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江苏省南通市通州区金沙中学2016届高考物理一轮复习学案电磁感应中的动力学与能量问题(无答案)

第 10 章 要点导学 电磁感应中的动力学与能量问题(3 课时) 要点一:电磁感应的动力学问题 1. 两种状态处理 (1) 导体处于平衡态——静止或匀速直线运动状态 处理方法:根据平衡条件合外力等于零列式分析. (2) 导体处于非平衡态——加速度不为零 处理方法:根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析. 2. 电磁感应问题中两大研究对象及其相互制约关系 【典题演示1】 (2014·中华中学)如图甲所示,相距L=0.5 m、电阻不计的两根长金属 导轨,各有一部分在同一水平面上,另一部分沿竖直平面.质量均为m=50 g、电阻均为 R=1.0 Ω 的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路,杆与导轨之间的动摩擦因数 μ =0.5.整个装置处于磁感应强度大小B=1.0 T、方向竖直向上的匀强磁场中.当ab杆在 水平拉力F作用下沿导轨向右运动时,从t=0时刻开始释放cd杆,cd杆的vcd-t图象如图乙 所示(在0~1 s和2~3 s内,图线为直线). (1) 在0~1 s内,ab杆做什么运动? (2) 在t=1 s时,ab杆的速度为多少? (3) 已知1~2 s内,ab杆做匀加速直线运动,求这段时间内拉力F随时间变化的函数方 程. 甲 乙 小结: 练习1:(2014·盐城中学)如图所示,一个刚性矩形铜制线圈从高处自由下落,进入一水 平的匀强磁场区域,然后穿出磁场区域继续下落.则( ) A. 若线圈进入磁场过程是匀速运动,则离开磁场过程也是匀速运动 B. 若线圈进入磁场过程是加速运动,则离开磁场过程也是加速运动 C. 若线圈进入磁场过程是减速运动,则离开磁场过程也是减速运动 D. 若线圈进入磁场过程是减速运动,则离开磁场过程是加速运动 【典题演示2】 (2014·盐城三模)如图所示,两根电阻忽略不计、互相平行的光滑金属 导轨竖直放置,相距L=1m,在水平虚线间有与导轨所在平面垂直的匀强磁场,磁感应强度 B=0.5T,磁场区域的高度d=1m,导体棒a的质量ma=0.2kg、电阻Ra=1Ω ;导体棒b的质量 mb=0.1kg、电阻Rb=1.5Ω .它们分别从图中M、N处同时由静止开始在导轨上无摩擦向下滑 动,b匀速穿过磁场区域,且当b刚穿出磁场时a正好进入磁场,重力加速度取g=10m/s2,不 计a、b棒之间的相互作用,导体棒始终与导轨垂直且与导轨接触良好.求: (1) b棒穿过磁场区域过程中克服安培力所做的功. (2) a棒刚进入磁场时两端的电势差. (3) 保持a棒以进入磁场时的加速度做匀变速运动,对a棒施加的外力随时间的变化 关系. 小结: 练习2:(改编题)如图所示,两根电阻不计的光滑金属导轨竖直放置,导轨上端接电阻R, 宽度相同的水平条形区域Ⅰ和Ⅱ内有方向垂直导轨平面向里的匀强磁场B,Ⅰ和Ⅱ之间 无磁场.一导体棒两端套在导轨上,并与两导轨始终保持良好接触,导体棒从距区域Ⅰ上 边界H处由静止释放,刚进入区域Ⅰ时做减速运动.在穿过两段磁场区域的过程中,流过 电阻R上的电流及其变化情况相同.下面四个图象能定性描述导体棒速度大小与时间关 系的是 ( ) A B C D 电磁感应的能量问题 1. 电磁感应中的能量转化特点 外力克服安培力做功,把机械能或其他能量转化成电能;感应电流通过电路做功又 把电能转化成其他形式的能(如内能).这一功能转化途径可表示为: 2. 电能求解思路主要有三种. (1) 利用克服安培力求解: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:其他形式的能的减少量等于产生的电能. (3) 利用电路特征来求解:通过电路中所产生的电能来计算. 【典题演示3】 (2014·江苏)如图所示,在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨,导轨 间距为L,长为3d,导轨平面与水平面的夹角为θ ,在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘 涂层.匀强磁场的磁感应强度大小为B,方向与导轨平面垂直.质量为m的导体棒从导轨的 顶端由静止释放,在滑上涂层之前已经做匀速运动,并一直匀速滑到导轨底端.导体棒始 终与导轨垂直,且仅与涂层间有摩擦,接在两导轨间的电阻为R,其他部分的电阻均不计, 重力加速度为g.求: (1) 导体棒与涂层间的动摩擦因数μ . (2) 导体棒匀速运动的速度大小v. (3) 整个运动过程中,电阻产生的焦耳热Q. 小结: 练习3:(2014·南京三模)如图所示,相距为L的两条足够长光滑平行金属导轨固定在水 平面上,导轨由两种材料组成,PG右侧部分单位长度电阻为r0,且PQ=QH=GH=L,PG左侧导轨 与导体棒电阻均不计.整个导轨处于匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下,磁感应 强度为B、 质量为m的导体棒AC在恒力F作用下从静止开始运动,在到达PG之前导体棒AC已 经匀速. (1) 求当导体棒匀速运动时回路中的电流. (2) 若导体棒运动到PQ中点时速度大小为v1,试计算此时导体棒的加速度. (3) 若导体棒初始位置与PG相距为d,运动到QH位置时速度大小为v2,试计算整个过程回 路中产生的焦耳热. 【典题演示4】 (2014·宿迁、徐州三模)如图所示,POQ是折成60°角的固定于竖 直平面内的光滑金属导轨,导轨关于竖直轴线对称,OP=OQ=L.整个装置处在垂直导轨平 面向里的足够大的匀强磁场中,磁感应强度随时间变化规律为B=B0-kt(其中k为大于0的 常数).一质量为m、长为L、电阻为R、粗细均匀的导体棒锁定于OP、OQ的中点a、b位置. 1 当磁感应强度变为 2 B0后保持不变,同时将导体棒解除锁定,导体棒向下运动,离开导轨 时的速度为v.导体棒与导轨始终保持良好接触,导轨电阻不计,重力加速度为g.求导体 棒: (1) 解除锁定前回路中电流的大小及方向. (2) 滑到导轨末端时的加速度大小. (3) 运动过程中产生的焦耳热. 小结: (2014·海安中学)如图所示,空间区域存在方向水平的匀强磁场,磁场方向垂直

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