广东省高中物理第一轮总复习电磁感应规律与力学规律的综合应用粤教版新课标.pptx

1.电电磁磁感感应应规规律律与与牛牛顿顿运运动动规规律律的的综综合合问题问题.从从导导体体在在磁磁场场中中的的受受力力情情况况和和运运动动状状态态入入手手，当当导导体体在在磁磁场场中中受受的的安安培培力力发发生生变变化化时时，导导致致导导体体所所受受合合外外力力发发生生变变化化，进进而而导导致致加加速速度度、速速度度等等发发生生变变化化.而而速速度度的的变变化化又又反反过过来来影影响响安安培培力力的的变变化化.周周而而复复始始可可能能使使导导体达到体达到稳稳定状定状态态.2.用功能用功能观观点分析点分析电电磁感磁感应问题应问题.电电磁磁感感应应的的过过程程通通常常对对应应着着机机械械能能、电电能能、内内能能间间的的转转化化.注注意意结结合合能能量量守守恒恒定定律律、功能原理和功能原理和动动能定理分析能定理分析问题问题.主主题题(1)(1)电电磁磁感感应应中中的动力学问题的动力学问题光光滑滑的的平平行行金金属属导轨长L=2.0m，两两导轨间距离距离d=0.5m，导轨平面与平面与图图1041水平面的夹角为水平面的夹角为=30，导轨上端接一阻值为，导轨上端接一阻值为R=0.5的电阻，其余电阻不计，轨道所在空间的电阻，其余电阻不计，轨道所在空间有垂直轨道平面的匀强磁场，磁感应强度有垂直轨道平面的匀强磁场，磁感应强度B=1T，如图，如图1041所示所示.有有一一不不计电阻阻、质量量为m=0.5kg的的金金属属棒棒ab，放放在在导轨最最上上端端且且与与导轨垂垂直直.当当金金属属棒棒ab由由静静止止开开始始自自由由下下滑滑到到底底端端脱脱离离轨道道的的过程程中中，电阻阻R上上产生的生的热量量为Q=1J，g=10m/s2，则：(1)指出金属棒指出金属棒ab中感中感应电流的方向流的方向.(2)棒棒在在下下滑滑的的过程程中中达达到到的的最最大大速速度度是是多多少少？(3)当当棒棒的的速速度度为v=2m/s时，它它的的加加速速度度是是多多大？大？(1)由由右右手手定定则，棒棒中中感感应电流流方方向由向由b指向指向a.(2)棒棒做做加加速速度度逐逐渐减减小小的的变加加速速运运动，棒到达底端棒到达底端时速度最大，由能量守恒定律得速度最大，由能量守恒定律得mgLsin=+Q，解得，解得vm=4m/s(3)当棒的速度当棒的速度为v时，感，感应电动势E=Bdv感应电动势运动分析感应电动势运动分析感感应电流流棒所受安培力棒所受安培力F=BId=当棒的速度当棒的速度为v=2m/s时，F=1N由牛由牛顿第二定律得第二定律得mgsinF=ma解得棒的加速度解得棒的加速度a=3m/s2棒棒做做变加加速速运运动,加加速速度度是是变化化的的，要抓住特殊状要抓住特殊状态求解求解.注意受力分析的完整性注意受力分析的完整性.如如 图 1042所所示示，abcd为质量量M=2kg的的导轨，放放在在光滑光滑绝缘的水平面的水平面图图1042上，另有一根重量上，另有一根重量m=0.6kg的金属棒的金属棒PQ平行于平行于bc放在水平导轨放在水平导轨上，上，PQ棒左边靠着绝缘的竖直立柱棒左边靠着绝缘的竖直立柱ef(竖直立柱光滑，且固定竖直立柱光滑，且固定不动不动)，导轨处于匀强磁场中，磁场以，导轨处于匀强磁场中，磁场以OO为界，左侧的磁场方为界，左侧的磁场方向竖直向上，右侧的磁场方向水平向右，磁感应强度向竖直向上，右侧的磁场方向水平向右，磁感应强度B大小都大小都为为0.8T.导导轨轨的的bc段段长长L=0.5m，其其电电阻阻r=0.4，金金属属棒棒PQ的的电电阻阻R=0.2，其其余余电电阻阻均均可可不不计计.金金属属棒棒与与导导轨轨间间的的动动摩摩擦擦因因数数=0.2.若若在在导导轨轨上上作作用用一一个个方方向向向向左左、大大小小为为F=2N的的水水平平拉拉力力，设设导导轨轨足足够够长长，重重力力加加速速度度g取取10m/s2，试试求：求：(1)导轨导轨运运动动的最大加速度；的最大加速度；(2)导轨导轨的最大速度；的最大速度；(3)定定性性画画出出回回路路中中感感应应电电流流随随时时间间变变化化的的图线图线.导导轨轨在在外外力力作作用用下下向向左左加加速速运运动动，由由于于切切割割磁磁感感线线，在在回回路路中中要要产产生生感感应应电电流流，导导轨轨的的bc边边及及金金属属棒棒PQ均均要要受受到到安安培培力力作作用用.PQ棒棒受受到到的的支支持持力力要要随随电电流流的的变变化化而而变变化化，导导轨轨受受到到PQ棒棒的的摩摩擦擦力力也也要要变变化化，因因此此导导轨轨的的加加速速度度要要发发生生改改变变.