《廣東省高中物理第一輪總復習 第10章第4講電磁感應規(guī)律與力學規(guī)律的綜合應用 粵教版 新課標》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《廣東省高中物理第一輪總復習 第10章第4講電磁感應規(guī)律與力學規(guī)律的綜合應用 粵教版 新課標（29頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、1.電磁感應規(guī)律與牛頓運動規(guī)律的綜合問題.從導體在磁場中的受力情況和運動狀態(tài)入手，當導體在磁場中受的安培力發(fā)生變化時，導致導體所受合外力發(fā)生變化，進而導致加速度、速度等發(fā)生變化.而速度的變化又反過來影響安培力的變化.周而復始可能使導體達到穩(wěn)定狀態(tài).2.用功能觀點分析電磁感應問題.電磁感應的過程通常對應著機械能、電能、內(nèi)能間的轉(zhuǎn)化.注意結(jié)合能量守恒定律、功能原理和動能定理分析問題. 主題(1)電磁感應中的動力學問題 光滑的平行金屬導軌長L=2.0m，兩導軌間距離d=0.5m，導軌平面與圖圖10-4-1水平面的夾角為水平面的夾角為=30，導軌上端接一阻值為，導軌上端接一阻值為R=0.5的電阻，其余

2、電阻不計，軌道所在空間的電阻，其余電阻不計，軌道所在空間有垂直軌道平面的勻強磁場，磁感應強度有垂直軌道平面的勻強磁場，磁感應強度B=1T，如圖如圖10-4-1所示所示. 有一不計電阻、質(zhì)量為m=0.5kg的金屬棒ab，放在導軌最上端且與導軌垂直.當金屬棒ab由靜止開始自由下滑到底端脫離軌道的過程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量為Q=1J，g=10m/s2，則： (1)指出金屬棒ab中感應電流的方向. (2)棒在下滑的過程中達到的最大速度是多少？ (3)當棒的速度為v=2m/s時，它的加速度是多大？ (1)由右手定則，棒中感應電流方向由b指向a. (2)棒做加速度逐漸減小的變加速運動，棒到達底端時速度最大

3、，由能量守恒定律得 mgLsin=+Q，解得vm=4m/s (3)當棒的速度為v時，感應電動勢E=Bdv212mmv感應電動勢運動分析感應電動勢運動分析 感應電流 棒所受安培力F=BId= 當棒的速度為v=2m/s時，F(xiàn)=1N 由牛頓第二定律得mgsin-F=ma 解得棒的加速度a=3m/s2 棒做變加速運動,加速度是變化的，要抓住特殊狀態(tài)求解.EIR 22B d vR注意受力分析的完整性注意受力分析的完整性. 如圖10-4-2所示，abcd為質(zhì)量M=2kg的導軌，放在光滑絕緣的水平面圖圖10-4-2上，另有一根重量上，另有一根重量m=0.6kg的金屬棒的金屬棒PQ平行于平行于bc放在水平導軌

4、放在水平導軌上，上，PQ棒左邊靠著絕緣的豎直立柱棒左邊靠著絕緣的豎直立柱ef(豎直立柱光滑，且固定豎直立柱光滑，且固定不動不動)，導軌處于勻強磁場中，磁場以，導軌處于勻強磁場中，磁場以OO為界，左側(cè)的磁場方為界，左側(cè)的磁場方向豎直向上，右側(cè)的磁場方向水平向右，磁感應強度向豎直向上，右側(cè)的磁場方向水平向右，磁感應強度B大小都大小都為為0.8T. 導軌的bc段長L=0.5m，其電阻r=0.4，金屬棒PQ的電阻R=0.2，其余電阻均可不計.金屬棒與導軌間的動摩擦因數(shù)=0.2.若在導軌上作用一個方向向左、大小為F=2N的水平拉力，設導軌足夠長，重力加速度g取10m/s2，試求： (1)導軌運動的最大加

5、速度； (2)導軌的最大速度； (3)定性畫出回路中感應電流隨時間變化的圖線. 導軌在外力作用下向左加速運動，由于切割磁感線，在回路中要產(chǎn)生感應電流，導軌的bc邊及金屬棒PQ均要受到安培力作用.PQ棒受到的支持力要隨電流的變化而變化，導軌受到PQ棒的摩擦力也要變化，因此導軌的加速度要發(fā)生改變.導軌向左切割磁感線時，感應電動勢E=BLv 感應電流 即 EIRr BLvIRr 導軌受到向右的安培力F1=BIL，金屬棒PQ受到向上的安培力F2=BIL，導軌受到PQ棒對它的摩擦力f=(mg-BIL)， 根據(jù)牛頓第二定律，有 F-BIL-(mg-BIL)=Ma (1)當剛拉動導軌時，v=0，由式可知I=

