《導(dǎo)學(xué)教程高考物理總復(fù)習(xí) 第九章 電磁感應(yīng) 第四節(jié) 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題課件 新人教版》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《導(dǎo)學(xué)教程高考物理總復(fù)習(xí) 第九章 電磁感應(yīng) 第四節(jié) 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題課件 新人教版（61頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第四節(jié)電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題考點一電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題1兩類典型運動(1)恒定動力作用下的變加速直線運動當導(dǎo)體棒受恒定的動力作用而做切割磁感線運動時，由于感應(yīng)電流的存在導(dǎo)體棒所受的安培力與導(dǎo)體棒運動的速度、加速度密切聯(lián)系，導(dǎo)體棒需經(jīng)歷一個動態(tài)變化過程，再趨于穩(wěn)定狀態(tài)。課堂互動課堂互動考點突破考點突破2電磁感應(yīng)綜合問題的分析思路電磁感應(yīng)中導(dǎo)體棒既可視為電學(xué)對象(因為它相當于電源)，又可視為力學(xué)對象(因為感應(yīng)電流的存在而受到安培力)，而感應(yīng)電流I和導(dǎo)體棒的速度v則是聯(lián)系這兩大對象的紐帶：3動態(tài)分析的基本思路解決這類問題的關(guān)鍵是通過運動狀態(tài)的分析，尋找過程中的臨界狀態(tài)，如速度、加速度求最大值

2、或最小值的條件。具體思路如下：考向考向1導(dǎo)體棒在恒定動力作用下的加速直線運動導(dǎo)體棒在恒定動力作用下的加速直線運動例例1 (2014江蘇單科江蘇單科)如圖如圖941所示，在勻所示，在勻強磁場中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為強磁場中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為L，長為長為3d，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為，在導(dǎo)軌的中，在導(dǎo)軌的中部刷有一段長為部刷有一段長為d的薄絕緣涂層。勻強磁場的磁感應(yīng)的薄絕緣涂層。勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為強度大小為B，方向與導(dǎo)軌平面垂直。質(zhì)量為，方向與導(dǎo)軌平面垂直。質(zhì)量為m的導(dǎo)的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌的頂端由靜止釋放，在滑上涂層之前已體棒從導(dǎo)軌的頂端由靜

3、止釋放，在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運動，并一直勻速滑到導(dǎo)軌底端。導(dǎo)體棒經(jīng)做勻速運動，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)始終與導(dǎo)軌垂直，且僅與涂層間有摩擦，接在兩導(dǎo)軌間的電阻為軌間的電阻為R，其他部分的電阻均不計，重力加速，其他部分的電阻均不計，重力加速度為度為g。求：。求：圖圖941(1)導(dǎo)體棒與涂層間的動摩擦因數(shù)導(dǎo)體棒與涂層間的動摩擦因數(shù)；(2)導(dǎo)體棒勻速運動的速度大小導(dǎo)體棒勻速運動的速度大小v；(3)整個運動過程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱整個運動過程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q。考向考向2導(dǎo)體棒在變化動力作用下的變加速直線導(dǎo)體棒在變化動力作用下的變加速直線運動運動

4、例例2如圖如圖942甲所示，平行金屬導(dǎo)軌甲所示，平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ光滑且足夠長，固定在同一水平面上，兩導(dǎo)軌間光滑且足夠長，固定在同一水平面上，兩導(dǎo)軌間距距L0.25 m，電阻，電阻R0.5 ，導(dǎo)軌上停放一質(zhì)量，導(dǎo)軌上停放一質(zhì)量m0.1 kg、電阻、電阻r0.1 的金屬桿，導(dǎo)軌電阻可忽略的金屬桿，導(dǎo)軌電阻可忽略不計，整個裝置處于磁感應(yīng)強度不計，整個裝置處于磁感應(yīng)強度B0.4 T的勻強磁場的勻強磁場中，磁場方向豎直向下，現(xiàn)用一外力中，磁場方向豎直向下，現(xiàn)用一外力F沿水平方向拉沿水平方向拉金屬桿，使其由靜止開始運動，理想電壓表的示數(shù)金屬桿，使其由靜止開始運動，理想電壓表的示數(shù)U隨時間隨時間t變化