导导轨轨向向左左切切割割磁磁感感线线时时，感感应电动势应电动势E=BLv感感应电应电流流 即即 导导轨轨受受到到向向右右的的安安培培力力F1=BIL，金金属属棒棒PQ受受到到向向上上的的安安培培力力F2=BIL，导导轨轨受受到到PQ棒棒对对它的摩擦力它的摩擦力f=(mgBIL)，根据牛根据牛顿顿第二定律，有第二定律，有FBIL(mgBIL)=Ma (1)当当刚刚拉拉动动导导轨轨时时，v=0，由由式式可可知知I=0时时有最大加速度有最大加速度am，即，即(2)随随着着导导轨轨速速度度v增增大大感感应应电电流流I增增大大而而加加速速度度a减减小小，当当a=0时时，导导轨轨有有最最大大速速度度vm，从从式可得式可得F(1)BImLmg=0将将Im=2.5A代入代入式，得式，得(3)从从刚刚拉拉动动导导轨轨开开始始计计时时，t=0时时，v=0，I=0，当当t=t1时时，v达达到到最最大大，I达达到到2.5A，电电流流I随随时间时间t的的变变化化图线图线如如图图所示所示.主题主题(2)(2)电磁感应中的动量问题电磁感应中的动量问题图图1043 (双双选选)如如图图1043所所示示，两两根根足足够够长长的的固固定定平平行行金金属属光光滑滑导导轨轨位位于于同同一一水水平平面面上上，导导轨轨上上横横放放着着两两根根相相同同的的导导体体棒棒ab、cd与导轨构与导轨构成成矩矩形形回回路路.导导体体棒棒的的两两端端连连接接着着处处于于压压缩缩状状态态的的两两根根轻轻质质弹弹簧簧，两两棒棒的的中中间间用用细细线线绑绑住住，它它们们的的电电阻阻均均为为R，回回路路上上其其余余部部分分的的电电阻阻不不计计，在在导导轨轨平平面面内内两两导导轨间有一竖直向下的匀强磁场轨间有一竖直向下的匀强磁场.开开始始时，导体体棒棒处于于静静止止状状态.剪剪断断细线后后，导体体棒在运棒在运动过程中程中()A.回路中有感回路中有感应电动势B.两根两根导体棒所受安培力的方向相同体棒所受安培力的方向相同C.两两根根导体体棒棒和和弹簧簧构构成成的的系系统动量量守守恒恒，机机械械能守恒能守恒D.两两根根导体体棒棒和和弹簧簧构构成成的的系系统动量量守守恒恒，机机械械能不守恒能不守恒左左右右两两棒棒所所受受安安培培力力大大小小相相等等方方向向相相反反,该系系统所所受受合合外外力力为零零，系系统动量量守守恒恒.而而此此例例中中不不是是只只有有弹力做功，故机械能不守恒力做功，故机械能不守恒.选AD.AD图图1044 (单单选选)如如图图10441044所所示示，质质量量为为M M的的条条形形磁磁铁铁与与质质量量为为m m的的铝铝环环，都都静静止止在在光光滑滑的的水水平平面面上上，当当在在极极短短的的时时间间内内给给铝铝环环以以水水平平向向右右的的冲冲量量I I，使使环环向向右右运运动动，则则下下列列说说法法不不正正确确的的是是()A在铝环向右运动的过程中磁铁也向右运动在铝环向右运动的过程中磁铁也向右运动B磁铁运动的最大速度为磁铁运动的最大速度为I/(M+m)C铝环在运动过程中，能量最小值为铝环在运动过程中，能量最小值为mI2/2(M+m)2D铝环在运动过程中最多能产生的热量为铝环在运动过程中最多能产生的热量为I2/2mD主主题题(3)(3)电电磁磁感感应应中中的能量问题的能量问题如如 图 1045所所示示，固固定定的的水水平平光光滑滑金金属属导轨，间距距为L，左左端端接接有阻有阻值为R图图1045的电阻，处在方向竖直向下、磁感应强度为的电阻，处在方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中，的匀强磁场中，质量为质量为m的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻均可忽略体棒的电阻均可忽略.初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有水平向右的初速度棒具有水平向右的初速度v0.在在沿沿导轨往往复复运运动的的过程程中中，导体体棒棒始始终与与导轨垂直并保持良好接触垂直并保持良好接触.(1)求初始求初始时刻刻导体棒受到的安培力体棒受到的安培力;(2)若若导体体棒棒从从初初始始时刻刻到到速速度度第第一一次次为零零时，弹簧簧的的弹性性势能能为Ep，则这一一过程程中中安安培培力力所所做做的的功功W1和和电阻阻R上上产生的焦耳生的焦耳热Q1分分别为多少？