【學(xué)海導(dǎo)航】高中物理第2輪復(fù)習(xí) 專題4 第3講 電磁感應(yīng)和力學(xué)綜合課件

第講3電磁感應(yīng)和力學(xué)綜合專題四電路和電磁感應(yīng)

1．電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題解決這類問題的關(guān)鍵在于通過運動狀態(tài)的分析來尋找過程中的臨界狀態(tài)，如速度、加速度取最大值或最小值的條件等，基本思路是：

2．電磁感應(yīng)中的能量、動量問題無論是使閉合回路的磁通量發(fā)生變化，還是使閉合回路的部分導(dǎo)體切割磁感線，都要消耗其他形式的能量，轉(zhuǎn)化為回路中的電能．這個過程不僅體現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)化，而且體現(xiàn)了能的守恒，使我們進一步認識包含電和磁在內(nèi)的能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律的普遍性．分析問題時，應(yīng)當(dāng)牢牢抓住能量守恒這一基本規(guī)律，分析清楚有哪些力做功，就可知道有哪些形式的能量參與了相互轉(zhuǎn)化，如有摩擦力做功，必然有內(nèi)能出現(xiàn)；重力做功，就可能有機械能參與轉(zhuǎn)化；安培力做負功就將其他形式能轉(zhuǎn)化為電能，做正功將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能；然后利用能量守恒列出方程求解．

3．“雙桿”類問題當(dāng)“雙桿”向相反方向做勻速運動時，相當(dāng)于兩個電池正向串聯(lián)；當(dāng)兩桿分別沿相同方向運動時，相當(dāng)于兩個電池反向串聯(lián)；“雙桿”在不等寬導(dǎo)軌上同向運動時，兩桿所受的安培力不等大反向，所以不能利用動量守恒定律解題．

4．電磁感應(yīng)中的一個重要推論——安培力的沖量公式感應(yīng)電流通過直導(dǎo)線時，直導(dǎo)線在磁場中要受到的安培力的作用，當(dāng)導(dǎo)線與磁場垂直時，安

