2018年高考物理一轮复习专题九电磁感应中的动力学和能量问题精讲深剖20171102369.doc
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1、专题九 电磁感应中的动力学和能量问题【专题解读】1.本专题是动力学观点和能量观点在电磁感应中的综合应用,高考常以计算题的形式命题2学好本专题,可以极大培养同学们的分析能力、推理能力和规范表达的能力,针对性的专题强化,可以提升同学们解决电磁感应问题中最难问题的信心3用到的知识有:法拉第电磁感应定律、楞次定律、牛顿运动定律、共点力的平衡条件、动能定理、焦耳定律、能量守恒定律等考点精讲考向一电磁感应中的动力学问题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
2、、牛顿运动定律、动能定理等)2两种状态及处理方法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:【例1】如图1所示,两条相距l的光滑平行金属导轨位于同一水平面(纸面)内,其左端接一阻值为R的电阻;一与导轨垂直的金属棒置于两导轨上;在电阻、导轨和金属棒中间有一面积为S的区域,区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场,磁感应强度大小B1随时间t的变化关系为B1kt,式中k为常量;在金属棒右侧还有一匀强
3、磁场区域,区域左边界MN(虚线)与导轨垂直,磁场的磁感应强度大小为B0,方向也垂直于纸面向里某时刻,金属棒在一外加水平恒力的作用下从静止开始向右运动,在t0时刻恰好以速度v0越过MN,此后向右做匀速运动金属棒与导轨始终相互垂直并接触良好,它们的电阻均忽略不计求:图1(1)在t0到tt0时间间隔内,流过电阻的电荷量的绝对值;(2)在时刻t(tt0)穿过回路的总磁通量和金属棒所受外加水平恒力的大小【答案】(1)(2)B0lv0(tt0)kSt(B0lv0kS)匀强磁场穿过回路的磁通量为B0ls回路的总磁通量为阶梯练习1.(多选)如图2所示,两根足够长、电阻不计且相距L0.2 m的平行金属导轨固定在
4、倾角37的绝缘斜面上,顶端接有一盏额定电压U4 V的小灯泡,两导轨间有一磁感应强度大小B5 T、方向垂直斜面向上的匀强磁场今将一根长为L、质量为m0.2 kg、电阻r1.0 的金属棒垂直于导轨放置在顶端附近无初速度释放,金属棒与导轨接触良好,金属棒与导轨间的动摩擦因数0.25,已知金属棒下滑到速度稳定时,小灯泡恰能正常发光,重力加速度g取10 m/s2,sin 370.6,cos 370.8,则()图2A金属棒刚开始运动时的加速度大小为3 m/s2B金属棒刚开始运动时的加速度大小为4 m/s2C金属棒稳定下滑时的速度大小为9.6 m/sD金属棒稳定下滑时的速度大小为4.8 m/s【答案】BD【
5、解析】金属棒刚开始运动时初速度为零,不受安培力作用,由牛顿第二定律得mgsin mgcos ma,代入数据得a4 m/s2,故选项A错误,B正确;设金属棒稳定下滑时速度为v,感应电动势为E,回路中的电流为I,由平衡条件得mgsin BILmgcos ,由闭合电路欧姆定律得I,由法拉第电磁感应定律得EBLv,联立解得v4.8 m/s,故选项C错误,D正确2 (多选)两根足够长的平行光滑导轨竖直固定放置,顶端接一电阻R,导轨所在平面与匀强磁场垂直将一金属棒与下端固定的轻弹簧的上端拴接,金属棒和导轨接触良好,重力加速度为g,如图所示现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放,则()A金属棒在最低点的加速度小
6、于gB回路中产生的总热量等于金属棒重力势能的减少量C当弹簧弹力等于金属棒的重力时,金属棒下落速度最大D金属棒在以后运动过程中的最大高度一定低于静止释放时的高度【答案】AD3如图3所示,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t0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t0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.重力加速度大小为g.求:图3(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小;(2)电阻的
7、阻值【答案】(1)Blt0(g)(2)【解析】(1)设金属杆进入磁场前的加速度大小为a,由牛顿第二定律得Fmgma考向二电磁感应中的动力学和能量问题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WUIt或QI2Rt直接进行计
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- 2018 年高 物理 一轮 复习 专题 电磁感应 中的 动力学 能量 问题 精讲深剖 20171102369
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