2019年高考物理大一轮复习微专题14电磁感应中的动力学和能量问题课件新人教版201804243195.ppt

电磁感应 第 十 章 微专题 14 　电磁感应中的动力学 和能量问题 栏 目 导 航 命题点一 电磁感应中的动力学问题　 命题点二 电磁感应中能量问题 　 模拟演练 · 稳基提能 1 ．题型简述： 感应电流在磁场中受到安培力的作用，因此电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起．解决这类问题需要综合应用电磁感应规律 ( 法拉第电磁感应定律、楞次定律 ) 及力学中的有关规律 ( 共点力的平衡条件、牛顿运动定律、动能定理等 ) ． 2 ．两种状态及处理方法 电磁感应中的动力学问题 状态 特征 处理方法 平衡态 加速度为零 根据平衡条件列式分析 非平衡态 加速度不为零 根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系进行分析 3 ．动态分析的基本思路 解决这类问题的关键是通过运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度最大值或最小值的条件．具体思路如下： 对金属棒正确进行受力分析和运动过程分析是解题的关键． 如图，两个倾角均为 θ ＝ 37° 的绝缘斜面，顶端相同，斜面上分别固定着一个光滑的不计电阻的 U 型导轨，导轨宽度都是 L ＝ 1 ． 0 m ，底边分别与开关 S 1 、 S 2 连接，导轨上分别放置一根和底边平行的金属棒 a 和 b ， a 的电阻 R 1 ＝ 10 ． 0 Ω 、质量 m 1 ＝ 2 ． 0 kg ， b 的电阻 R 2 ＝ 8 ． 0 Ω 、质量 m 2 ＝ 1 ． 0 kg.U 型导轨所在空间分别存在着垂直斜面向上的匀强磁场，大小分别为 B 1 ＝ 1 ． 0 T ， B 2 ＝ 2 ． 0 T ，轻细绝缘线绕过斜面顶端很小的光滑定滑轮连接两金属棒的中点，细线与斜面平行，两导轨足够长， sin 37° ＝ 0.6 ， cos 37° ＝ 0.8 ， g ＝ 10 ． 0 m/s 2 ． 开始时，开关 S 1 、 S 2 都断开，轻细绝缘线绷紧，金属棒 a 和 b 在外力作用下处于静止状态．求： (1) 撤去外力，两金属棒的加速度多大？ (2) 同时闭合开关 S 1 、 S 2 ，求金属棒 a 、 b 运动过程中达到的最大速度？ 答案： (1)0.5 A 　由 B 到 A 　 (2) 是　 4 m/s 2 　 (3)0.75 J AC 　 2 ．如图 1 所示，两相距 L ＝ 0.5 m 的平行金属导轨固定于水平面上，导轨左端与阻值 R ＝ 2 Ω 的电阻连接，导轨间虚线右侧存在垂直导轨平面的匀强磁场．质量 m ＝ 0.2 kg 的金属杆垂直置于导轨上，与导轨接触良好，导轨与金属杆的电阻可忽略．杆在水平向右的恒定拉力作用下由静止开始运动，并始终与导轨垂直，其 v － t 图象如图 2 所示．在 15 s 末时撤去拉力，同时使磁场随时间变化，从而保持回路磁通量不变，杆中电流为零．求： (1) 金属杆所受拉力的大小 F ； (2)0 － 15 s 内匀强磁场的磁感应强度大小； (3) 撤去恒定拉力之后，磁感应强度随时间的变化规律． 3 ． (2016· 全国甲卷 ) 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． t 0 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 ．题型简述： 电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程，而能量的转化是通过安培力做功来实现的．安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程；外力克服安培力做功的过程，则是其他形式的能转化为电能的过程． 2 ．