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-新人教版.ppt

电磁感应电磁感应第第 十十 章章微专题微专题14电磁感应中的动力学电磁感应中的动力学和能量问题和能量问题栏目导航命题点一命题点一 电磁感应中的动力学问题电磁感应中的动力学问题命题点二命题点二 电磁感应中能量问题电磁感应中能量问题模拟演练模拟演练稳基提能稳基提能1题题型型简简述述：感感应应电电流流在在磁磁场场中中受受到到安安培培力力的的作作用用，因因此此电电磁磁感感应应问问题题往往往往跟跟力力学学问问题题联联系系在在一一起起解解决决这这类类问问题题需需要要综综合合应应用用电电磁磁感感应应规规律律(法法拉拉第第电电磁磁感感应应定定律律、楞楞次次定定律律)及及力力学学中中的的有有关关规规律律(共共点点力力的的平平衡衡条条件件、牛牛顿顿运运动动定定律律、动动能能定定理等理等)2两种状态及处理方法两种状态及处理方法电磁感应中的动力学问题电磁感应中的动力学问题状态状态特征特征处理方法处理方法平衡态平衡态加速度为零加速度为零根据平衡条件列式分析根据平衡条件列式分析非平衡态非平衡态加速度不为零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行分析3动态分析的基本思路动态分析的基本思路解解决决这这类类问问题题的的关关键键是是通通过过运运动动状状态态的的分分析析，寻寻找找过过程程中中的的临临界界状状态态，如如速速度度、加速度最大值或最小值的条件具体思路如下：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如图图，两两个个倾倾角角均均为为37的的绝绝缘缘斜斜面面，顶顶端端相相同同，斜斜面面上上分分别别固固定定着着一一个个光光滑滑的的不不计计电电阻阻的的U型型导导轨轨，导导轨轨宽宽度度都都是是L10 m，底底边边分分别别与与开开关关S1、S2连连接接，导导轨轨上上分分别别放放置置一一根根和和底底边边平平行行的的金金属属棒棒a和和b，a的的电电阻阻R1100、质质量量m120 kg，b的的电电阻阻R280、质质量量m210 kg.U型型导导轨轨所所在在空空间间分分别别存存在在着着垂垂直直斜斜面面向向上上的的匀匀强强磁磁场场，大大小小分分别别为为B110 T，B220 T，轻轻细细绝绝缘缘线线绕绕过过斜斜面面顶顶端端很很小小的的光光滑滑定定滑滑轮轮连连接接两两金金属属棒棒的的中中点点，细细线线与与斜斜面面平平行行，两两导导轨轨足足够够长长，sin 370.6，cos 370.8，g100 m/s2开开始始时时，开开关关S1、S2都都断断开开，轻轻细细绝绝缘缘线线绷绷紧紧，金金属属棒棒a和和b在在外外力力作作用用下下处处于于静静止止状状态态求：求：(1)撤去外力，两金属棒的加速度多大？撤去外力，两金属棒的加速度多大？(2)同同时时闭闭合合开开关关S1、S2，求求金金属属棒棒a、b运运动动过程中达到的最大速度？过程中达到的最大速度？答案：答案：(1)0.5 A由由B到到A(2)是是4 m/s2(3)0.75 JAC 2如如图图1所所示示，两两相相距距L0.5 m的的平平行行金金属属导导轨轨固固定定于于水水平平面面上上，导导轨轨左左端端与与阻阻值值R2 的的电电阻阻连连接接，导导轨轨间间虚虚线线右右侧侧存存在在垂垂直直导导轨轨平平面面的的匀匀强强磁磁场场质质量量m0.2 kg的的金金属属杆杆垂垂直直置置于于导导轨轨上上，与与导导轨轨接接触触良良好好，导导轨轨与与金金属属杆杆的的电电阻阻可可忽忽略略杆杆在在水水平平向向右右的的恒恒定定拉拉力力作作用用下下由由静静止止开开始始运运动动，并并始始终终与与导导轨轨垂垂直直，其其vt图图象象如如图图2所所示示在在15 s末末时时撤撤去去拉拉力力，同同时时使使磁磁场场随随时时间间变变化化，从从而而保保持持回回路路磁磁通通量量不不变，杆中电流为零求：变，杆中电流为零求：(1)金属杆所受拉力的大小金属杆所受拉力的大小F；(2)015 s内匀强磁场的磁感应强度大小；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撤去恒定拉力之后，磁感应强度随时间的变化规律3(2016全全国国甲甲卷卷)如如图图，水水平平面面(纸纸面面)内内间间距距为为l的的平平行行金金属属导导轨轨间间接接一一电电阻阻，质质量量为为m、长长度度为为l的的金金属属杆杆置置于于导导轨轨上上t0时时，金金属属杆杆在在水水平平向向右右、大大小小为为F的的恒恒定定拉拉力力作作用用下下由由静静止止开开始始运运动动t0时时刻刻，金金属属杆杆进进入入磁磁感感应应强强度度大大小小为为B、方方向向垂垂直直于于纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场区区域域，且且在在磁磁场场中中恰恰好好能能保保持持匀匀速速运运动动杆杆与与导导轨轨的的电电阻阻均均忽忽略略不不计计，两两者者始始终终保保持持垂垂直直且且接接触触良良好好，两两者者之之间间的的动动摩摩擦擦因因数数为为.重重力力加加速速度大小为度大小为g.