電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)及能量問題

1、第4課時(shí)(小專題)電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問題突破一 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題1.所用知識(shí)及規(guī)律B2LB2L2v由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E= BLv,感應(yīng)電流I=和安培力公式5=81得5=R(2)安培力的向判斷(3)牛頓第二定律及功能關(guān)系 2,導(dǎo)體的兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài) (1)導(dǎo)體的平衡狀態(tài)一一靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(2)導(dǎo)體的非平衡狀態(tài)一一加速度不為零。Word資料3.常見的解題流程如下【典例11 如圖1所示，光滑斜面的傾角 a= 30,在斜面上放置一矩形線框 abcd, ab邊的邊長(zhǎng)li= 1 m, bc邊的邊長(zhǎng)L=0.6 m,線框的質(zhì)量 m = 1 kg,電 阻R= 0.1 Q,線框通過細(xì)線與重物相連，

2、重物質(zhì)量M=2 kg,斜面上ef(ef / gh)的右有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)， 磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T,如果線框從靜止開始運(yùn) 動(dòng)，進(jìn)入磁場(chǎng)的最初一段時(shí)間做勻速運(yùn)動(dòng)，ef和gh的距離s=11.4 m,(取g =10 m/s j,求：圖1(1)線框進(jìn)入磁場(chǎng)前重物的加速度；(2)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)的速度 v;Word資料(3)ab邊由靜止開始到運(yùn)動(dòng)到gh處所用的時(shí)間t;(4)ab邊運(yùn)動(dòng)到gh處的速度大小及在線框由靜止開始運(yùn)動(dòng)到gh處的整個(gè)過程中產(chǎn)生的焦耳熱?！咀兪接?xùn)練】1.如圖2所示，MN、PQ為足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌，間距 L= 0.50 m,導(dǎo)軌平 面與水平面間夾角8= 37, N、Q間連

3、接一個(gè)電阻R= 5.0 Q,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo) 軌平面向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0 To將一根質(zhì)量為m = 0.050 kg的金屬棒放在導(dǎo) 軌的ab位置，金屬棒及導(dǎo)軌的電阻不計(jì)?，F(xiàn)由靜止釋放金屬棒，金屬棒沿導(dǎo)軌 向下運(yùn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌垂直，且與導(dǎo)軌接觸良好。已知金屬棒與導(dǎo)軌間的動(dòng) 摩擦因數(shù)11= 0.50,當(dāng)金屬棒滑行至cd處時(shí)，其速度大小開始保持不變，位置 cd 與 ab 之間的距離 s = 2.0 m。已知 g = 10 m/s； sin 37 =0.60, cos 37 =0.80。 求：圖2(1)金屬棒沿導(dǎo)軌開始下滑時(shí)的加速度大?。?2)金屬棒到達(dá)cd處的速度大?。?3)金屬棒由位置ab

4、運(yùn)動(dòng)到cd的過程中，電阻R產(chǎn)生的熱量突破二 電磁感應(yīng)中的能量問題.電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化Word資料.求解焦耳熱Q的三種法.解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問題的一般步驟(1)在電磁感應(yīng)中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng) 勢(shì)，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源。(2)分析清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化。根據(jù)能量守恒列程求解?！镜淅?】(2014天津卷，11)如圖3所示，兩根足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌固定在 傾角 430的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，間距 L= 0.4 m。導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū) 域I和H ,兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為 MN , I中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)向垂直斜面向下， II

5、中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)向垂直斜面向上，兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B=0.5 To在區(qū)Word資料 域I中，將質(zhì)量mi = 0.1 kg,電阻Ri=0.1。的金屬條ab放在導(dǎo)軌上，ab剛好 不下滑。然后，在區(qū)域II中將質(zhì)量 m2 = 0.4 kg,電阻R= 0.1 Q的光滑導(dǎo)體棒cd 置于導(dǎo)軌上，由靜止開始下滑。cd在滑動(dòng)過程中始終處于區(qū)域R的磁場(chǎng)中，ab、2cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸，取g = 10 m/s ,問：圖3（1）cd下滑的過程中，ab中的電流向；（2）ab剛要向上滑動(dòng)時(shí)，cd的速度v多大；（3）從cd開始下滑到ab剛要向上滑動(dòng)的過程中，cd滑動(dòng)的距離s= 3.8 m ,此過

