2020届高考物理总复习教科版课件:第10章 电磁感应 专题讲座九 电磁感应的综合应用(二) .pdf
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1、专题讲座九 电磁感应的综合应用专题讲座九 电磁感应的综合应用( (二二) ) 核心探究核心探究 演练提升演练提升 核心探究核心探究 分类探究分类探究各个击破各个击破 考点一 电磁感应中的能量问题考点一 电磁感应中的能量问题 1.1.能量转化及焦耳热的求法能量转化及焦耳热的求法 (1)(1)能量转化能量转化 (2)(2)求解焦耳热求解焦耳热Q Q的三种方法的三种方法 2.2.解题的一般步骤解题的一般步骤 (1)(1)确定研究对象确定研究对象( (导体棒或回路导体棒或回路);); (2)(2)弄清电磁感应过程中弄清电磁感应过程中, ,哪些力做功哪些力做功, ,哪些形式的能量相互转化哪些形式的能量相
2、互转化; ; (3)(3)根据功能关系或能量守恒定律列式求解根据功能关系或能量守恒定律列式求解. . 【典例典例1 1】 (2016(2016浙江卷浙江卷,24),24)小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示, ,两根两根 平行金属导轨相距平行金属导轨相距l=0.50 m,l=0.50 m,倾角倾角=53=53, ,导轨上端串接一个导轨上端串接一个R=0.05 R=0.05 的电阻的电阻. . 在导轨间长在导轨间长d=0.56 md=0.56 m的区域内的区域内, ,存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场, ,磁感应磁感应 强
3、度强度B=2.0 T.B=2.0 T.质量质量m=4.0 kgm=4.0 kg的金属棒的金属棒CDCD水平置于导轨上水平置于导轨上, ,用绝缘绳索通过定滑用绝缘绳索通过定滑 轮与拉杆轮与拉杆GHGH相连相连.CD.CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距棒的初始位置与磁场区域的下边界相距s=0.24 m.s=0.24 m.一位健身一位健身 者用恒力者用恒力F=80 NF=80 N拉动拉动GHGH杆杆,CD,CD棒由静止开始运动棒由静止开始运动, ,上升过程中上升过程中CDCD棒始终保持与导棒始终保持与导 轨垂直轨垂直. .当当CDCD棒到达磁场上边界时健身者松手棒到达磁场上边界时健身者松手, ,
4、触发恢复装置使触发恢复装置使CDCD棒回到初始位棒回到初始位 置置( (重力加速度重力加速度g=10 m/sg=10 m/s2 2,sin 53,sin 53=0.8,=0.8,不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳 索的质量索的质量).).求求 (1)CD(1)CD棒进入磁场时速度棒进入磁场时速度v v的大小的大小; ; 核心点拨核心点拨 (1) (1)健身者用恒力拉杆所做的功用健身者用恒力拉杆所做的功用W=FxW=Fx求得求得.CD.CD棒进入磁场棒进入磁场 前重力和拉力做功前重力和拉力做功. . 答案答案: :(1)2.4 m/s(1)2.4 m/s (2)CD
5、(2)CD棒进入磁场时所受的安培力棒进入磁场时所受的安培力F FA A的大小的大小; ; 核心点拨核心点拨 (2) (2)确定确定CDCD棒在磁场中的运动性质棒在磁场中的运动性质. . 答案答案: :(2)48 N(2)48 N (3)(3)在拉升在拉升CDCD棒的过程中棒的过程中, ,健身者所做的功健身者所做的功W W和电阻产生的焦耳热和电阻产生的焦耳热Q.Q. 核心点拨核心点拨 (3) (3)由功能关系或焦耳定律求焦耳热由功能关系或焦耳定律求焦耳热. . 答案答案: :(3)64 J(3)64 J 26.8826.88 方法技巧方法技巧 求解电能应分清两类情况求解电能应分清两类情况 (1)
6、(1)若回路中电流恒定若回路中电流恒定, ,可以利用电路结构及可以利用电路结构及W=UItW=UIt或或Q=IQ=I2 2RtRt直接进行计算直接进行计算. . (2)(2)若电流变化若电流变化, ,则利用安培力做的功求解则利用安培力做的功求解: :电磁感应中产生的电能等于克服电磁感应中产生的电能等于克服 安培力所做的功安培力所做的功; ;利用能量守恒求解利用能量守恒求解: :若只有电能与机械能的转化若只有电能与机械能的转化, ,则机械能则机械能 的减少量等于产生的电能的减少量等于产生的电能. .利用功能关系求解利用功能关系求解: :若除重力、安培力做功外若除重力、安培力做功外, ,还还 有其
