力電綜合題的解題方略

1、力電綜合題的解題方略第1頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一一 電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路相當(dāng)于電源.解決電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題的基本思路是:(1)明確哪部分相當(dāng)于電源,由法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向;(2)畫出等效電路圖;(3)運(yùn)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的性質(zhì)求解未知物理量.第2頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一 【例1】如圖1所示,把總電阻為2R的均勻電阻絲焊接成一半徑為a的圓環(huán),水平固定在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一長(zhǎng)度為2a、電阻等于R、粗細(xì)均勻的

2、金屬棒MN放在圓環(huán)上,它與圓環(huán)始終保持良好的接觸.當(dāng)金屬棒以恒定速度v向右移動(dòng),且經(jīng)過(guò)環(huán)心O時(shí),求:(1)流過(guò)棒的電流的大小和方向及棒兩端的電壓UMN.(2)在圓環(huán)和金屬棒上消耗的總熱功率.圖1第3頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一解析 (1)金屬棒過(guò)環(huán)心時(shí)的電動(dòng)勢(shì)大小為E=2Bav由閉合電路歐姆定律得電流大小為電流方向從N流向M.路端電壓為UMN=(2)全電路的熱功率為P=EI=答案 (1) (2)NM第4頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一 二 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)分析 導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流,使導(dǎo)體受到安培力的作用,從而直接影響到導(dǎo)體

3、的進(jìn)一步運(yùn)動(dòng), 解決這類問(wèn)題的基本思路第5頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一電磁感應(yīng)過(guò)程中往往伴隨著多種形式的能量轉(zhuǎn)化,其中克服安培力做功的過(guò)程就是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程,從功能的觀點(diǎn)入手也是解決電磁感應(yīng)問(wèn)題的有效途徑.第6頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一題型1 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題【例1】 如圖2所示,光滑斜面的傾角 =30,在斜面上放置一矩形線框 abcd,ab邊的邊長(zhǎng)l1=1 m,bc邊的邊長(zhǎng) l2=0.6 m,線框的質(zhì)量m=1 kg,電阻 R=0.1 ,線框通過(guò)細(xì)線與重物相 連,重物質(zhì)量M=2 kg,斜面上ef線(efghab)

4、的右 方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)最初一段 時(shí)間是勻速的,ef 線和gh線的距離s=11.4 m(取 g=10 m/s2).求:題型探究圖2第7頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一(1)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)的速度v.(2)ab邊由靜止開始運(yùn)動(dòng)到gh線所用的時(shí)間t.思路點(diǎn)撥 線框的運(yùn)動(dòng)可分為進(jìn)入磁場(chǎng)前、進(jìn)入磁場(chǎng)中、完全進(jìn)入磁場(chǎng)后三個(gè)階段,分析每個(gè)階段的受力,確定運(yùn)動(dòng)情況.第8頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一解析 (1)在線框進(jìn)入磁場(chǎng)的最初一段時(shí)間內(nèi),重物和線框受力平衡,分別有Mg=FTFT

5、=mgsin +FAab邊切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E=Bl1v感應(yīng)電流I=受到的安培力FA=BIl1聯(lián)立得Mg=mgsin +代入數(shù)據(jù)得v=6 m/s第9頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一(2)線框進(jìn)入磁場(chǎng)前做勻加速直線運(yùn)動(dòng)對(duì)M有:Mg-FT=Ma對(duì)m有:FT-mgsin =ma聯(lián)立解得a= =5 m/s2該階段運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t1= = s=1.2 s在磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2= s=0.1 s第10頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一完全進(jìn)入磁場(chǎng)后線框受力情況與進(jìn)入磁場(chǎng)前相同,加速度仍為5 m/s2s-l2=v t3+ at32解得t3=1.2 s因此