類型一：電磁感應(yīng)中的動態(tài)分析【例1】(2011·天津)如圖4-3-1所示，兩根足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ間距為l=0.5m，其電阻不計，兩導(dǎo)軌及其構(gòu)成的平面均與水平面成30°角．完全相同的兩金屬棒ab、cd分別垂直導(dǎo)軌放置，每棒兩端都與導(dǎo)軌始終有良好接觸，已知兩棒質(zhì)量均為m=0.02kg，電阻均為R=0.1Ω，整個裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度B=0.2T，棒ab在平行于導(dǎo)軌向上的力F作用下，沿導(dǎo)軌向上勻速運動，而棒cd恰好能夠保持靜止．取g=10m/s2，問：(1)通過棒cd的電流I是多少，方向如何？(2)棒ab受到的力F多大？(3)棒cd每產(chǎn)生Q=0.1J的熱量，力F做的功W是多少？圖4-3-1【命題立意】本題考查電磁感應(yīng)、平衡及能量守恒問題．【解析】(1)棒cd受到的安培力Fcd=IlB①棒cd在共點力作用下平衡，則Fcd=mgsin30°②由①②式，代入數(shù)據(jù)得I=1A③根據(jù)楞次定律可知，棒cd中的電流方向由d至c④(2)棒ab與棒cd受到的安培力大小相等Fab=Fcd對棒ab，由共點力平衡知F=mgsin30°+IlB⑤代入數(shù)據(jù)解得F=0.2N⑥(3)設(shè)在時間t內(nèi)棒cd產(chǎn)生Q=0.1J熱量，由焦耳定律知Q=I2Rt⑦設(shè)棒ab勻速運動的速度大小為v，其產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=Blv⑧【變式題】如圖4-3--2所示，豎豎直平面面內(nèi)有一一半徑為為r、內(nèi)阻為為R1、粗細均均勻的光光滑半圓圓形金屬屬環(huán)，在在M、N處與相距距為2r、電阻不不計的平平行光滑滑金屬軌軌道ME、NF相接，EF之間接有有電阻R2，已知R1=12R，R2=4R.在MN上方及CD下方有水水平方向向的勻強強磁場Ⅰ和Ⅱ，磁感應(yīng)應(yīng)強度大大小均為為B.現(xiàn)有質(zhì)量量為m、電阻不不計的導(dǎo)導(dǎo)體棒ab，從半圓圓環(huán)的最最高點A處由靜止止下落，，在下落落過程中中導(dǎo)體棒棒始終保保持水平平，與半半圓形金金屬環(huán)及及軌道接接觸良好好，平行行軌道夠夠長．已已知導(dǎo)體體棒ab下落r/2時的速度度大小為為v1，下落到到MN處的速度度大小為為v2.(1)求導(dǎo)體棒棒ab從A下落r/2時的加速速度大小?。?2)若導(dǎo)體棒棒ab進入磁場場Ⅱ后棒中電電流大小小始終不不變，求求磁場Ⅰ和Ⅱ之間的距距離h和R2上的電功功率P2.(3)若將磁場場Ⅱ的CD邊界略微微下移，，導(dǎo)體棒圖4-3--2【解析】(1)以導(dǎo)體棒棒為研究究對象，，棒在磁磁場Ⅰ中切割磁磁感線，，棒中產(chǎn)產(chǎn)生感應(yīng)應(yīng)電動勢勢，導(dǎo)體體棒ab從A下落r/2時，導(dǎo)體棒在在重力與安培培力作用下做做加速運動，，由牛頓第二二定律，得類型二：電磁磁感應(yīng)中的能能量、動量問問題【例2】如圖4-3-3所示，兩根間間距為l(1)ab棒在N處進入磁場區(qū)區(qū)時棒中電流流是多少？(2)cd棒能達到的最最大速度是多多大？(3)cd棒由靜止到達達最大速度過過程中，系統(tǒng)統(tǒng)所能釋放的的熱量是多少少？圖4-3-3【解析】(1)ab棒由靜止從M滑下到N的過程中，只只有重力做功功，機械能守守恒，所以到到N處速度可求，，進而可求ab棒切割磁感線線時產(chǎn)生的感感應(yīng)電動勢和和回路中的感感應(yīng)電流．a(chǎn)b棒由M下滑到N過程中，機械械能守恒，故故有：【答案】