6、0時有最大加速度am，即20.4m/smFmgaM (2)隨著導軌速度v增大感應電流I增大而加速度a減小，當a=0時，導軌有最大速度vm，從式可得 F-(1-)BImL-mg=0 將Im=2.5A代入式，得2.5(1)mFmgIABL 3.75/mIRrvmm sBL (3)從剛拉動導軌開始計時，t=0時，v=0，I=0， 當t=t1時，v達到最大，I達到2.5A，電流I隨時間t的變化圖線如圖所示. 主題(2) 電磁感應中的動量問題 圖圖10-4-3 (雙選雙選)如圖如圖10-4-3所示，所示，兩根足夠長的固定平行金屬光兩根足夠長的固定平行金屬光滑導軌位于同一水平面上，導滑導軌位于同一水平面上

7、，導軌上橫放著兩根相同的導體棒軌上橫放著兩根相同的導體棒ab、cd與導軌構與導軌構成矩形回路成矩形回路.導體棒的兩端連接著處于壓縮狀態(tài)的兩根導體棒的兩端連接著處于壓縮狀態(tài)的兩根輕質(zhì)彈簧，兩棒的中間用細線綁住，它們的電阻均為輕質(zhì)彈簧，兩棒的中間用細線綁住，它們的電阻均為R，回路上其余部分的電阻不計，在導軌平面內(nèi)兩導，回路上其余部分的電阻不計，在導軌平面內(nèi)兩導軌間有一豎直向下的勻強磁場軌間有一豎直向下的勻強磁場. 開始時，導體棒處于靜止狀態(tài).剪斷細線后，導體棒在運動過程中() A.回路中有感應電動勢 B.兩根導體棒所受安培力的方向相同 C.兩根導體棒和彈簧構成的系統(tǒng)動量守恒，機械能守恒 D.兩根導

8、體棒和彈簧構成的系統(tǒng)動量守恒，機械能不守恒 左右兩棒所受安培力大小相等方向相反,該系統(tǒng)所受合外力為零，系統(tǒng)動量守恒.而此例中不是只有彈力做功，故機械能不守恒.選AD.AD圖圖10-4-4 (單選單選)如圖如圖10441044所示，質(zhì)量所示，質(zhì)量為為M M的條形磁鐵與質(zhì)量為的條形磁鐵與質(zhì)量為m m的鋁環(huán)，都的鋁環(huán)，都靜止在光滑的水平面上，當在極短的靜止在光滑的水平面上，當在極短的時間內(nèi)給鋁環(huán)以水平向右的沖量時間內(nèi)給鋁環(huán)以水平向右的沖量I I，使，使環(huán)向右運動，則下列說法不正確的是環(huán)向右運動，則下列說法不正確的是( () )A在鋁環(huán)向右運動的過程中磁鐵也向右運動在鋁環(huán)向右運動的過程中磁鐵也向右運動

9、B磁鐵運動的最大速度為磁鐵運動的最大速度為I/(M+m)C鋁環(huán)在運動過程中，能量最小值為鋁環(huán)在運動過程中，能量最小值為mI2/2(M+m)2D鋁環(huán)在運動過程中最多能產(chǎn)生的熱量為鋁環(huán)在運動過程中最多能產(chǎn)生的熱量為I2/2mD主題(3)電磁感應中的能量問題如圖10-4-5所示，固定的水平光滑金屬導軌，間距為L，左端接有阻值為R圖圖10-4-5的電阻，處在方向豎直向下、磁感應強度為的電阻，處在方向豎直向下、磁感應強度為B的勻強磁場中，的勻強磁場中，質(zhì)量為質(zhì)量為m的導體棒與固定彈簧相連，放在導軌上，導軌與導的導體棒與固定彈簧相連，放在導軌上，導軌與導體棒的電阻均可忽略體棒的電阻均可忽略.初始時刻，彈簧