6、ab邊由靜止開始運(yùn)動(dòng)到gh線所用的時(shí)間t=t1+t2+t3=1.2 s+0.1 s+1.2 s=2.5 s答案 (1)6 m/s (2)2.5 s第11頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一規(guī)律總結(jié) 此類問(wèn)題中力現(xiàn)象和電磁現(xiàn)象相互聯(lián)系,相互制約,解決問(wèn)題首先要建立“動(dòng)電動(dòng)”的思維順序,可概括為(1)找準(zhǔn)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)者,用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求解電動(dòng)勢(shì)大小和方向.(2)根據(jù)等效電路圖,求解回路中電流的大小及方向.(3)分析導(dǎo)體棒的受力情況及導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)后對(duì)電路中電學(xué)參量的“反作用”,即分析由于導(dǎo)體棒受到安培力,對(duì)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)速度、加速度的影響,從而推理得出對(duì)電路中的電流有什么

7、影響,最后定性分析出導(dǎo)體棒的最終運(yùn)動(dòng)情況.(4)列出牛頓第二定律或平衡方程求解.第12頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一變式練習(xí)1 如圖3(甲)所示,兩根足夠長(zhǎng)的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為 的絕緣斜面上,兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng).M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻.一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上,并與導(dǎo)軌垂直.整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直斜面向下.導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略.讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑,導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好,不計(jì)它們之間的摩擦.第13頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一圖3第14頁(yè)，共73頁(yè)，2022

8、年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一(1)由b向a方向看到的裝置如圖3(乙)所示,請(qǐng)?jiān)诖藞D中畫出ab桿下滑過(guò)程中某時(shí)刻的受力示意圖.(2)在加速下滑過(guò)程中,當(dāng)ab桿的速度大小為v時(shí),求此時(shí)ab桿中的電流及其加速度的大小.(3)求在下滑過(guò)程中,ab桿可以達(dá)到的速度最大值.解析 (1)如右圖所示重力mg,豎直向下支持力FN,垂直斜面向上安培力F,平行斜面向上第15頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一(2)當(dāng)ab桿速度為v時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv 此時(shí)電路中電流I= ab桿受到的安培力F=BIL= 根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律,有ma=mgsin -F 解得a=gsin -(3)當(dāng)ab桿穩(wěn)

9、定下滑時(shí)速度達(dá)到最大值,此時(shí)a=0;即mgsin - =0解得vm=答案 (1)見解析中圖 (2) gsin -(3)第16頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一題型2 電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題【例2】 如圖4所示,兩條足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌,與水平面的夾角均為 ,該空間存在著兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域和,區(qū)域的磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向下,區(qū)域的磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向上,兩勻強(qiáng)磁場(chǎng)在斜面上的寬度均為L(zhǎng),一個(gè)質(zhì)量為m、電阻為R、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形金屬線框,由靜止開始沿導(dǎo)軌下滑,當(dāng)線圈運(yùn)動(dòng)到ab邊剛越過(guò)ee即做勻速直線運(yùn)動(dòng);當(dāng)線框剛好有一半進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí),線框又恰好做勻速

10、直線運(yùn)動(dòng).求:第17頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一圖4(1)當(dāng)線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度v.(2)當(dāng)線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的加速度.(3)當(dāng)線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域到剛好有一半進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量Q.第18頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一思路點(diǎn)撥 (1)第一次勻速直線運(yùn)動(dòng)和第二次勻速直線運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)相同嗎?(2)這一過(guò)程中都有幾種形式的能參與了轉(zhuǎn)化?解析 (1)ab邊剛越過(guò)ee即做勻速直線運(yùn)動(dòng),線框所受合力F為零.E=Blv,I= ,則mgsin =BIL解得v=第19頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一(2)當(dāng)a