多少？(3)导体体棒棒往往复复运运动，最最终将将静静止止于于何何处？从从导体体棒棒开开始始运运动直直到到最最终静静止止的的过程程中中，电阻阻R上上产生生的焦耳的焦耳热Q为多少？多少？感感应电动势功能原理功能原理 导体体棒棒以以初初速速度度v0做做切切割割磁磁感感线运运动而而产生生感感应电动势，回回路路中中的的感感应电流流使使导体体棒棒受受到到安安培培力力的的作作用用安安培培力力做做功功使使系系统机机械械能能减减少少，最最终将将全全部部机机械械能能转化化为电阻阻R上上产生生的的焦焦耳耳热.由由平平衡衡条条件件知知，棒棒最最终静静止止时，弹簧簧的的弹力力为零零，即即此此时弹簧簧处于于初初始始的的原原长状状态.(1)初始初始时刻棒中感刻棒中感应电动势E=BLv0 棒中感棒中感应电流流I=作用于棒上的安培力作用于棒上的安培力F=BIL 联立立，得得 ，安安培培力力方方向向：水水平向左平向左(2)由功和能的关系，得安培力做功由功和能的关系，得安培力做功电阻阻R上上产生的焦耳生的焦耳热(3)由由能能量量转化化及及平平衡衡条条件件等等，可可判判断断：棒最棒最终静止于初始位置，静止于初始位置，安安培培力力做做功功使使系系统机机械械能能减减少少，最最终将将全全部部机机械械能能转化化为电阻阻R上上产生生的的焦焦耳耳热.如如图1046所所示示，将将边长为a、质量量为m、电阻阻为R的的正正方方形形导线框框竖直直向向上上抛抛出出，穿穿过宽度度为b、磁磁感感应强度度为B的的匀匀强磁磁场，磁磁场的的方方向向垂垂直直纸面面向向里里.线框框向向上上离离开开磁磁场时的的速速度度刚好好是是进入入磁磁场时图图1046速度的一半，线框离开磁场后继续上升一段高速度的一半，线框离开磁场后继续上升一段高度，然后落下并匀速进入磁场度，然后落下并匀速进入磁场.整个运动过程整个运动过程中始终存在着大小恒定的空气阻力中始终存在着大小恒定的空气阻力f，且线框，且线框不发生转动不发生转动.求求：(1)线线框框在在下下落落阶阶段段匀匀速速进进入入磁磁场场时时的速度的速度v2；(2)线线框框在在上上升升阶阶段段刚刚离离开开磁磁场场时时的的速速度度v1；(3)线线框框在在上上升升阶阶段段通通过过磁磁场场过过程程中中产产生生的焦耳的焦耳热热Q.由由题意意可可知知线框框在在磁磁场中中一一直直是是做做变速速直直线运运动.所所以以对整整个个过程程只只能能由由能能的的观点求解点求解.(1)若若线框框在在下下落落阶段段能能匀匀速速地地进入入磁磁场，则线框框在在进入入磁磁场的的过程程中中受受力力平平衡衡，则据平衡条件可知据平衡条件可知线框在框在进入磁入磁场瞬瞬间有：有：，解得：，解得：(2)线框框从从离离开开磁磁场至至上上升升到到最最高高点点过程程中中据据动能定理有：能定理有：线框框从从最最高高点点回回落落至至进入入磁磁场前前瞬瞬间的的过程程据据动能定理有：能定理有：联立立可解得：，代入可得：可解得：，代入可得：(3)设线框框进入入磁磁场的的速速度度为v0，则线框框在在向向上上通通过磁磁场过程程中中要要克克服服重重力力、空空气气阻阻力力及及安安培培力力做做功功，而而克克服服安安培培力力做做功功的的量量即即是是此此过程程中中产生生电能能的的量量，也即是也即是产生的生的热量量Q，根据能量守恒定律有：，根据能量守恒定律有：又由又由题可知可知v0=2v1解得：解得：图图1047 电电阻阻为为R的的矩矩形形线线框框abcd，边边长长ab=L，ad=h，质质量量为为m，自自某某一一高高度度自自由由落落下下，通通过过一一匀匀强强磁磁场场，磁磁场场方方向向垂垂直直纸纸面面向向里里，磁磁场场区区域域的的宽宽度度为为h，如如图图1047所所示示，若若线线框框恰恰好好以以恒恒定定速速度度通通过过磁磁场场，线线框框 中中 产产 生生 的的 焦焦 耳耳 热热 是是_(不不考考虑虑空空气气阻阻力力)线线框框通通过过磁磁场场的的过过程程中中，动动能能不不变变根根据据能能的的转转化化和和守守恒恒，重重力力对对线线框框所所做做的的功功全全部部转转化化为为线线框框中中感感应应电电流流的的电电能能，最最后后又又全全部部转转化化为为焦焦耳耳热热所所以以，线线框框通通过过磁磁场场 过过 程程 中中 产产 生生 的的 焦焦 耳耳 热热 为为Q=WG=mg2h=2mgh.2mgh