5、的關(guān)系如圖乙所示。變化的關(guān)系如圖乙所示。圖圖942(1)分析證明金屬桿做勻加速直線運動；分析證明金屬桿做勻加速直線運動；(2)求金屬桿運動的加速度；求金屬桿運動的加速度；(3)寫出外力寫出外力F隨時間變化的表達式；隨時間變化的表達式；(4)求第求第2.5 s末外力末外力F的瞬時功率。的瞬時功率。答案答案(1)見解析見解析(2)2.4 m/s2(3) F(0.04t0.24)N(4)2.04 W規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)用用“四步法四步法”分析電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題分析電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題解決電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題的一般思路是解決電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題的一般思路是“先電后力先電后力”，具體思路如下：，具

6、體思路如下：2電能求解的三種思路(1)利用克服安培力求解：電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功；(2)利用能量守恒或功能關(guān)系求解；(3)利用電路特征來求解：通過電路中所產(chǎn)生的電能來計算。3解題的一般步驟(1)確定研究對象(導(dǎo)體棒或回路)；(2)弄清電磁感應(yīng)過程中，哪些力做功，哪些形式的能量相互轉(zhuǎn)化；(3)根據(jù)能量守恒定律列式求解?？枷蚩枷?恒定的感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量恒定的感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量 例例3(2015海南單科海南單科)如圖如圖943所示，兩平所示，兩平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面上，相距行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面上，相距l(xiāng)，左端與一電，左端與一電阻阻R相連；整個系統(tǒng)置于勻強磁場中，磁感應(yīng)強

7、度大相連；整個系統(tǒng)置于勻強磁場中，磁感應(yīng)強度大小為小為B，方向豎直向下。一質(zhì)量為，方向豎直向下。一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒置于導(dǎo)的導(dǎo)體棒置于導(dǎo)軌上，在水平外力作用下沿導(dǎo)軌以速率軌上，在水平外力作用下沿導(dǎo)軌以速率v勻速向右滑勻速向右滑動，滑動過程中始終保持與導(dǎo)軌垂直并接觸良好。動，滑動過程中始終保持與導(dǎo)軌垂直并接觸良好。已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為，重力加速度，重力加速度大小為大小為g，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略。求，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略。求圖圖943 (1)電阻電阻R消耗的功率：消耗的功率：(2)水平外力的大小。水平外力的大小。答案答案見解析見解析考向考向2變

8、化的感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量變化的感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量 例例4 (2014天津理綜天津理綜)如圖如圖944所示，兩所示，兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角30的斜面的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計，間距上，導(dǎo)軌電阻不計，間距L0.4 m，導(dǎo)軌所在空間被，導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域分成區(qū)域和和，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN。中的勻強磁場方向垂直斜面向下，中的勻強磁場方向垂直斜面向下，中的勻強磁中的勻強磁場方向垂直斜面向上，兩磁場的磁感應(yīng)強度大小均場方向垂直斜面向上，兩磁場的磁感應(yīng)強度大小均為為B0.5 T。在區(qū)域。在區(qū)域中，將質(zhì)量中，將質(zhì)量m10.1 kg

9、，電阻，電阻R1 0.1 的金屬條的金屬條ab放在導(dǎo)軌上，放在導(dǎo)軌上，ab剛好不下滑。剛好不下滑。然后，在區(qū)域然后，在區(qū)域中將質(zhì)量中將質(zhì)量m20.4 kg，電阻，電阻R20.1 的光滑導(dǎo)體棒的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上，由靜止開始下滑。置于導(dǎo)軌上，由靜止開始下滑。cd在在滑動過程中始終處于區(qū)域滑動過程中始終處于區(qū)域的磁場中，的磁場中，ab、cd始終與始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸，取導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸，取g10 m/s2。問：問：圖圖944(1)cd下滑的過程中，下滑的過程中，ab中的電流方向；中的電流方向；(2)ab剛要向上滑動時，剛要向上滑動時，cd的速度的速度v多大；