11、b邊剛越過(guò)ff時(shí),線框中的總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=2BLv此時(shí)線框的加速度為a= -gsin = -gsin =3gsin (3)設(shè)線框再次做勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v,則mgsin =2B v=由能量守恒定律得Q=mg Lsin +( mv2- mv2)= mgLsin +第20頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一答案 (1) (2)3gsin （3） mgLsin +方法提煉求解焦耳熱的途徑(1)感應(yīng)電路中產(chǎn)生的焦耳熱等于克服安培力做的功,即Q=WA.(2)感應(yīng)電路中電阻產(chǎn)生的焦耳熱等于電流通過(guò)電阻做的功,即Q=I2Rt.(3)感應(yīng)電流中產(chǎn)生的焦耳熱等于電磁感應(yīng)現(xiàn)象中其他形式能量的

12、減少,即Q=E他.第21頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一變式練習(xí)2 如圖5所示,將邊長(zhǎng)為a、質(zhì)量為m、電阻為R的正方形導(dǎo)線框豎直向上拋出,穿過(guò)寬度為b、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里.線框向上離開磁場(chǎng)時(shí)的速度剛好是進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的一半,線框離開磁場(chǎng)后繼續(xù)上升一段高度,然后落下并勻速進(jìn)入磁場(chǎng).整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終存在著大小恒定的空氣阻力Ff,且線框不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng).求:(1)線框在下落階段勻速進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度v2.(2)線框在上升階段剛離開磁場(chǎng)時(shí)的速度v1.(3)線框在上升階段通過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱Q.圖5第22頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)

13、25分，星期一解析 (1)線框在下落階段勻速進(jìn)入磁場(chǎng)瞬間有mg=Ff+ 解得v2= (2)由動(dòng)能定理,線框從離開磁場(chǎng)至上升到最高點(diǎn)的過(guò)程(mg+Ff)h= mv12 線框從最高點(diǎn)回落至進(jìn)入磁場(chǎng)瞬間(mg-Ff)h= mv22 由聯(lián)立解得v1= v2=第23頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一(3)設(shè)線框在向上通過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中,線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度為v0,由能量守恒定律有 mv02- mv12=Q+(mg+Ff)(a+b)v0=2v1Q= (mg)2-Ff2-(mg+Ff)(a+b)答案 (1) (2)(3) (mg)2-Ff2-(mg+Ff)(a+b)第24頁(yè)，共73頁(yè)，2

14、022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一題型3 電磁感應(yīng)問(wèn)題的綜合應(yīng)用【例3】光滑的平行金屬導(dǎo)軌長(zhǎng) L=2 m,兩導(dǎo)軌間距d=0.5 m,軌 道平面與水平面的夾角 =30, 導(dǎo)軌上端接一阻值為R=0.6的 電阻,軌道所在空間有垂直軌道 平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)的磁 感應(yīng)強(qiáng)度B=1 T,如圖6所示.有一質(zhì)量m=0.5kg、電阻 r=0.4的 金屬棒ab,放在導(dǎo)軌最上端,其余部分電阻不 計(jì).當(dāng)棒ab從軌道最上端由靜止開始下滑到底端脫離軌 道時(shí),電阻R上產(chǎn)生的熱量 =0.6 J,取g=10m/s2, 試求:圖6第25頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一(1)當(dāng)棒的速度v =2

15、 m/s時(shí),電阻R兩端的電壓.(2)棒下滑到軌道最底端時(shí)的速度大小.(3)棒下滑到軌道最底端時(shí)的加速度大小.解析 (1)速度v=2 m/s時(shí),棒中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Bdv =1 V 電路中的電流I = =1 A 所以電阻R兩端的電壓U=IR=0.6 V 第26頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一(2)根據(jù)Q=I 2RtR在棒下滑的整個(gè)過(guò)程中金屬棒中產(chǎn)生的熱量 設(shè)棒到達(dá)底端時(shí)的速度為v m,根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律,得mgLsin = 解得v m=4 m/s 第27頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一(3)棒到底端時(shí)回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流根據(jù)牛頓第二定律