10、恰處于自然長度，導體初始時刻，彈簧恰處于自然長度，導體棒具有水平向右的初速度棒具有水平向右的初速度v0. 在沿導軌往復運動的過程中，導體棒始終與導軌垂直并保持良好接觸. (1)求初始時刻導體棒受到的安培力; (2)若導體棒從初始時刻到速度第一次為零時，彈簧的彈性勢能為Ep，則這一過程中安培力所做的功W1和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q1分別為多少？ (3)導體棒往復運動，最終將靜止于何處？從導體棒開始運動直到最終靜止的過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q為多少？ 感應電動勢功能原理 導體棒以初速度v0做切割磁感線運動而產(chǎn)生感應電動勢，回路中的感應電流使導體棒受到安培力的作用安培力做功使系統(tǒng)機械能減少，最終將

11、全部機械能轉(zhuǎn)化為電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱.由平衡條件知，棒最終靜止時，彈簧的彈力為零，即此時彈簧處于初始的原長狀態(tài). (1)初始時刻棒中感應電動勢E=BLv0 棒中感應電流I= 作用于棒上的安培力F=BIL 聯(lián)立，得 ，安培力方向：水平向左 (2)由功和能的關系，得安培力做功 電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱ER220L v BFR 21012pWEmv12012pQmvE (3)由能量轉(zhuǎn)化及平衡條件等，可判斷：棒最終靜止于初始位置， 安培力做功使系統(tǒng)機械能減少，最終將全部機械能轉(zhuǎn)化為電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱.2012Qmv 如圖10-4-6所示，將邊長為a、質(zhì)量為m、電阻為R的正方形導線框豎直向上拋出，穿過寬度

12、為b、磁感應強度為B的勻強磁場，磁場的方向垂直紙面向里.線框向上離開磁場時的速度剛好是進入磁場時圖圖10-4-6速度的一半，線框離開磁場后繼續(xù)上升一段高速度的一半，線框離開磁場后繼續(xù)上升一段高度，然后落下并勻速進入磁場度，然后落下并勻速進入磁場.整個運動過程整個運動過程中始終存在著大小恒定的空氣阻力中始終存在著大小恒定的空氣阻力f，且線框，且線框不發(fā)生轉(zhuǎn)動不發(fā)生轉(zhuǎn)動.求：(1)線框在下落階段勻速進入磁場時的速度v2；(2)線框在上升階段剛離開磁場時的速度v1；(3)線框在上升階段通過磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱Q.由題意可知線框在磁場中一直是做變速直線運動.所以對整個過程只能由能的觀點求解.(1)若

13、線框在下落階段能勻速地進入磁場，則線框在進入磁場的過程中受力平衡，則據(jù)平衡條件可知線框在進入磁場瞬間有：，解得：222B a vmgfR 222mgf RvB a (2)線框從離開磁場至上升到最高點過程中據(jù)動能定理有： 線框從最高點回落至進入磁場前瞬間的過程據(jù)動能定理有： 聯(lián)立可解得：，代入可得： 2112mgf hmv 2212mgf hmv12mgfvvmgf 22122RvmgfB a (3)設線框進入磁場的速度為v0，則線框在向上通過磁場過程中要克服重力、空氣阻力及安培力做功，而克服安培力做功的量即是此過程中產(chǎn)生電能的量，也即是產(chǎn)生的熱量Q，根據(jù)能量守恒定律有： 又由題可知v0=2v1

14、 解得： 220111()22mvmvQmgfab， 2443()2m mgfmgf RQmg baB a圖圖10-4-7 電阻為電阻為R的矩形線框的矩形線框abcd，邊長，邊長ab=L，ad=h，質(zhì)，質(zhì)量為量為m，自某一高度自由落下，自某一高度自由落下，通過一勻強磁場，磁場方向垂通過一勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里，磁場區(qū)域的寬度直紙面向里，磁場區(qū)域的寬度為為h，如圖，如圖10-4-7所示，若線框所示，若線框恰好以恒定速度通過磁場，線恰好以恒定速度通過磁場，線框 中 產(chǎn) 生 的 焦 耳 熱 是框 中 產(chǎn) 生 的 焦 耳 熱 是_(不考慮空氣阻力不考慮空氣阻力) 線框通過磁場的過程中，線框通過磁場的過程中，動能不變根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒，動能不變根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒，重力對線框所做的功全部轉(zhuǎn)化為線重力對線框所做的功全部轉(zhuǎn)化為線框中感應電流的電能，最后又全部框中感應電流的電能，最后又全部轉(zhuǎn)化為焦耳熱所以，線框通過磁轉(zhuǎn)化為焦耳熱所以，線框通過磁場 過 程 中 產(chǎn) 生 的 焦 耳 熱 為場 過 程 中 產(chǎn) 生 的 焦 耳 熱 為Q=WG=mg2h=2mgh.2mgh