【學(xué)海導(dǎo)航】高中物理第2輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題4 第3講 電磁感應(yīng)和力學(xué)綜合課件

第講3電磁感應(yīng)和力學(xué)綜合專(zhuān)題四電路和電磁感應(yīng)

1．電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題解決這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵在于通過(guò)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析來(lái)尋找過(guò)程中的臨界狀態(tài)，如速度、加速度取最大值或最小值的條件等，基本思路是：

2．電磁感應(yīng)中的能量、動(dòng)量問(wèn)題無(wú)論是使閉合回路的磁通量發(fā)生變化，還是使閉合回路的部分導(dǎo)體切割磁感線，都要消耗其他形式的能量，轉(zhuǎn)化為回路中的電能．這個(gè)過(guò)程不僅體現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)化，而且體現(xiàn)了能的守恒，使我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)包含電和磁在內(nèi)的能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律的普遍性．分析問(wèn)題時(shí)，應(yīng)當(dāng)牢牢抓住能量守恒這一基本規(guī)律，分析清楚有哪些力做功，就可知道有哪些形式的能量參與了相互轉(zhuǎn)化，如有摩擦力做功，必然有內(nèi)能出現(xiàn)；重力做功，就可能有機(jī)械能參與轉(zhuǎn)化；安培力做負(fù)功就將其他形式能轉(zhuǎn)化為電能，做正功將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能；然后利用能量守恒列出方程求解．

3．“雙桿”類(lèi)問(wèn)題當(dāng)“雙桿”向相反方向做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)電池正向串聯(lián)；當(dāng)兩桿分別沿相同方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)電池反向串聯(lián)；“雙桿”在不等寬導(dǎo)軌上同向運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩桿所受的安培力不等大反向，所以不能利用動(dòng)量守恒定律解題．

4．電磁感應(yīng)中的一個(gè)重要推論——安培力的沖量公式感應(yīng)電流通過(guò)直導(dǎo)線時(shí)，直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中要受到的安培力的作用，當(dāng)導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直時(shí)，安

類(lèi)型一：電磁感應(yīng)中的動(dòng)態(tài)分析【例1】(2011·天津)如圖4-3-1所示，兩根足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ間距為l=0.5m，其電阻不計(jì)，兩導(dǎo)軌及其構(gòu)成的平面均與水平面成30°角．完全相同的兩金屬棒ab、cd分別垂直導(dǎo)軌放置，每棒兩端都與導(dǎo)軌始終有良好接觸，已知兩棒質(zhì)量均為m=0.02kg，電阻均為R=0.1Ω，整個(gè)裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T，棒ab在平行于導(dǎo)軌向上的力F作用下，沿導(dǎo)軌向上勻速運(yùn)動(dòng)，而棒cd恰好能夠保持靜止．取g=10m/s2，問(wèn)：(1)通過(guò)棒cd的電流I是多少，方向如何？(2)棒ab受到的力F多大？(3)棒cd每產(chǎn)生Q=0.1J的熱量，力F做的功W是多少？圖4-3-1【命題立意】本題考查電磁感應(yīng)、平衡及能量守恒問(wèn)題．【解析】(1)棒cd受到的安培力Fcd=IlB①棒cd在共點(diǎn)力作用下平衡，則Fcd=mgsin30°②由①②式，代入數(shù)據(jù)得I=1A③根據(jù)楞次定律可知，棒cd中的電流方向由d至c④(2)棒ab與棒cd受到的安培力大小相等Fab=Fcd對(duì)棒ab，由共點(diǎn)力平衡知F=mgsin30°+IlB⑤代入數(shù)據(jù)解得F=0.2N⑥(3)設(shè)在時(shí)間t內(nèi)棒cd產(chǎn)生Q=0.1J熱量，由焦耳定律知Q=I2Rt⑦設(shè)棒ab勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小為v，其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Blv⑧【變式題】如圖4-3--2所示，豎豎直平面面內(nèi)有一一半徑為為r、內(nèi)阻為為R1、粗細(xì)均均勻的光光滑半圓圓形金屬屬環(huán)，在在M、N處與相距距為2r、電阻不不計(jì)的平平行光滑滑金屬軌軌道ME、NF相接，EF之間接有有電阻R2，已知R1=12R，R2=4R.在MN上方及CD下方有水水平方向向的勻強(qiáng)強(qiáng)磁場(chǎng)Ⅰ和Ⅱ，磁感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)度大大小均為為B.現(xiàn)有質(zhì)量量為m、電阻不不計(jì)的導(dǎo)導(dǎo)體棒ab，從半圓圓環(huán)的最最高點(diǎn)A處由靜止止下落，，在下落落過(guò)程中中導(dǎo)體棒棒始終保保持水平平，與半半圓形金金屬環(huán)及及軌道接接觸良好好，平行行軌道夠夠長(zhǎng)．已已知導(dǎo)體體棒ab下落r/2時(shí)的速度度大小為為v1，下落到到MN處的速度度大小為為v2.(1)求導(dǎo)體棒棒ab從A下落r/2時(shí)的加速速度大小?。?2)若導(dǎo)體棒棒ab進(jìn)入磁場(chǎng)場(chǎng)Ⅱ后棒中電電流大小小始終不不變，求求磁場(chǎng)Ⅰ和Ⅱ之間的距距離h和R2上的電功功率P2.(3)若將磁場(chǎng)場(chǎng)Ⅱ的CD邊界略微微下移，，導(dǎo)體棒圖4-3--2【解析】(1)以導(dǎo)體棒棒為研究究對(duì)象，，棒在磁磁場(chǎng)Ⅰ中切割磁磁感線，，棒中產(chǎn)產(chǎn)生感應(yīng)應(yīng)電動(dòng)勢(shì)勢(shì)，導(dǎo)體體棒ab從A下落r/2時(shí)，導(dǎo)體棒在在重力與安培培力作用下做做加速運(yùn)動(dòng)，，由牛頓第二二定律，得類(lèi)型二：電磁磁感應(yīng)中的能能量、動(dòng)量問(wèn)問(wèn)題【例2】如圖4-3-3所示，兩根間間距為l(1)ab棒在N處進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)區(qū)時(shí)棒中電流流是多少？(2)cd棒能達(dá)到的最最大速度是多多大？(3)cd棒由靜止到達(dá)達(dá)最大速度過(guò)過(guò)程中，系統(tǒng)統(tǒng)所能釋放的的熱量是多少少？圖4-3-3【解析】(1)ab棒由靜止從M滑下到N的過(guò)程中，只只有重力做功功，機(jī)械能守守恒，所以到到N處速度可求，，進(jìn)而可求ab棒切割磁感線線時(shí)產(chǎn)生的感感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和和回路中的感感應(yīng)電流．a(chǎn)b棒由M下滑到N過(guò)程中，機(jī)械械能守恒，故故有：【答案】