16、有mg sin -BI md=ma 解得a=3 m/s2 答案 (1)0.6V(2)4 m/s(3)3m/s2第28頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一 本題共10分.其中式各1分, 式各2分.【名師導(dǎo)析】本題是典型的電磁感應(yīng)綜合題,涉及到電路知識(shí)和能量知識(shí).特別注意第(2)問(wèn)中不要漏掉AD、BF段的電動(dòng)勢(shì),在計(jì)算DF間電壓時(shí)注意計(jì)算的是路端電壓,等于電流與外電阻之積,不是UFD= Lr = Blv0.第(3)問(wèn)中注意分析能量關(guān)系,不能漏掉重力勢(shì)能的變化量.【評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)】第29頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一 本題共10分.其中式各1分, 式2分.

17、【名師導(dǎo)析】1.本題綜合考查電磁感應(yīng)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律等，解答的關(guān)鍵是對(duì)金屬框進(jìn)行正確的受力分析，弄清楚能量的轉(zhuǎn)化情況.2.對(duì)導(dǎo)體棒或線框受力分析時(shí)，安培力是它們受到的其中一個(gè)力，因此分析導(dǎo)體棒或線框的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，方法與力學(xué)中完全相同，但必須注意的是，安培力是個(gè)容易變化的力，其大小和方向都可能隨著速度的變化而變化.【評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)】第30頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一自我批閱(20分)如圖7所示,足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ豎直放置,一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)導(dǎo)軌平面,導(dǎo)軌的上端M與P間連接阻值為R=0.30 的電阻,長(zhǎng)為L(zhǎng)=

18、0.40 m、電阻為r=0.20 的金屬棒ab緊貼在導(dǎo)軌上.現(xiàn)使金屬棒ab由靜止開始下滑,通過(guò)傳感器記錄金屬棒ab下滑的距離,其下滑距離與時(shí)間的關(guān)系如下表所示,導(dǎo)軌電阻不計(jì).(g=10 m/s2)求:圖7第31頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一(1)在前0.4 s的時(shí)間內(nèi),金屬棒ab電動(dòng)勢(shì)的平均值.(2)金屬棒的質(zhì)量.(3)在前0.7 s的時(shí)間內(nèi),電阻R上產(chǎn)生的熱量.時(shí)間t(s)00.100.200.300.400.500.600.70下滑距離x（m）00.100.300.701.201.702.202.70第32頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期

19、一解析 (1) = =0.6 V (4分)(2)從表格中數(shù)據(jù)可知,0.3 s后金屬棒做勻速運(yùn)動(dòng)速度v= =5 m/s (2分)由mg-F=0 (2分)F=BIL (2分)I= (2分)E=BLv (2分)解得m=0.04 kg (1分)第33頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一(3)金屬棒在下滑過(guò)程中,有重力和安培力做功,克服安培力做的功等于回路的焦耳熱.則mgx= mv2-0+Q (2分)QR= (2分)解得QR=0.348 J (1分)答案 (1)0.6 V (2)0.04 kg (3)0.348 J第34頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一素能

20、提升1.如圖8所示,邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形導(dǎo)線框質(zhì) 量為m,由距磁場(chǎng)H高處自由下落,其下邊 ab進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后,線圈開始做減速運(yùn)動(dòng), 直到其上邊cd剛剛穿出磁場(chǎng)時(shí),速度減為 ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的一半,磁場(chǎng)的寬度也 為L(zhǎng),則線框穿越勻強(qiáng)磁場(chǎng)過(guò)程中發(fā)出的 焦耳熱為 ( ) A.2mgL B.2mgL+mgH C.2mgL+ mgH D.2mgL+ mgH圖8第35頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一解析 設(shè)剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為v1,剛穿出磁場(chǎng)時(shí)的速度v2= 線框自開始進(jìn)入磁場(chǎng)到完全穿出磁場(chǎng)共下落高度為2L.由題意 mv12=mgH mv12+mg2L= mv22+Q 由得Q=2mg