10、多大；(3)從從cd開始下滑到開始下滑到ab剛要向上滑動的過程中，剛要向上滑動的過程中，cd滑動的距離滑動的距離x3.8 m，此過程中，此過程中ab上產(chǎn)生的熱量上產(chǎn)生的熱量Q是多少。是多少。答案答案(1)由由a流向流向b(2)5 m/s(3)1.3 J規(guī)律總結(jié)求解電能應(yīng)分清兩類情況(1)若回路中電流恒定，可以利用電路結(jié)構(gòu)及WUIt或QI2Rt直接進行計算。(2)若電流變化，則：利用安培力做的功求解：電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功；利用能量守恒求解：若只有電能與機械能的轉(zhuǎn)化，則機械能的減少量等于產(chǎn)生的電能?？键c三電磁感應(yīng)中的單桿模型考點三電磁感應(yīng)中的單桿模型(物理模型物理模型)單桿模

11、型是電磁感應(yīng)中常見的物理模型，此類題目單桿模型是電磁感應(yīng)中常見的物理模型，此類題目所給的物理情景一般是導(dǎo)體棒垂直切割磁感線，在安培所給的物理情景一般是導(dǎo)體棒垂直切割磁感線，在安培力、重力、拉力作用下的變加速直線運動或勻速直線運力、重力、拉力作用下的變加速直線運動或勻速直線運動，所涉及的知識有牛頓運動定律、功能關(guān)系、能量守動，所涉及的知識有牛頓運動定律、功能關(guān)系、能量守恒定律等。此類題目的分析要抓住三點：桿的穩(wěn)定狀恒定律等。此類題目的分析要抓住三點：桿的穩(wěn)定狀態(tài)一般是勻速運動態(tài)一般是勻速運動(達到最大速度或最小速度，此時合達到最大速度或最小速度，此時合力為零力為零) )。整個電路產(chǎn)生的電能等于克

12、服安培力所整個電路產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功。做的功。電磁感應(yīng)現(xiàn)象遵從能量守恒定律。如圖電磁感應(yīng)現(xiàn)象遵從能量守恒定律。如圖945甲，導(dǎo)體棒甲，導(dǎo)體棒ab從磁場上方從磁場上方h處自由釋放，當進處自由釋放，當進入磁場后，其速度隨時間的可能變化情況有三種，入磁場后，其速度隨時間的可能變化情況有三種，如圖乙，全過程其能量轉(zhuǎn)化情況是重力勢能轉(zhuǎn)化為如圖乙，全過程其能量轉(zhuǎn)化情況是重力勢能轉(zhuǎn)化為動能和電能，電能再進一步轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體棒和電阻動能和電能，電能再進一步轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體棒和電阻R的的內(nèi)能。內(nèi)能。圖圖945雙桿類題目可分為兩種情況：一是雙桿類題目可分為兩種情況：一是“假雙桿假雙桿”，甲桿靜止不動。乙桿運動

13、，其實質(zhì)是單桿問題，不甲桿靜止不動。乙桿運動，其實質(zhì)是單桿問題，不過要注意題目包含著一個條件：甲桿靜止、受力平過要注意題目包含著一個條件：甲桿靜止、受力平衡，另一種情況是兩桿都在運動，對于這種情況。衡，另一種情況是兩桿都在運動，對于這種情況。要注意兩桿切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是相加還要注意兩桿切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是相加還是相減。是相減。線框進入磁場和離開磁場的過程和單桿的運動線框進入磁場和離開磁場的過程和單桿的運動情況相同，在磁場中運動的過程與雙桿的運動情況情況相同，在磁場中運動的過程與雙桿的運動情況相同。相同。單桿模型中常見的情況及處理方法v00v00示示意意圖圖單桿單桿ab以一定初