【規(guī)律方法總結(jié)結(jié)】在解決問(wèn)題時(shí)時(shí)應(yīng)用了動(dòng)量量守恒，能量量守恒等規(guī)律律．【變式題】(2011·鹽城中學(xué)二模模)渦流制動(dòng)是磁磁懸浮列車(chē)在在高速運(yùn)行時(shí)時(shí)進(jìn)行制動(dòng)的的一種方式．．某研究所制制成如圖4-3-4所示的車(chē)和軌軌道模型來(lái)定定量模擬磁懸懸浮列車(chē)的渦渦流制動(dòng)過(guò)程程．車(chē)廂下端端安裝有電磁磁鐵系統(tǒng)，能能在長(zhǎng)為L(zhǎng)1=0.6m，寬L2=0.2m的矩形區(qū)域內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生豎直方方向的勻強(qiáng)磁磁場(chǎng)，磁感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)度可隨車(chē)車(chē)速的減小而而自動(dòng)增大(由車(chē)內(nèi)速度傳傳感器控制)，但最大不超超過(guò)B1=2T，將長(zhǎng)大于L1，寬也為L(zhǎng)2的單匝矩形線線圈，間隔鋪鋪設(shè)在軌道正正中央，其間間隔也為L(zhǎng)2，每個(gè)線圈的的電阻為R1=0.1Ω，導(dǎo)線粗細(xì)忽忽略不計(jì)．在在某次實(shí)驗(yàn)中中，模型車(chē)速速度為v0=20m/s時(shí)，啟動(dòng)電磁磁鐵系統(tǒng)開(kāi)始始制動(dòng)，車(chē)立立即以加速度度a1=2m/s2做勻減速直線線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)磁磁感應(yīng)強(qiáng)度增增加到B1時(shí)就保持不變變，直到模型型車(chē)停止運(yùn)動(dòng)動(dòng)．已知模型型車(chē)的總質(zhì)量量為m1=36kg，空氣阻力不不計(jì)．不考慮慮磁感應(yīng)強(qiáng)度度的變化引起起的電磁感應(yīng)應(yīng)現(xiàn)象以及線線圈激發(fā)的磁磁場(chǎng)對(duì)電磁鐵鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)的的影響．(1)試分析模型車(chē)車(chē)制動(dòng)的原理理；(2)電磁鐵的磁感感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到到最大時(shí)，模型型車(chē)的速度為為多大．圖4-3-4【解析】(1)磁場(chǎng)對(duì)矩形線線圈有向右的的作用力，則則矩形線圈對(duì)對(duì)電磁鐵有向向左的作用力力，阻礙模型型車(chē)的運(yùn)動(dòng)．．類(lèi)型三：電磁磁感應(yīng)中的““雙桿問(wèn)題””【例3】(2011·海南)如圖4-3-5，ab和cd是兩條豎直放放置的長(zhǎng)直光光滑金屬導(dǎo)軌軌，MN和M′N(xiāo)′是兩根用細(xì)線線連接的金屬屬桿，其質(zhì)量量分別為m和2m.豎直向上的外外力F作用在桿MN上，使兩桿水水平靜止，并并剛好與導(dǎo)軌軌接觸；兩桿桿的總電阻為為R，導(dǎo)軌間距為為l.整個(gè)裝置處在在磁感應(yīng)強(qiáng)度度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中中，磁場(chǎng)方向向與導(dǎo)軌所在在平面垂直．．