求：求：(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小；金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小；(2)电阻的阻值电阻的阻值1题题型型简简述述：电电磁磁感感应应过过程程的的实实质质是是不不同同形形式式的的能能量量转转化化的的过过程程，而而能能量量的的转转化化是是通通过过安安培培力力做做功功来来实实现现的的安安培培力力做做功功的的过过程程，是是电电能能转转化化为为其其他他形形式式的的能能的过程；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解题的一般步骤解题的一般步骤(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)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；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电磁感应中能量问题3求解电能应分清两类情况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若回路中电流恒定，可以利用电路结构及WUIt或或QI2Rt直接进行计算直接进行计算(2)若电流变化，则若电流变化，则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；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；利利用用能能量量守守恒恒求求解解：若若只只有有电电能能与与机机械械能能的的转转化化，则则减减少少的的机机械械能能等等于于产产生生的电能的电能能量转化问题的分析程序：先电后力再能量能量转化问题的分析程序：先电后力再能量如如图图所所示示，倾倾角角30的的光光滑滑倾倾斜斜导导体体轨轨道道(足足够够长长)与与光光滑滑水水平平导导体体轨轨道道连连接接，轨轨道道宽宽度度均均为为L1 m，电电阻阻忽忽略略不不计计匀匀强强磁磁场场仅仅分分布布在在水水平平轨轨道道平平面面所所在在区区域域，方方向向水水平平向向右右，大大小小B11 T；匀匀强强磁磁场场仅仅分分布布在在倾倾斜斜轨轨道道平平面面所所在在区区域域，方方向向垂垂直直于于倾倾斜斜轨轨道道平平面面向向下下，大大小小B21 T现现将将两两质质量量均均为为m0.2 kg，电电阻阻均均为为R0.5 的的相相同同导导体体棒棒ab和和cd，垂垂直直于于轨轨道道分分别别置置于水平轨道上和倾斜轨道上，并同时由静止释放取于水平轨道上和倾斜轨道上，并同时由静止释放取g10 m/s2(1)求求导导体体棒棒cd沿沿斜斜轨轨道道下下滑滑的的最最大大速速度度的的大大小；小；(2)若若已已知知从从开开始始运运动动到到cd棒棒达达到到最最大大速速度度的的过过程程中中，ab棒棒产产生生的的焦焦耳耳热热Q0.45 J，求求该该过过程程中通过中通过cd棒横截面的电荷量；棒横截面的电荷量；(3)若若已已知知cd棒棒开开始始运运动动时时距距水水平平轨轨道道高高度度h10 m，cd棒棒由由静静止止释释放放后后，为为使使cd棒棒中中无无感感应应电电流流，可可让让磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度随随时时间间变变化化，将将cd棒棒开开始始运运动动的的时时刻刻记记为为t0，此此时时磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度为为B01 T，试试求求cd棒棒在在倾倾斜斜轨轨道道上上下下滑滑的的这这段段时间内，磁场时间内，磁场的磁感应强度的磁感应强度B随时间随时间t变化的关系式变化的关系式(1)杆杆a在斜轨道上运动的时间；在斜轨道上运动的时间；(2)杆杆a在水平轨道上运动过程中通过其截面的电量；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在整个运动过程中杆b产生的焦耳热产生的焦耳热4(2018东东北北三三省省四四市市教教研研联联合合体体模模拟拟考考试试)(多多选选)如如图图所所示示，平平行行导导轨轨放放在在斜斜面面上上，匀匀强强磁磁场场垂垂直直于于斜斜面面向向上上，恒恒力力F拉拉动动金金属属杆杆ab从从静静止止开开始始沿沿导导轨轨向向上上滑滑动动，接接触触良良好好，导导轨轨光光滑滑从从静静止止开开始始到到ab杆杆达达到到最最大大速速度度的的过过程程中中，恒恒力力F做做功功为为W，ab杆杆克克服服重重力力做做功功为为W1，ab杆杆克克服服安安培培力力做做功功为为W2，ab杆杆动动能能的的增增加加量量为为Ek，电路中产生的焦耳热为电路中产生的焦耳热为Q，ab杆重力势能增加量为杆重力势能增加量为Ep，则，则()AWQW1W2EkEpBWQW1W2EkCWQEkEpDW2Q，W1EpCD 解解析析：功功是是能能量量转转化化的的量量度度，做做功功的的过过程程就就是是能能量量转转化化的的过过程程力力F做做的的功功导导致致内内能能的的增增加加、杆杆动动能能的的增增加加和和重重力力势势能能的的增增加加，所所以以有有WQEkEp，选选项项AB错错误误，C正正确确；克克服服重重力力做做的的功功等等于于杆杆重重力力势势能能的的增增加加量量，即即W1Ep，克克服服安安培力做的功等于电路产生的焦耳热，即培力做的功等于电路产生的焦耳热，即W2Q，选项，选项D正确正确B 6如如图图，足足够够长长的的光光滑滑平平行行导导轨轨水水平平放放置置，电电阻阻不不计计，MN部部分分的的宽宽度度为为2l，PQ部部分分的的宽宽度度为为l，金金属属棒棒a和和b的的质质量量ma2mb2m，其其电电阻阻大大小小Ra2Rb2R，a和和b分分别别在在MN和和PQ上上，垂垂直直导导轨轨相相距距足足够够远远，整整个个装装置置处处于于竖竖直直向向下下的的匀匀强强磁磁场场中中，磁磁感感强强度度为为B，开开始始a棒棒向向右右速速度度为为v0，b棒棒静静止止，两两棒棒运运动动时时始始终终保保持持平平行行且且a总总在在MN上运动，上运动，b总在总在PQ上运动，求上运动，求a、b最终的速度最终的速度