【規(guī)律方法總結(jié)結(jié)】在解決問題時時應(yīng)用了動量量守恒，能量量守恒等規(guī)律律．【變式題】(2011·鹽城中學(xué)二模模)渦流制動是磁磁懸浮列車在在高速運行時時進行制動的的一種方式．．某研究所制制成如圖4-3-4所示的車和軌軌道模型來定定量模擬磁懸懸浮列車的渦渦流制動過程程．車廂下端端安裝有電磁磁鐵系統(tǒng)，能能在長為L1=0.6m，寬L2=0.2m的矩形區(qū)域內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生豎直方方向的勻強磁磁場，磁感應(yīng)應(yīng)強度可隨車車速的減小而而自動增大(由車內(nèi)速度傳傳感器控制)，但最大不超超過B1=2T，將長大于L1，寬也為L2的單匝矩形線線圈，間隔鋪鋪設(shè)在軌道正正中央，其間間隔也為L2，每個線圈的的電阻為R1=0.1Ω，導(dǎo)線粗細忽忽略不計．在在某次實驗中中，模型車速速度為v0=20m/s時，啟動電磁磁鐵系統(tǒng)開始始制動，車立立即以加速度度a1=2m/s2做勻減速直線線運動，當(dāng)磁磁感應(yīng)強度增增加到B1時就保持不變變，直到模型型車停止運動動．已知模型型車的總質(zhì)量量為m1=36kg，空氣阻力不不計．不考慮慮磁感應(yīng)強度度的變化引起起的電磁感應(yīng)應(yīng)現(xiàn)象以及線線圈激發(fā)的磁磁場對電磁鐵鐵產(chǎn)生磁場的的影響．(1)試分析模型車車制動的原理理；(2)電磁鐵的磁感感應(yīng)強度達到到最大時，模型型車的速度為為多大．圖4-3-4【解析】(1)磁場對矩形線線圈有向右的的作用力，則則矩形線圈對對電磁鐵有向向左的作用力力，阻礙模型型車的運動．．類型三：電磁磁感應(yīng)中的““雙桿問題””【例3】(2011·海南)如圖4-3-5，ab和cd是兩條豎直放放置的長直光光滑金屬導(dǎo)軌軌，MN和M′N′是兩根用細線線連接的金屬屬桿，其質(zhì)量量分別為m和2m.豎直向上的外外力F作用在桿MN上，使兩桿水水平靜止，并并剛好與導(dǎo)軌軌接觸；兩桿桿的總電阻為為R，導(dǎo)軌間距為為l.整個裝置處在在磁感應(yīng)強度度為B的勻強磁場中中，磁場方向向與導(dǎo)軌所在在平面垂直．．導(dǎo)軌電阻可可忽略，重力力加速度為g.在t=0時刻將細線燒燒斷，保持F不變，金屬桿桿和導(dǎo)軌始終終接觸良好．．求(1)細線燒斷后，，任意時刻兩兩桿運動的速速度之比；(2)兩桿分別達到到的最大速度度．圖4-3-5【解析】設(shè)某時刻MN和M′N′速度分別為v1、v2.(1)MN和M′N′動量守恒：【變式題】磁懸浮列車是是一種高速運運載工具．它它具有兩個重重要系統(tǒng)：一一是懸浮系統(tǒng)統(tǒng)，利用磁力力使車體在導(dǎo)導(dǎo)軌上懸浮起起來；另一是是驅(qū)動系統(tǒng)，，在沿軌道上上安裝的三相相繞組中，通通上三相交流流電，產(chǎn)生隨隨時間和空間間做周期性變變化的磁場，，磁場與固連連在車體下端端的感應(yīng)金屬屬板相互作用用，使車體獲獲得牽引力．．圖4-3-6【解析】(1)磁場向-x方向運動，等等效金屬框向向+x方向運動．t=0時刻，金屬框框產(chǎn)生的電動動勢類型四：電磁磁感應(yīng)中的動動量定理的重重要應(yīng)用【例4】(2011·鹽城模擬)如圖4-3-7所示，寬度L=1.0m的光滑金屬框框架MNPQ固定于水平面面內(nèi)，以M為坐標原點，，MN方向為x軸正方向建立立坐標系，x、y軸與虛線所包包圍的有界勻勻強磁場磁感感應(yīng)強度大小小B=0.5T，方向豎直向向下．現(xiàn)將質(zhì)質(zhì)量m=0.1kg的金屬棒ab放在框架上，，與y軸重合，受到到F=0.7N的力作用后，，由靜止沿x軸方向運動，，經(jīng)0.5s通過AB，接著一直做做a=2m/s2的勻加速直線線運動．PM段電阻為1，其他部分電電阻不計．求求(1)金屬棒ab在通過AB后0.5m的過程中，框框架中產(chǎn)生的的焦耳熱；(2)金屬棒ab在通過AB后0.4s時，切割磁感感線產(chǎn)生的電電動勢；(3)金屬棒ab在剛開始運動動的0.5s內(nèi)，回路中流流過的電量．．圖4-3-7【解析】(1)金屬棒在勻加加速的過程中中，由牛頓第第二定律得：：F-F安=ma求得F安=0.5NWA=-F安x=-0.25JQ=-W安=0.25J(2)令金屬棒到達達AB時的瞬時速度度為v1,0.4s時棒的速度為F-FA=ma【變式題】光滑U型金屬框架寬寬為L，足夠長，其其上放一質(zhì)量量為m的金屬棒ab，左端連接有有一電容為C的電容器，現(xiàn)現(xiàn)給棒一個