2023屆高三物理【新教材】一輪復(fù)習(xí) 專題強(qiáng)化八 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)、能量和動(dòng)量問題

專題強(qiáng)化八電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)、能量和動(dòng)量問題【關(guān)鍵能力·分層突破】考點(diǎn)一電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題解決電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題的一般思路是“先電后力”，具體思路如下例1

[2021·全國甲卷，21](多選)由相同材料的導(dǎo)線繞成邊長相同的甲、乙兩個(gè)正方形閉合線圈，兩線圈的質(zhì)量相等，但所用導(dǎo)線的橫截面積不同，甲線圈的匝數(shù)是乙的2倍．現(xiàn)兩線圈在豎直平面內(nèi)從同一高度同時(shí)由靜止開始下落，一段時(shí)間后進(jìn)入一方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場的上邊界水平，如圖所示．不計(jì)空氣阻力，已知下落過程中線圈始終平行于紙面，上、下邊保持水平．在線圈下邊進(jìn)入磁場后且上邊進(jìn)入磁場前，可能出現(xiàn)的是(

)A．甲和乙都加速運(yùn)動(dòng)B．甲和乙都減速運(yùn)動(dòng)C．甲加速運(yùn)動(dòng)，乙減速運(yùn)動(dòng)D．甲減速運(yùn)動(dòng)，乙加速運(yùn)動(dòng)答案：AB

命題分析試題情境屬于綜合性題目，以閉合線圈下落產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢為素材創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)探索問題情境必備知識考查牛頓定律、直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律、電阻定律、閉合電路歐姆定律、導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢等知識關(guān)鍵能力考查理解能力、推理論證能力．理解相關(guān)知識和定律，推理論證得出結(jié)論學(xué)科素養(yǎng)考查物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究．要求考生在學(xué)習(xí)探索問題情境下探究推理得出新結(jié)論【跟進(jìn)訓(xùn)練】1.[2021·山東卷，12](多選)如圖所示，電阻不計(jì)的光滑U形金屬導(dǎo)軌固定在絕緣斜面上．區(qū)域Ⅰ、Ⅱ中磁場方向均垂直斜面向上，Ⅰ區(qū)中磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增加，Ⅱ區(qū)中為勻強(qiáng)磁場．阻值恒定的金屬棒從無磁場區(qū)域中a處由靜止釋放，進(jìn)入Ⅱ區(qū)后，經(jīng)b下行至c處反向上行．運(yùn)動(dòng)過程中金屬棒始終垂直導(dǎo)軌且接觸良好．在第一次下行和上行的過程中，以下敘述正確的是(

)A．金屬棒下行過b時(shí)的速度大于上行過b時(shí)的速度B．金屬棒下行過b時(shí)的加速度大于上行過b時(shí)的加速度C．金屬棒不能回到無磁場區(qū)D．金屬棒能回到無磁場區(qū)，但不能回到a處答案：ABD

下行過程中，根據(jù)牛頓第二定律可知B1I1L＋B2I2L－mgsinθ＝ma1上行過程中，根據(jù)牛頓第二定律可知B1I1L－B2I′2L－mgsinθ＝ma2比較加速度大小可知a1>a2由于bc段距離不變，下行過程中加速度大，上行過程中加速度小，所以金屬棒下行經(jīng)過b點(diǎn)時(shí)的速度大于上行經(jīng)過b點(diǎn)時(shí)的速度，A、B正確；Ⅰ區(qū)域產(chǎn)生的安培力總是大于沿斜面向下的作用力，所以金屬棒一定能回到無磁場區(qū)域，由于整個(gè)過程中電流通過金屬棒產(chǎn)生焦耳熱，金屬棒的機(jī)械能減少，所以金屬棒不能回到a處，C錯(cuò)誤，D正確．2．如圖甲所示，間距為L＝0.5m的兩條平行金屬導(dǎo)軌，水平放置在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.2T，軌道左側(cè)連接一定值電阻R＝1Ω.垂直導(dǎo)軌的導(dǎo)體棒ab在水平外力F作用下沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，并始終與導(dǎo)軌接觸良好．t＝0時(shí)刻，導(dǎo)體棒從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，力F隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖乙所示．已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.5，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻均不計(jì)．取g＝10m/s2，求：(1)導(dǎo)體棒的加速度大小；(2)導(dǎo)體棒的質(zhì)量．

考點(diǎn)二電磁感應(yīng)中的能量問題1．能量轉(zhuǎn)化2．求解焦耳熱Q的三種方法3．解題的一般步驟(1)確定研究對象(導(dǎo)體棒或回路)；(2)弄清電磁感應(yīng)過程中哪些力做功，以及哪些形式的能量相互轉(zhuǎn)化；(3)根據(jù)功能關(guān)系或能量守恒定律列式求解．例2

