dǎo)軌的右端接有一電阻R，左端與一彎曲的光滑軌道平滑連接。將一阻值也為R 的導(dǎo)體棒從彎曲軌道上h 高處.精品文檔由靜止釋放，導(dǎo)體棒最終恰好停在磁場的右邊界處。已知導(dǎo)體棒與水平導(dǎo)軌接觸良好，且動(dòng)摩擦因數(shù)為，則下列說法中正確的是()圖 8Bd 2ghA電阻 R 的最大電流為RB流過電阻 R 的電荷量為BdLRC整個(gè)電路中產(chǎn)生的焦耳熱為mgh1D電阻 R 中產(chǎn)生的焦耳熱為2mg(h d)3如圖 9 甲所示，足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ 間距 L 0.3 m，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)，導(dǎo)軌與水平面夾角為 37°，其底端 N、Q 間連接有阻值 R0.8的定值電阻，頂端 M、P 間連接有一理想電壓表。開始時(shí)，導(dǎo)軌上靜置一質(zhì)量為m 0.01 kg、長為 L、電阻 r 0.4 的金屬桿 ab，金屬桿垂直導(dǎo)軌放置且與導(dǎo)軌接觸良好，整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為