21、L+ mgH,C選項(xiàng)正確.答案 C第36頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一2.如圖9所示,平行導(dǎo)軌與水平地面成 角,沿水平方向橫放在平行導(dǎo)軌上 的金屬棒ab處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)加一個(gè) 豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),且使磁場(chǎng)的磁 感應(yīng)強(qiáng)度逐漸增大,直到ab開始運(yùn)動(dòng), 在運(yùn)動(dòng)之前金屬棒ab受到的靜摩擦力 可能是 ( ) A.逐漸減小,方向不變 B.逐漸增大,方向不變 C.先減小后增大,方向發(fā)生變化 D.先增大后減小,方向發(fā)生變化圖9第37頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一解析 沒有加磁場(chǎng)前金屬棒ab受力如下圖甲,Ff=mgsin ;當(dāng)加磁場(chǎng)后由楞次定律可以判斷回路

22、感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針,磁場(chǎng)會(huì)立即對(duì)電流施加力的作用,金屬棒ab的受力如圖乙,Ff=mgsin +F安cos ,很顯然金屬棒ab后來(lái)受到的靜摩擦力大于開始時(shí)的靜摩擦力,故B項(xiàng)正確.答案 B甲乙第38頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一3.平行金屬導(dǎo)軌MN豎直放置于絕緣水 平地板上如圖10所示,金屬桿PQ可以 緊貼導(dǎo)軌無(wú)摩擦滑動(dòng),導(dǎo)軌間除固定 電阻R外,其他電阻不計(jì),勻強(qiáng)磁場(chǎng)B垂 直穿過(guò)導(dǎo)軌平面,以下有兩種情況:第 一次,閉合開關(guān)S,然后從圖中位置由 靜止釋放PQ,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后PQ勻速到達(dá)地面; 第二次,先從同一高度由靜止釋放PQ,當(dāng)PQ下滑 一段距離后突然關(guān)閉開關(guān),最終

23、PQ也勻速到達(dá)了 地面.設(shè)上述兩種情況下PQ由于切割磁感線產(chǎn)生 的電能(都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能)分別為E1、E2,則可斷定( )圖10第39頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一A.E1E2B.E1=E2C.E1E2D.無(wú)法判定E1、E2的大小解析 設(shè)PQ棒的質(zhì)量為m,勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v,導(dǎo)軌寬l,則由平衡條件,得BIl=mg,而I= ,E=Blv,所以v= ,可見PQ棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度與何時(shí)閉合開關(guān)無(wú)關(guān),即PQ棒兩種情況下落地速度相同,由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律得:機(jī)械能的損失完全轉(zhuǎn)化為電能,故兩次產(chǎn)生的電能相等.答案 B第40頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一4.

24、如圖11所示,固定在水平絕緣平面上足 夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌不計(jì)電阻,但表面粗糙, 導(dǎo)軌左端連接一個(gè)電阻R,質(zhì)量為m的金 屬棒(電阻也不計(jì))放在導(dǎo)軌上,并與導(dǎo) 軌垂直,整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng) 方向與導(dǎo)軌平面垂直.用水平恒力F把a(bǔ)b棒從靜止 起向右拉動(dòng)的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是 ( ) A.恒力F做的功等于電路產(chǎn)生的電能 B.恒力F和摩擦力的合力做的功等于電路中產(chǎn)生 的電能 C.克服安培力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能 D.恒力F和摩擦力的合力做的功等于電路中產(chǎn)生 的電能和棒獲得的動(dòng)能之和圖11第41頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一解析 物體克服安培力做功,其他形式的能轉(zhuǎn)化為