6、程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少?！咀兪接?xùn)練】2.（多選）如圖4所示，粗糙的平行金屬導(dǎo)軌傾斜放置，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，頂端QQ 之間連接一個(gè)阻值為R的電阻和開關(guān)S,底端PP處與一小段水平軌道相連， 有勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面。斷開開關(guān) S,將一根質(zhì)量為m、長(zhǎng)為l的金屬棒從 AA處由靜止開始滑下，落在水平面上的 FF處；閉合開關(guān)S,將金屬棒仍從 AA處由靜止開始滑下，落在水平面上的EE處；開關(guān)S仍閉合，金屬棒從CC 處（圖中沒畫出）由靜止開始滑下，仍落在水平面上的EE處。（忽略金屬棒經(jīng)過PP處的能量損失）測(cè)得相關(guān)數(shù)據(jù)如圖所示，下列說確的是（）Word資料S斷開時(shí)，金屬棒沿導(dǎo)軌下滑的加速度為2xgS斷開時(shí)，金

7、屬棒沿導(dǎo)軌下滑的加速度為2xg2hsS閉合時(shí)，金屬棒剛離開軌道時(shí)的速度為C電阻R上產(chǎn)生的熱量0 = 2-2)D. CC 一定在AA的上答案 BC突破三 電磁感應(yīng)中的“桿+導(dǎo)軌”模型.模型構(gòu)建桿+導(dǎo)軌”模型是電磁感應(yīng)問題高考命題的 “基本道具”，也是高考的熱點(diǎn),考查的知識(shí)點(diǎn)多，題目的綜合性強(qiáng)，物理情景變化空間大，是我們復(fù)習(xí)中的難點(diǎn)。“桿+導(dǎo)軌”模型又分為“單桿”型和“雙桿”型(“單桿”型為重點(diǎn))；導(dǎo)軌放 置式可分為水平、豎直和傾斜；桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為勻速、勻變速、非勻變速運(yùn) 動(dòng)等。.模型分類及特點(diǎn)(1)單桿水平式Word資料物理模型動(dòng)態(tài)分析、一+、，上 +、，F(xiàn) B2L2v設(shè)運(yùn)動(dòng)過程中某時(shí)刻棒的

8、速度為 v,加速度為a- - D ,m mR一 -BLva、v同向，隨v的增加，a減小，當(dāng)a = 0時(shí)，v取大，I= D R恒定收尾狀態(tài)運(yùn)動(dòng)形式勻速直線運(yùn)動(dòng)力學(xué)特征a = 0 v恒定不艾電學(xué)特征I恒定(2)單桿傾斜式物理模型動(dòng)態(tài)分析棒釋放后下滑，此時(shí)a=gsin %速度Word資料Word資料vTE=BLvTF=BILTa；,當(dāng)安培力F=mg sin a時(shí)，a=0, v 最大收尾狀態(tài)運(yùn)動(dòng)形式勻速直線運(yùn)動(dòng)力學(xué)特征mgRsin aa 0 V JptyC Vm 2 2B L電學(xué)特征I恒定【典例3】（2014卷，13）如圖5所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌， 導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),長(zhǎng)為3d,導(dǎo)軌平面與

9、水平面的夾角為 9,在導(dǎo)軌的中部刷有一段 長(zhǎng)為d的薄絕緣涂層。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B,向與導(dǎo)軌平面垂直。質(zhì) 量為m的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌的頂端由靜止釋放，在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運(yùn)動(dòng)， 并一直勻速滑到導(dǎo)軌底端。導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直，且僅與涂層間有摩擦，接在 兩導(dǎo)軌間的電阻為R,其他部分的電阻均不計(jì)，重力加速度為 g0求：Word資料圖5(1)導(dǎo)體棒與涂層間的動(dòng)摩擦因數(shù)也(2)導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小v;(3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)、能量觀點(diǎn)解答電磁感應(yīng)問題的般步驟用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)、能量觀點(diǎn)解答電磁感應(yīng)問題的般步驟Word資料【變式訓(xùn)練】3.如圖6甲，電阻不計(jì)的軌道 MON與