導(dǎo)軌電阻可可忽略，重力力加速度為g.在t=0時(shí)刻將細(xì)線燒燒斷，保持F不變，金屬桿桿和導(dǎo)軌始終終接觸良好．．求(1)細(xì)線燒斷后，，任意時(shí)刻兩兩桿運(yùn)動(dòng)的速速度之比；(2)兩桿分別達(dá)到到的最大速度度．圖4-3-5【解析】設(shè)某時(shí)刻MN和M′N(xiāo)′速度分別為v1、v2.(1)MN和M′N(xiāo)′動(dòng)量守恒：【變式題】磁懸浮列車(chē)是是一種高速運(yùn)運(yùn)載工具．它它具有兩個(gè)重重要系統(tǒng)：一一是懸浮系統(tǒng)統(tǒng)，利用磁力力使車(chē)體在導(dǎo)導(dǎo)軌上懸浮起起來(lái)；另一是是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，，在沿軌道上上安裝的三相相繞組中，通通上三相交流流電，產(chǎn)生隨隨時(shí)間和空間間做周期性變變化的磁場(chǎng)，，磁場(chǎng)與固連連在車(chē)體下端端的感應(yīng)金屬屬板相互作用用，使車(chē)體獲獲得牽引力．．圖4-3-6【解析】(1)磁場(chǎng)向-x方向運(yùn)動(dòng)，等等效金屬框向向+x方向運(yùn)動(dòng)．t=0時(shí)刻，金屬框框產(chǎn)生的電動(dòng)動(dòng)勢(shì)類(lèi)型四：電磁磁感應(yīng)中的動(dòng)動(dòng)量定理的重重要應(yīng)用【例4】(2011·鹽城模擬)如圖4-3-7所示，寬度L=1.0m的光滑金屬框框架MNPQ固定于水平面面內(nèi)，以M為坐標(biāo)原點(diǎn)，，MN方向?yàn)閤軸正方向建立立坐標(biāo)系，x、y軸與虛線所包包圍的有界勻勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感感應(yīng)強(qiáng)度大小小B=0.5T，方向豎直向向下．現(xiàn)將質(zhì)質(zhì)量m=0.1kg的金屬棒ab放在框架上，，與y軸重合，受到到F=0.7N的力作用后，，由靜止沿x軸方向運(yùn)動(dòng)，，經(jīng)0.5s通過(guò)AB，接著一直做做a=2m/s2的勻加速直線線運(yùn)動(dòng)．PM段電阻為1，其他部分電電阻不計(jì)．求求(1)金屬棒ab在通過(guò)AB后0.5m的過(guò)程中，框框架中產(chǎn)生的的焦耳熱；(2)金屬棒ab在通過(guò)AB后0.4s時(shí)，切割磁感感線產(chǎn)生的電電動(dòng)勢(shì)；(3)金屬棒ab在剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)動(dòng)的0.5s內(nèi)，回路中流流過(guò)的電量．．圖4-3-7【解析】(1)金屬棒在勻加加速的過(guò)程中中，由牛頓第第二定律得：：F-F安=ma求得F安=0.5NWA=-F安x=-0.25JQ=-W安=0.25J(2)令金屬棒到達(dá)達(dá)AB時(shí)的瞬時(shí)速度度為v1,0.4s時(shí)棒的速度為F-FA=ma【變式題】光滑U型金屬框架寬寬為L(zhǎng)，足夠長(zhǎng)，其其上放一質(zhì)量量為m的金屬棒ab，左端連接有有一電容為C的電容器，現(xiàn)現(xiàn)給棒一個(gè)