25、電能,且功的數(shù)值等于電路中產(chǎn)生的電能,C正確;由動(dòng)能定理知,恒力F、安培力和摩擦力三者的合力做的功等于物體動(dòng)能的增加量,故A、B錯(cuò)誤,D正確,也可從能量守恒角度進(jìn)行判定,即恒力F做的功等于電路中產(chǎn)生的電能、因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能及棒動(dòng)能的增加.答案 CD第42頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一5.如圖12所示,兩根水平放置的相互 平行的金屬導(dǎo)軌ab、cd表面光滑, 處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬 棒PQ垂直于導(dǎo)軌放在上面,以速度 v向右勻速運(yùn)動(dòng),欲使棒PQ停下來(lái),下面的措施可行的是(導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),棒PQ有電阻) ( ) A.在PQ右側(cè)垂直于導(dǎo)軌再放上一根同樣的金屬棒 B.在P

26、Q右側(cè)垂直于導(dǎo)軌再放上一根質(zhì)量和電阻均 比棒PQ大的金屬棒 C.將導(dǎo)軌的a、c兩端用導(dǎo)線連接起來(lái) D.將導(dǎo)軌的a、c兩端和b、d兩端分別用導(dǎo)線連接 起來(lái)圖12第43頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一解析 在PQ棒右側(cè)放金屬棒時(shí),回路中會(huì)有感應(yīng)電流,使金屬棒加速,PQ棒減速,當(dāng)獲得共同速度時(shí),回路中感應(yīng)電流為零,兩棒都將勻速運(yùn)動(dòng),A、B項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)一端或兩端用導(dǎo)線連接時(shí),PQ的動(dòng)能將轉(zhuǎn)化為內(nèi)能而最終靜止,C、D兩選項(xiàng)正確.答案 CD第44頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一6.如圖13所示,金屬桿ab可在平行金屬 導(dǎo)軌上滑動(dòng),金屬桿電阻R0=0.5 ,

27、 長(zhǎng)L=0.3 m,導(dǎo)軌一端串接一電阻R= 1 ,勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2 T, 當(dāng)ab以v=5 m/s向右勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,求: (1)ab間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和ab間的電壓U. (2)所加沿導(dǎo)軌平面的水平外力F的大小. (3)在2 s時(shí)間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量Q.圖13第45頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一解析 (1)根據(jù)公式:E=BLv=3 VI= ,U=IR=2 V(2)F=F安=BIL=1.2 N(3)2 s內(nèi)產(chǎn)生的總熱量Q等于安培力做的功Q=F安x=F安vt=12 J電阻R上產(chǎn)生的熱量為QR= Q=8 J答案 (1)3 V 2 V (2)1.2 N (3)8 J第4

28、6頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一7.如圖14甲所示,空間存在B=0.5 T,方向豎直向下 的勻強(qiáng)磁場(chǎng),MN、PQ是處于同一水平面內(nèi)相互平 行的粗糙長(zhǎng)直導(dǎo)軌,間距L=0.2 m,R是連在導(dǎo)軌一 端的電阻,ab是跨接在導(dǎo)軌上質(zhì)量m=0.1 kg的導(dǎo) 體棒.從零時(shí)刻開始,通過(guò)一小型電動(dòng)機(jī)對(duì)ab棒施 加一個(gè)牽引力F,方向水平向左,使其從靜止開始 沿導(dǎo)軌做加速運(yùn)動(dòng),此過(guò)程中棒始終保持與導(dǎo)軌 垂直且接觸良好.圖乙是棒的vt圖象,其中OA段 是直線,AC段是曲線,DE是曲線圖象的漸近線,小 型電動(dòng)機(jī)在12 s末達(dá)到額定功率P額=4.5 W,此后 功率保持不變.除R以外,其余部分的