10、PRQ平行放置，ON及RQ與水平面的 傾角 453, MO及PR部分的勻強(qiáng)磁場(chǎng)豎直向下，ON及RQ部分的磁場(chǎng)平行 軌道向下，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同，兩根相同的導(dǎo)體棒ab和cd分別放置在 導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直并始終接觸良好。棒的質(zhì)量 m=1.0 kg, R= 1,0 Q,長(zhǎng)度L = 1.0 m與導(dǎo)軌間距相同，棒與導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù) 尸0.5,現(xiàn)對(duì)ab棒施加一個(gè) 向水向右，按圖乙規(guī)律變化的力 F,同時(shí)由靜止釋放cd棒，則ab棒做初速度為 零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，g取10 m/s2。圖6求ab棒的加速度大小；Word資料(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小；(3)若已知在前2 sF做功W=30 J,求前2 s電路產(chǎn)

11、生的焦耳熱;(4)求cd棒達(dá)到最大速度所需的時(shí)間。1.(多選)如圖7所示，質(zhì)量為3m的重物與一質(zhì)量為m的線框用一根絕緣細(xì)線連接起來，掛在兩個(gè)高度相同的定滑輪上，已知線框的橫邊邊長(zhǎng)為L(zhǎng),水平向勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,磁場(chǎng)上下邊界的距離、線框豎直邊長(zhǎng)均為h。初始時(shí)刻, 磁場(chǎng)的下邊緣和線框上邊緣的高度差為 2h ,將重物從靜止開始釋放，線框上邊緣剛進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)，恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)，滑輪質(zhì)量、摩擦阻力均不計(jì)。則下列說法A.線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為，2gh2h導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),A.線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為，2gh2h導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),在水B2L2 B.線框的電阻為。. 2gh 2mg oC.線框通過磁場(chǎng)的過程中產(chǎn)生的

12、熱量 Q = 2mghD.線框通過磁場(chǎng)的過程中產(chǎn)生的熱量 Q = 4mgh. CD、EF是兩條水平放置的電阻可忽略的平行金屬導(dǎo)軌,平導(dǎo)軌的左側(cè)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度向垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小 為B,磁場(chǎng)區(qū)域的長(zhǎng)度為d,如圖8所示。導(dǎo)軌的右端接有一電阻 R,左端與彎曲的光滑軌道平滑連接。將一阻值也為 R的導(dǎo)體棒從彎曲軌道上h高處由靜止釋放，導(dǎo)體棒最終恰好停在磁場(chǎng)的右邊界處。已知導(dǎo)體棒與水平導(dǎo)軌接觸良好, 且動(dòng)摩擦因數(shù)為內(nèi)則下列說法中正確的是()Word資料A.電阻R的最大電流為叫2ghR，BdLB.流過電阻R的電何量為丁RC.整個(gè)電路中產(chǎn)生的焦耳熱為mgh1D.電阻R中產(chǎn)生的焦耳熱為2mg（h出）.如圖9甲所示，足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌 MN、PQ間距L= 0.3 m,導(dǎo)軌電 阻忽略不計(jì)，導(dǎo)軌與水平面夾角為37,其底端N、Q間連接有阻值R= 0.8。的 定值電阻，頂端M、P間連接有一理想電壓表。開始時(shí)，導(dǎo)軌上靜置一質(zhì)量為m= 0.01 kg、長(zhǎng)為L(zhǎng)、電阻r=0.4。的金屬桿ab,金屬桿垂直導(dǎo)軌放置且與導(dǎo)軌 接觸良好，整個(gè)裝置處于磁感