[2021·湖南卷，10](多選)兩個(gè)完全相同的正方形勻質(zhì)金屬框，邊長為L，通過長為L的絕緣輕質(zhì)桿相連，構(gòu)成如圖所示的組合體．距離組合體下底邊H處有一方向水平、垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場．磁場區(qū)域上下邊界水平，高度為L，左右寬度足夠大．把該組合體在垂直磁場的平面內(nèi)以初速度v0水平無旋轉(zhuǎn)拋出，設(shè)置合適的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B使其勻速通過磁場，不計(jì)空氣阻力．

答案：CD

命題分析試題情境屬于綜合性題目，以閉合線圈下落產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢為素材創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)探索問題情境必備知識考查牛頓定律、直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律、閉合電路歐姆定律、導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢、功率、功能關(guān)系等知識關(guān)鍵能力考查理解能力、推理論證能力．理解相關(guān)知識和定律，推理論證得出結(jié)論學(xué)科素養(yǎng)考查物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究．要求考生在學(xué)習(xí)探索問題情境下探究推理得出新結(jié)論【跟進(jìn)訓(xùn)練】3.(多選)一空間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場B，兩條電阻不計(jì)的平行光滑導(dǎo)軌豎直放置在磁場內(nèi)，如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T，導(dǎo)體棒ab、cd長度均為0.2m，電阻均為0.1Ω，重力均為0.1N，現(xiàn)用力向上拉動(dòng)導(dǎo)體棒ab，使之勻速上升(導(dǎo)體棒ab、cd與導(dǎo)軌接觸良好)，此時(shí)cd靜止不動(dòng)，則ab上升時(shí)，下列說法正確的是(

)A．a(chǎn)b受到的拉力大小為2NB．a(chǎn)b向上運(yùn)動(dòng)的速度為2m/sC．在2s內(nèi)，拉力做功，有0.4J的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能D．在2s內(nèi)，拉力做功為0.6J答案：BC

4．[2022·廣州市模擬]如圖甲所示，空間存在B＝0.5T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場，MN、PQ是水平放置的平行長直導(dǎo)軌，其間距L＝0.2m，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＝0.1kg的導(dǎo)體棒．從零時(shí)刻開始，對ab施加一個(gè)大小為F＝0.45N、方向水平向左的恒定拉力，使其從靜止開始沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，滑動(dòng)過程中棒始終保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，圖乙是棒的v-t圖像，其中AO是圖像在O點(diǎn)的切線，AB是圖像的漸近線．除R以外，其余部分的電阻均不計(jì)．設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力．已知當(dāng)棒的位移為100m時(shí)，其速度達(dá)到了最大速度10m/s.求：(1)R的阻值；(2)在棒運(yùn)動(dòng)100m過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱．

例3

如圖所示，在空間中有一垂直紙面方向的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場上下邊緣間距為h＝5.2m，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝1T，邊長為L＝1m、電阻為R＝1Ω、質(zhì)量為m＝1kg的正方形導(dǎo)線框緊貼磁場區(qū)域的上邊從靜止下落，當(dāng)線圈PQ邊到達(dá)磁場的下邊緣時(shí)，恰好開始做勻速運(yùn)動(dòng)，重力加速度為g＝10m/s2，求：(1)導(dǎo)線框的MN邊剛好進(jìn)磁場時(shí)的速度大??；(2)導(dǎo)線框從開始下落到PQ邊到達(dá)磁場下邊緣所經(jīng)歷的時(shí)間．

角度2動(dòng)量守恒定律在電磁感應(yīng)中的應(yīng)用例4(多選)如圖所示，在豎直向上磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝1T的勻強(qiáng)磁場中，兩條足夠長光滑平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面上，間距l(xiāng)＝1m，電阻不計(jì)，勻強(qiáng)磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直，金屬棒AB、CD水平放在兩導(dǎo)軌上，相隔為L＝0.2m，棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，AB棒質(zhì)量為m1＝0.2kg，CD棒質(zhì)量為m2＝0.4kg，兩金屬棒接入電路的總電阻R＝0.5Ω，若CD棒以v0＝3m/s的初速度水平向右運(yùn)動(dòng)，在兩根金屬棒運(yùn)動(dòng)到兩棒間距最大的過程中，下列說法正確的是(

)A．AB棒的最終速度大小為1m/sB．該過程中電路中產(chǎn)生的熱量為0.6JC．該過程中通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為0.4CD．兩金屬棒的最大距離為0.3m答案：BC

【跟進(jìn)訓(xùn)練】5.兩足夠長且不計(jì)電阻的光滑金屬軌道如圖甲所示放置，間距為d＝1m，在左端弧形軌道部分高h(yuǎn)＝1.25m處放置一金屬桿a，弧形軌道與平直軌道的連接處光滑無摩擦，在平直軌道右端放置另一金屬桿b，桿a、b的電阻分別為Ra＝2Ω、Rb＝5Ω，在平直軌道區(qū)域有豎直向上的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝2T．現(xiàn)桿b以初速度大小v0＝5m/s開始向左滑動(dòng)，同時(shí)由靜止釋放桿a，桿a由靜止滑到水平軌道的過程中，通過桿b的平均電流為0.3A；從