29、電阻均不計(jì),g=10 m/s2.第47頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一(1)求導(dǎo)體棒在012 s內(nèi)的加速度大小.(2)求導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)及電阻R的阻值.(3)若t=17 s時(shí),導(dǎo)體棒ab達(dá)到最大速度,從017 s內(nèi)共發(fā)生位移100 m,試求1217 s內(nèi),R上產(chǎn)生的熱量是多少?圖14第48頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一解析 (1)由vt圖象知a= = =0.75 m/s2(2)導(dǎo)體棒在012 s內(nèi)做勻加速運(yùn)動(dòng),電動(dòng)機(jī)的輸出功率在增大,12 s末達(dá)額定功率,做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng),16 s后做勻速運(yùn)動(dòng).設(shè)12 s末的速度為v1,

30、012 s內(nèi)的加速度為a1,E1=Blv1,I1=由牛頓第二定律F1- mg-BI1L=ma1則P額=F1v1在乙圖C點(diǎn)時(shí)棒達(dá)到最大速度vm=10 m/sEm=Blvm,Im=由牛頓第二定律：F2- mg-BImL=0則P額=F2vm聯(lián)立,代入數(shù)據(jù)解得 =0.2,R=0.4 第49頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一(3)在012 s內(nèi)通過(guò)的位移:x1= (0+v1)t1=54 mAC段過(guò)程發(fā)生的位移:x2=100-x1=46 m由能量守恒:P0t=QR+ mgx2+ mvm2- mv12解得QR=12.35 J答案 (1)0.75 m/s2 (2)0.2 0.4 (3)

31、12.35 J第50頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一反思總結(jié)B第51頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一 【例2】如圖2所示,兩根無(wú)限長(zhǎng)直的金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為 的絕緣斜面上,兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻.一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上,并與導(dǎo)軌垂直,整套裝置處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直于斜面向上,導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略.讓金屬桿ab沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑,經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間后,金屬桿達(dá)到最大速度vm,在這個(gè)過(guò)程中,電阻R上產(chǎn)生的熱為Q.導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好,它們之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 ,且 tan .重力加

32、速度為g.(1)求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小.第52頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一(2)金屬桿在加速下滑過(guò)程中,當(dāng)速度達(dá)到 vm時(shí),求此時(shí)桿的加速度大小.(3)求金屬桿從靜止開始至達(dá)到最大速度時(shí)下降的高度.嘗試解題第53頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一解析 (1)當(dāng)桿達(dá)到最大速度時(shí)受力平衡,受力如下圖所示.mgsin =BIL+ FNFN=mgcos 電路中的電流解得第54頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一(2)當(dāng)桿的速度為 vm時(shí),由牛頓第二定律mgsin -BIL- FN=ma此時(shí)電路中電流I=解得a= g(sin - c

33、os )(3)設(shè)金屬桿從靜止開始至達(dá)到最大速度時(shí)下降的高度為h,由能量守恒mgh= 又h=xsin解得h=第55頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一答案第56頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一1.世界上海拔最高、線路最長(zhǎng)的鐵路是青藏鐵路, 青藏鐵路安裝的一種電磁裝置可以向控制中心傳 輸信號(hào),以確定火車的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài),其原理是 將能產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁鐵安裝在火車首節(jié)車廂下 面,如圖4甲所示(俯視圖),當(dāng)它經(jīng)過(guò)安放在兩鐵軌間的線圈時(shí),線圈便產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)傳輸給控制中心.線圈邊長(zhǎng)分別為l1和l2,匝數(shù)為n,線圈和傳輸 線的電阻忽略不計(jì).若火車通過(guò)線圈時(shí),

34、控制中心 接收到的線圈兩端的電壓信號(hào)u與時(shí)間t的關(guān)系如 圖乙所示(ab、cd均為直線),t1、t2、t3、t4是運(yùn)動(dòng) 過(guò)程的四個(gè)時(shí)刻,則火車 ( )第57頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一圖4第58頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一A.在t1t2時(shí)間內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B.在t3t4時(shí)間內(nèi)做勻減速直線運(yùn)動(dòng)C.在t1t2時(shí)間內(nèi)加速度大小為D.在t3t4時(shí)間內(nèi)平均速度的大小為解析 由題意知: 是線圈中l(wèi)1切割磁感線而產(chǎn)生的,故 =nBl1v,由ut圖象知:t1t2與t3t4時(shí)間內(nèi),速度v大小隨時(shí)間t均勻遞增,推知火車做勻加速運(yùn)動(dòng),A對(duì),B錯(cuò);其中v=