解题的一般步骤 (1) 确定研究对象 ( 导体棒或回路 ) ； (2) 弄清电磁感应过程中，哪些力做功，哪些形式的能量相互转化； (3) 根据能量守恒定律或功能关系列式求解． 电磁感应中能量问题 3 ．求解电能应分清两类情况 (1) 若回路中电流恒定，可以利用电路结构及 W ＝ UIt 或 Q ＝ I 2 Rt 直接进行计算． (2) 若电流变化，则 ① 利用安培力做功求解：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，则减少的机械能等于产生的电能． 能量转化问题的分析程序：先电后力再能量 如图所示，倾角 30° 的光滑倾斜导体轨道 ( 足够长 ) 与光滑水平导体轨道连接，轨道宽度均为 L ＝ 1 m ，电阻忽略不计．匀强磁场 Ⅰ 仅分布在水平轨道平面所在区域，方向水平向右，大小 B 1 ＝ 1 T ；匀强磁场 Ⅱ 仅分布在倾斜轨道平面所在区域，方向垂直于倾斜轨道平面向下，大小 B 2 ＝ 1 T ．现将两质量均为 m ＝ 0.2 kg ，电阻均为 R ＝ 0.5 Ω 的相同导体棒 ab 和 cd ，垂直于轨道分别置于水平轨道上和倾斜轨道上，并同时由静止释放．取 g ＝ 10 m/s 2 ． (1) 求导体棒 cd 沿斜轨道下滑的最大速度的大小； (2) 若已知从开始运动到 cd 棒达到最大速度的过程中， ab 棒产生的焦耳热 Q ＝ 0.45 J ，求该过程中通过 cd 棒横截面的电荷量； (3) 若已知 cd 棒开始运动时距水平轨道高度 h ＝ 10 m ， cd 棒由静止释放后，为使 cd 棒中无感应电流，可让磁场 Ⅱ 的磁感应强度随时间变化，将 cd 棒开始运动的时刻记为 t ＝ 0 ，此时磁场 Ⅱ 的磁感应强度为 B 0 ＝ 1 T ，试求 cd 棒在倾斜轨道上下滑的这段时间内，磁场 Ⅱ 的磁感应强度 B 随时间 t 变化的关系式． (1) 杆 a 在斜轨道上运动的时间； (2) 杆 a 在水平轨道上运动过程中通过其截面的电量； (3) 在整个运动过程中杆 b 产生的焦耳热． 4 ． (2018· 东北三省四市教研联合体模拟考试 ) ( 多选 ) 如图所示，平行导轨放在斜面上，匀强磁场垂直于斜面向上，恒力 F 拉动金属杆 ab 从静止开始沿导轨向上滑动，接触良好，导轨光滑．从静止开始到 ab 杆达到最大速度的过程中，恒力 F 做功为 W ， ab 杆克服重力做功为 W 1 ， ab 杆克服安培力做功为 W 2 ， ab 杆动能的增加量为 Δ E k ，电路中产生的焦耳热为 Q ， ab 杆重力势能增加量为 Δ E p ，则 ( 　　 ) A ． W ＝ Q ＋ W 1 ＋ W 2 ＋ Δ E k ＋ Δ E p B ． W ＝ Q ＋ W 1 ＋ W 2 ＋ Δ E k C ． W ＝ Q ＋ Δ E k ＋ Δ E p D ． W 2 ＝ Q ， W 1 ＝ Δ E p CD 　 解析： 功是能量转化的量度，做功的过程就是能量转化的过程．力 F 做的功导致内能的增加、杆动能的增加和重力势能的增加，所以有 W ＝ Q ＋ Δ E k ＋ Δ E p ，选项 AB 错误， C 正确；克服重力做的功等于杆重力势能的增加量，即 W 1 ＝ Δ E p ，克服安培力做的功等于电路产生的焦耳热，即 W 2 ＝ Q ，选项 D 正确． B 　 6 ．如图，足够长的光滑平行导轨水平放置，电阻不计， MN 部分的宽度为 2 l ， PQ 部分的宽度为 l ，金属棒 a 和 b 的质量 m a ＝ 2 m b ＝ 2 m ，其电阻大小 R a ＝ 2 R b ＝ 2 R ， a 和 b 分别在 MN 和 PQ 上，垂直导轨相距足够远，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感强度为 B ，开始 a 棒向右速度为 v 0 ， b 棒静止，两棒运动时始终保持平行且 a 总在 MN 上运动， b 总在 PQ 上运动，求 a 、 b 最终的速度． 谢 谢 观 看