7、他力做功有其他力做功, ,则其他力做功等于增加的机械能和电能则其他力做功等于增加的机械能和电能. . 多维训练多维训练 BCBC 1.1. 用能量守恒求焦耳热用能量守恒求焦耳热 ( (多选多选) )两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一 水平面内水平面内, ,两导轨间的距离为两导轨间的距离为L,L,导轨上面横放着两根质量均为导轨上面横放着两根质量均为m,m,电阻均为电阻均为 R(R(其余部分电阻不计其余部分电阻不计) )的导体棒的导体棒abab和和cd,cd,构成矩形回路构成矩形回路. .在整个导轨平面内都在整个导轨平面内都 有竖直向上的磁感应强度为有竖直
8、向上的磁感应强度为B B的匀强磁场的匀强磁场, ,如图所示如图所示, ,设两导体棒均可沿导轨设两导体棒均可沿导轨 无摩擦滑行无摩擦滑行. .开始时开始时, ,棒棒cdcd静止静止, ,棒棒abab有指向棒有指向棒cdcd的初速度的初速度v v0 0, ,若两导体棒在运若两导体棒在运 动过程中始终不接触动过程中始终不接触, ,则则( ( ) ) A.A.棒棒ab,cdab,cd在运动过程中在运动过程中, ,回路中一定有感应电流回路中一定有感应电流 B.B.当棒当棒ab,cdab,cd的运动稳定后的运动稳定后, ,棒棒ab,cdab,cd有共同速度有共同速度v=v= C.C.在运动过程中在运动过程
9、中, ,产生的焦耳热最多为产生的焦耳热最多为Q=Q= D.D.在运动过程中在运动过程中, ,安培力对棒安培力对棒cdcd做的功数值上等于回路中的电能做的功数值上等于回路中的电能 0 2 v 2 0 4 mv 2.2. 用功能关系求焦耳热用功能关系求焦耳热 用密度为用密度为d d、电阻率为、电阻率为粗细均匀的金属导线制成粗细均匀的金属导线制成 两个闭合正方形线框两个闭合正方形线框M M和和N,N,边长均为边长均为L.L.线框线框M,NM,N的导线横截面积分别为的导线横截面积分别为 S S1 1,S,S2 2,S,S1 1SS2 2, ,如图所示如图所示. .均强磁场仅存在于相对磁极之间均强磁场仅
10、存在于相对磁极之间, ,磁感应强度大小为磁感应强度大小为B,B, 其他地方的磁场忽略不计其他地方的磁场忽略不计. .金属线框金属线框M M水平放在磁场上边界的狭缝间水平放在磁场上边界的狭缝间, ,线框平线框平 面与磁场方向平行面与磁场方向平行, ,开始运动时可认为开始运动时可认为M M的的aaaa边和边和bbbb边都处在磁场中边都处在磁场中. .线线 框框N N在线框在线框M M的正上方的正上方, ,与线框与线框M M相距为相距为h,h,两线框均从静止开始同时释放两线框均从静止开始同时释放, ,其平其平 面在下落过程中保持水平面在下落过程中保持水平, ,设磁场区域在竖直方向足够长设磁场区域在竖
11、直方向足够长, ,不计空气阻力及两不计空气阻力及两 线框间的相互作用线框间的相互作用. . (1)(1)求线框求线框N N刚进入磁场时产生的感应电流大小刚进入磁场时产生的感应电流大小; ; (2)(2)在下落过程中在下落过程中, ,若线框若线框N N恰能追上线框恰能追上线框M.M.追上时线框追上时线框M M下落高度为下落高度为H,H,追上追上 线框线框M M之前线框之前线框N N一直做减速运动一直做减速运动, ,求该过程中线框求该过程中线框N N产生的焦耳热产生的焦耳热; ; (3)(3)若将线框若将线框M,NM,N均由磁场上边界处先后释放均由磁场上边界处先后释放, ,释放的时间间隔为释放的时
12、间间隔为t,t,计算两线计算两线 框在运动过程中的最大距离框在运动过程中的最大距离. . 考点二 电磁感应中的动量问题考点二 电磁感应中的动量问题 电磁感应问题往往涉及牛顿定律、动量守恒、能量守恒、电路的分析和计算电磁感应问题往往涉及牛顿定律、动量守恒、能量守恒、电路的分析和计算 等许多方面的物理知识等许多方面的物理知识, ,试题常见的形式是导体棒切割磁感线试题常见的形式是导体棒切割磁感线, ,产生感应电流产生感应电流, , 从而使导体棒受到安培力作用从而使导体棒受到安培力作用. .导体棒运动的形式有匀速、匀变速和非匀变速导体棒运动的形式有匀速、匀变速和非匀变速 3 3种种, ,对前两种情况对
13、前两种情况, ,容易想到用牛顿定律求解容易想到用牛顿定律求解, ,对后一种情况一般要用能量守对后一种情况一般要用能量守 恒和动量守恒定律求解恒和动量守恒定律求解, ,但当安培力变化但当安培力变化, ,且又涉及位移、速度、电荷量等问且又涉及位移、速度、电荷量等问 题时题时, ,用动量定理求解往往能巧妙解决用动量定理求解往往能巧妙解决. . 【典例典例2 2】 (2017(2017潍坊二模潍坊二模) )如图所示如图所示, ,固定于水平面的两足够长的光滑平行金固定于水平面的两足够长的光滑平行金 属导轨属导轨PMN,PMN,PMN,PMN,由倾斜和水平两部分在由倾斜和水平两部分在M,MM,M处平滑连接