14、速度以一定初速度v0在光滑水平軌道上在光滑水平軌道上滑動，質(zhì)量為滑動，質(zhì)量為m，電，電阻不計，兩導(dǎo)軌間距阻不計，兩導(dǎo)軌間距為為L軌道水平光滑，單桿軌道水平光滑，單桿ab質(zhì)量為質(zhì)量為m，電阻不，電阻不計，兩導(dǎo)軌間距為計，兩導(dǎo)軌間距為L軌道水平光滑，單軌道水平光滑，單桿桿ab質(zhì)量為質(zhì)量為m，電，電阻不計，兩導(dǎo)軌間阻不計，兩導(dǎo)軌間距為距為L，拉力，拉力F恒恒定定軌道水平光滑，單軌道水平光滑，單桿桿ab質(zhì)量為質(zhì)量為m，電，電阻不計，兩導(dǎo)軌間阻不計，兩導(dǎo)軌間距為距為L，拉力，拉力F恒定恒定例例5 (15分分)如圖如圖946所示，兩根質(zhì)量同為所示，兩根質(zhì)量同為m、電阻同為、電阻同為R、長度同為、長度同為l

15、的導(dǎo)體棒，用兩條等長的、的導(dǎo)體棒，用兩條等長的、質(zhì)量和電阻均可忽略的長直導(dǎo)線連接后，放在距地質(zhì)量和電阻均可忽略的長直導(dǎo)線連接后，放在距地面足夠高的光滑絕緣水平桌面上，兩根導(dǎo)體棒均與面足夠高的光滑絕緣水平桌面上，兩根導(dǎo)體棒均與桌邊緣平行，一根在桌面上另一根移動到靠在桌桌邊緣平行，一根在桌面上另一根移動到靠在桌子的光滑絕緣側(cè)面上。整個空間存在水平向右的勻子的光滑絕緣側(cè)面上。整個空間存在水平向右的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為強磁場，磁感應(yīng)強度為B。開始時兩棒靜止，自由釋。開始時兩棒靜止，自由釋放后開始運動。已知兩條導(dǎo)線除桌邊緣拐彎處外其放后開始運動。已知兩條導(dǎo)線除桌邊緣拐彎處外其余部位均處于伸直狀態(tài)，導(dǎo)線

16、與桌子側(cè)棱間無摩擦。余部位均處于伸直狀態(tài)，導(dǎo)線與桌子側(cè)棱間無摩擦。求：求：圖圖946 (1)剛釋放時，導(dǎo)體棒的加速度大?。?2)導(dǎo)體棒運動穩(wěn)定時的速度大??；(3)若從開始下滑到剛穩(wěn)定時通過橫截面的電荷量為q。求該過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱。1 (2015江蘇單科江蘇單科)如圖如圖947所示，用天平所示，用天平測量勻強磁場的磁感應(yīng)強度。下列各選項所示的載測量勻強磁場的磁感應(yīng)強度。下列各選項所示的載流線圈匝數(shù)相同，邊長流線圈匝數(shù)相同，邊長MN相等，將它們分別掛在天相等，將它們分別掛在天平的右臂下方。線圈中通有大小相同的電流，天平平的右臂下方。線圈中通有大小相同的電流，天平處于平衡狀態(tài)。若磁場發(fā)生微小變

17、化，天平最容易處于平衡狀態(tài)。若磁場發(fā)生微小變化，天平最容易失去平衡的是失去平衡的是隨堂鞏固課后訓(xùn)練課后訓(xùn)練能力達標能力達標圖圖947解析解析天平處于平衡狀態(tài)，說明線圈受到的重天平處于平衡狀態(tài)，說明線圈受到的重力和安培力的合力等于兩側(cè)砝碼重力差，根據(jù)安培力和安培力的合力等于兩側(cè)砝碼重力差，根據(jù)安培力公式力公式FBIL，知選項，知選項A中線圈在磁場中有效長度中線圈在磁場中有效長度最大，所受安培力最大，磁場發(fā)生微小變化，安培最大，所受安培力最大，磁場發(fā)生微小變化，安培力變化最大，天平最容易失去平衡，選項力變化最大，天平最容易失去平衡，選項A符合題意。符合題意。答案答案A2 (2013安徽理綜安徽理綜