35、,t1t2:a= ,C對(duì);t3t4內(nèi): ，D對(duì).答案 ACD第59頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一2.如圖5所示,矩形線圈長(zhǎng)為L(zhǎng),寬為h, 電阻為R,質(zhì)量為m,在空氣中豎直下 落一段距離后(空氣阻力不計(jì)),進(jìn)入 一寬為h、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁 場(chǎng)中,線圈進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能為Ek1, 穿出磁場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能為Ek2,這一過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱為Q,線圈克服安培力做的功為W1,重力做的功為 W2,線圈重力勢(shì)能的減少量為Ep,則以下關(guān)系中 正確的是 ( )圖5第60頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一A.Q=Ek1B.Q=W2-W1C.Q=W1D.W2=W1+E

36、k2-Ek1解析 安培力做的負(fù)功等于其他能轉(zhuǎn)化的電能,電能最后變成熱能,故C正確;根據(jù)動(dòng)能定理,有W2-W1=Ek2-Ek1,故D正確.答案 CD第61頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一3.如圖6所示,平行光滑的金屬導(dǎo) 軌豎直放置,寬為L(zhǎng),上端接有阻 值為R的定值電阻,質(zhì)量為m的金 屬桿與導(dǎo)軌垂直且接觸良好.勻 強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面,磁感應(yīng) 強(qiáng)度為B.導(dǎo)軌和桿的電阻不計(jì). 金屬桿由靜止開始下落,下落h時(shí)速度達(dá)到最大, 重力加速度為g.求: (1)金屬桿的最大速度vm. (2)金屬桿由靜止開始下落至速度最大過(guò)程中,電 阻R上產(chǎn)生的熱量Q.圖6第62頁(yè)，共73頁(yè)，2022年

37、，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一解析 (1)金屬桿速度最大時(shí),安培力與重力平衡,有mg=BIL金屬桿中的電動(dòng)勢(shì)E=BLv由歐姆定律I= ,則有vm=(2)由功能關(guān)系得mgh=Q+ mv2則Q=mgh- m =mgh-答案 (1) (2)第63頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一4.邊長(zhǎng)L=0.1 m的正方形金屬線框abcd,質(zhì)量m= 0.1 kg,總電阻R=0.02 ,從高為h=0.2 m處自 由下落(abcd始終在豎直平面內(nèi)且ab水平),線框 下有一水平的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),豎直寬度L=0.1 m, 磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0 T,方向如圖7所示,(g=10 m/s2).求:圖7

38、第64頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一(1)線框穿越磁場(chǎng)過(guò)程中發(fā)出的熱.(2)全程通過(guò)a點(diǎn)截面的電荷量.(3)在坐標(biāo)系中畫出線框從開始下落到dc邊穿出磁場(chǎng)的速度與時(shí)間的圖象.解析 (1)因?yàn)榫€框abcd進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),v1= =2 m/s產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E=Blv1=0.2 V安培力FA=BIL=BL =1 NFA=mg,故線框在磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng),由能量關(guān)系可知發(fā)出熱量為Q=mg2L=0.11020.1 J=0.2 J第65頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，14點(diǎn)25分，星期一(2)因?yàn)閍b與dc切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)和電流是E=Blv1,I=所以通過(guò)a點(diǎn)電荷量Q=It= =1 C(3)由(1)可知,線框自由下落的時(shí)間t1= =0.2 s在磁場(chǎng)內(nèi)做勻速運(yùn)動(dòng)v=v1時(shí)間t2= =0.2 s圖象如下圖所示答