14、组成处平滑连接组成, ,导轨间导轨间 距距L=1 m,L=1 m,水平部分处于竖直向上的匀强磁场中水平部分处于竖直向上的匀强磁场中, ,磁感应强度磁感应强度B=1 T.B=1 T.金属棒金属棒a,ba,b 垂直于倾斜导轨放置垂直于倾斜导轨放置, ,质量均为质量均为m=0.2 kg,am=0.2 kg,a的电阻的电阻R R1 1=1 ,b=1 ,b的电阻的电阻R R2 2=3 ,=3 , a,ba,b长度均为长度均为L=1 m,L=1 m,棒棒a a距水平面的高度距水平面的高度h h1 1=0.45 m,=0.45 m,棒棒b b距水平面的高度为距水平面的高度为 h h2 2(h(h2 2hh1
15、 1););保持保持b b棒静止棒静止, ,由静止释放由静止释放a a棒棒,a,a棒到达磁场中棒到达磁场中OOOO停止运动后再由停止运动后再由 静止释放静止释放b b棒棒,a,b,a,b与导轨接触良好且导轨电阻不计与导轨接触良好且导轨电阻不计, ,重力加速度重力加速度g=10 m/sg=10 m/s2 2. . 【审题指导】【审题指导】 (1)(1)求求a a棒进入磁场棒进入磁场MMMM时加速度的大小时加速度的大小; ; 棒相碰棒相碰运动运动 答案答案: :(1)3.75 m/s(1)3.75 m/s2 2 (2)a(2)a棒从释放到棒从释放到OOOO的过程中的过程中, ,求求b b棒产生的焦
16、耳热棒产生的焦耳热; ; 答案答案: :(2)0.675 J (2)0.675 J (3)(3)若若MM,OOMM,OO间的距离间的距离x=2.4 m,bx=2.4 m,b棒进入磁场后棒进入磁场后, ,恰好未与恰好未与a a棒相碰棒相碰, ,求求h h2 2的值的值. . 答案答案: :(3)1.8 m(3)1.8 m 反思总结反思总结 动量在电磁感应中的应用技巧动量在电磁感应中的应用技巧 (2)(2)电磁感应中对于双杆切割磁感线运动电磁感应中对于双杆切割磁感线运动, ,若双杆系统所受合外力为零若双杆系统所受合外力为零, ,运用运用 动量守恒定律结合能量守恒定律可求解与能量有关的问题动量守恒定
17、律结合能量守恒定律可求解与能量有关的问题. . 多维训练多维训练 1.1. 动量守恒和能量守恒结合动量守恒和能量守恒结合 (2018(2018成都模拟成都模拟) )如图所示如图所示, ,水平面上固定着两水平面上固定着两 根相距根相距L L且电阻不计的足够长的光滑金属导轨且电阻不计的足够长的光滑金属导轨, ,导轨处于方向竖直向下、磁感导轨处于方向竖直向下、磁感 应强度为应强度为B B的匀强磁场中的匀强磁场中, ,铜棒铜棒a,ba,b的长度均等于两导轨的间距、电阻均为的长度均等于两导轨的间距、电阻均为R R、 质量均为质量均为m,m,铜棒平行地静止在导轨上且与导轨接触良好铜棒平行地静止在导轨上且与
18、导轨接触良好. .现给铜棒现给铜棒a a一个平行一个平行 导轨向右的瞬时冲量导轨向右的瞬时冲量I,I,关于此后的过程关于此后的过程, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) ) B B 2.2. 动量定理和能量守恒结合动量定理和能量守恒结合 (2018(2018江西九江模拟江西九江模拟) )如图所示如图所示, ,光滑水平面停光滑水平面停 放一小车放一小车, ,车上固定一边长为车上固定一边长为L=0.5 mL=0.5 m的正方形金属线框的正方形金属线框abcd,abcd,金属框的总电阻金属框的总电阻 R=0.25 ,R=0.25 ,小车与金属框的总质量小车与金属框的总质量m=0.5 kg.
19、m=0.5 kg.在小车的右侧在小车的右侧, ,有一宽度大于金有一宽度大于金 属 线 框 边 长属 线 框 边 长 , , 具 有 理 想 边 界 的 匀 强 磁 场具 有 理 想 边 界 的 匀 强 磁 场 , , 磁 感 应 强 度磁 感 应 强 度 B =B = 1.0 T,1.0 T,方向水平且与线框平面垂直方向水平且与线框平面垂直. .现给小车一水平速度使其向右运动并能穿现给小车一水平速度使其向右运动并能穿 过磁场过磁场, ,当车上线框的当车上线框的abab边刚进入磁场时边刚进入磁场时, ,测得小车加速度测得小车加速度a=10 m/sa=10 m/s2 2. .求求: : (1)(1
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