18、)如圖如圖948所示，足夠長所示，足夠長平行金屬導(dǎo)軌傾斜放置，傾角為平行金屬導(dǎo)軌傾斜放置，傾角為37，寬度為，寬度為0.5 m，電阻忽略不計，其上端接一小燈泡，電阻為電阻忽略不計，其上端接一小燈泡，電阻為1 。一。一導(dǎo)體棒導(dǎo)體棒MN垂直于導(dǎo)軌放置，質(zhì)量為垂直于導(dǎo)軌放置，質(zhì)量為0.2 kg，接入電，接入電路的電阻為路的電阻為1 ，兩端與導(dǎo)軌接觸良好，與導(dǎo)軌間的，兩端與導(dǎo)軌接觸良好，與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為動摩擦因數(shù)為0.5。在導(dǎo)軌間存在著垂直于導(dǎo)軌平面。在導(dǎo)軌間存在著垂直于導(dǎo)軌平面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為0.8 T。將導(dǎo)體棒。將導(dǎo)體棒MN由靜由靜止釋放，運動一段時間后，小燈

19、泡穩(wěn)定發(fā)光，此后止釋放，運動一段時間后，小燈泡穩(wěn)定發(fā)光，此后導(dǎo)體棒導(dǎo)體棒MN的運動速度以及小燈泡消耗的電功率分別的運動速度以及小燈泡消耗的電功率分別為為(重力加速度重力加速度g取取10 m/s2，sin 370.6)圖圖948A2.5 m/s1 WB5 m/s1 WC7.5 m/s9 W D15 m/s9 W答案B3(多選多選) (2016南京模擬南京模擬)如圖如圖949所示，相所示，相距為距為L的兩條足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌與水平面的的兩條足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌與水平面的夾角為夾角為，上端接有定值電阻，上端接有定值電阻R，勻強磁場垂直于導(dǎo)，勻強磁場垂直于導(dǎo)軌平面，磁感應(yīng)強度為軌平面，磁感應(yīng)

20、強度為B。將質(zhì)量為。將質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒由靜的導(dǎo)體棒由靜止釋放，當速度達到止釋放，當速度達到v時開始勻速運動，此時對導(dǎo)體時開始勻速運動，此時對導(dǎo)體棒施加一平行于導(dǎo)軌向下的拉力，并保持拉力的功棒施加一平行于導(dǎo)軌向下的拉力，并保持拉力的功率恒為率恒為P，導(dǎo)體棒最終以，導(dǎo)體棒最終以2v的速度勻速運動。導(dǎo)體棒的速度勻速運動。導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，不計導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，不計導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻，重力加速度為電阻，重力加速度為g。下列選項正確的是。下列選項正確的是圖圖949答案AC4如圖如圖9410所示，兩光滑平行金屬導(dǎo)軌間所示，兩光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為距為L，直導(dǎo)線，直導(dǎo)線M

21、N垂直跨在導(dǎo)軌上，且與導(dǎo)軌接觸垂直跨在導(dǎo)軌上，且與導(dǎo)軌接觸良好，整個裝置處在垂直于紙面向里的勻強磁場中，良好，整個裝置處在垂直于紙面向里的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為磁感應(yīng)強度為B。電容器的電容為。電容器的電容為C，除電阻，除電阻R外，外，導(dǎo)軌和導(dǎo)線的電阻均不計?，F(xiàn)給導(dǎo)線導(dǎo)軌和導(dǎo)線的電阻均不計。現(xiàn)給導(dǎo)線MN一初速度，一初速度，使導(dǎo)線使導(dǎo)線MN向右運動，當電路穩(wěn)定后，向右運動，當電路穩(wěn)定后，MN以速度以速度v向向右做勻速運動時右做勻速運動時圖圖9410解析解析當導(dǎo)線當導(dǎo)線MN勻速向右運動時，導(dǎo)線勻速向右運動時，導(dǎo)線MN產(chǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢恒定，穩(wěn)定后，電容器既不充電也生的感應(yīng)電動勢恒定，穩(wěn)定后，電容器既不充電也不放電，無電流產(chǎn)生，故電阻兩端沒有電壓，電容不放電，無電流產(chǎn)生，故電阻兩端沒有電壓，電容器兩極板間的電壓為器兩極板間的電壓為UEBLv，所帶電荷量，所帶電荷量QCU CBLCBLv，故，故A、B錯，錯，C對；對；MN勻速運動時，因勻速運動時，因無電流而不受安培力，故拉力為零，無電流而不受安培力，故拉力為零，D錯。錯。答案答案C