2025年高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件 第12章 專題強(qiáng)化18 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題

第十二章電磁感應(yīng)專題強(qiáng)化十八電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破提能訓(xùn)練練案[61]核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破1電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題(能力考點(diǎn)·深度研析)1．導(dǎo)體的兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(1)導(dǎo)體的平衡狀態(tài)——靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。處理方法：根據(jù)平衡條件列式分析。(2)導(dǎo)體的非平衡狀態(tài)——加速度不為零。處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系分析。2．研究對(duì)象和分析步驟?考向1

“單棒＋電阻”模型與“單棒＋電容器”模型?考向2電磁感應(yīng)中的“金屬棒＋電源”模型(多選)(2023·安徽模擬)水平固定放置的足夠長(zhǎng)的光滑平行導(dǎo)軌，電阻不計(jì)，間距為L(zhǎng)，左端連接的電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，質(zhì)量為m的金屬桿垂直靜放在導(dǎo)軌上，金屬桿處于導(dǎo)軌間部分的電阻為R。整個(gè)裝置處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示。閉合開(kāi)關(guān)，金屬桿由靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌做變加速運(yùn)動(dòng)直至達(dá)到最大速度，則下列說(shuō)法正確的是()ABD【跟蹤訓(xùn)練】(導(dǎo)體的平衡狀態(tài))(多選)(2023·山東卷)足夠長(zhǎng)U形導(dǎo)軌平置在光滑水平絕緣桌面上，寬為1m，電阻不計(jì)。質(zhì)量為1kg、長(zhǎng)為1m、電阻為1Ω的導(dǎo)體棒MN放置在導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌形成矩形回路并始終接觸良好，Ⅰ和Ⅱ區(qū)域內(nèi)分別存在豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1和B2，其中B1＝2T，方向向下。用不可伸長(zhǎng)的輕繩跨過(guò)固定輕滑輪將導(dǎo)軌CD段中點(diǎn)與質(zhì)量為0.1kg的重物相連，繩與CD垂直且平行于桌面。如圖所示，某時(shí)刻MN、CD同時(shí)分別進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ和Ⅱ并做勻速直線運(yùn)動(dòng)，MN、CD與磁場(chǎng)邊界平行。MN的速度v1＝2m/s，CD的速度為v2且v2>v1，MN和導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2。重力加速度大小取

10m/s2，下列說(shuō)法正確的是()BDA．B2的方向向上 B．B2的方向向下C．v2＝5m/s D．v2＝3m/s(電磁感應(yīng)動(dòng)力學(xué)中圖像問(wèn)題)(2022·重慶卷)如圖1所示，光滑的平行導(dǎo)電軌道水平固定在桌面上，軌道間連接一可變電阻，導(dǎo)體桿與軌道垂直并接觸良好(不計(jì)桿和軌道的電阻)，整個(gè)裝置處在垂直于軌道平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。桿在水平向右的拉力作用下先后兩次都由靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，兩次運(yùn)動(dòng)中拉力大小與速率的關(guān)系如圖2所示。其中，第一次對(duì)應(yīng)直線①，初始拉力大小為F0，改變電阻阻值和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小后，第二次對(duì)應(yīng)直線②，初始拉力大小為2F0，兩直線交點(diǎn)的縱坐標(biāo)為3F0。若第一次和第二次運(yùn)動(dòng)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比為k、電阻的阻值之比為m、桿從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)相同位移的時(shí)間之比為n，則k、m、n可能為()CA．k＝2、m＝2、n＝22電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題(能力考點(diǎn)·深度研析)1．電磁感應(yīng)中的能量轉(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(duì)象(導(dǎo)體棒或回路)；(2)弄清電磁感應(yīng)過(guò)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。?考向1應(yīng)用功能關(guān)系解決電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題(2021·天津卷)如圖所示，兩根足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ間距L＝1m，其電阻不計(jì)，兩導(dǎo)軌及其構(gòu)成的平面均與水平面成θ＝30°角，N、Q兩端接有R＝1Ω的電阻。一金屬棒ab垂直導(dǎo)軌放置，ab兩端與導(dǎo)軌始終有良好接觸，已知ab的質(zhì)量m＝0.2kg，電阻r＝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)度大小B＝1T。ab在平行于導(dǎo)軌向上的拉力作用下，以初速度v1＝0.5m/s沿導(dǎo)軌向上開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，可達(dá)到最大速度v＝2m/s。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中拉力的功率恒定不變，重力加速度g＝10m/s2。(1)求拉力的功率P；(2)ab開(kāi)始運(yùn)動(dòng)后，經(jīng)t＝0.09s速度達(dá)到v2＝1.5m/s，此過(guò)程中ab克服安培力做功W＝0.06J，求該過(guò)程中ab沿導(dǎo)軌的位移大小x。[解析]

(1)在ab運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于拉力功率恒定，ab做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，速度達(dá)到最大時(shí)，加速度為零，設(shè)此時(shí)拉力的大小為F，安培力大小為FA，有F－mgsinθ－FA＝0由法拉第電磁感應(yīng)定律，此時(shí)回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLvab受到的安培力FA＝ILB由功率表達(dá)式，有P＝Fv聯(lián)立上述各式，代入數(shù)據(jù)解得P＝4W。(2)ab從速度v1到v2的過(guò)程中，由動(dòng)能定理，有代入數(shù)據(jù)解得x＝0.1m。[答案]

(1)4W

(2)0.1m?考向2應(yīng)用能量守恒定律求解電磁感應(yīng)中的焦耳熱(多選)如圖甲所示，在豎直方向上有四條間距相等的水平虛線L1、L2、L3、L4，在L1、L2之間，L3、L4之間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為1T，方向垂直于虛線所在平面?，F(xiàn)有一矩形線圈abcd，寬度cd＝L＝0.5m，質(zhì)量為0.1kg，電阻為2Ω，將其從圖示位置由靜止釋放(cd邊與L1重合)，線圈速度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖乙所示，t1時(shí)刻cd邊與L2重合，t2時(shí)刻ab邊與L3重合，t3時(shí)刻ab邊與L4重合，已知t1～t2的時(shí)間間隔為0.6s，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中線圈平面始終處于豎直方向(重力加速度g取10m/s2)。則()ABDA．在0～t1時(shí)間內(nèi)，通過(guò)線圈的電荷量為0.25CB．線圈勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小為8m/sC．線圈的長(zhǎng)度為1mD．0～t3時(shí)間內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為1.8J【跟蹤訓(xùn)練】(對(duì)電磁感應(yīng)中功能關(guān)系的理解)(多選)如圖所示，位于同一水平面內(nèi)的兩根平行的光滑金屬導(dǎo)軌處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌所在平面，導(dǎo)軌的一端與一電阻相連，具有一定質(zhì)量的金屬桿ab放在導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直。現(xiàn)用一平行于導(dǎo)軌的恒力F拉桿ab，使它由靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)。桿和導(dǎo)軌的電阻、感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)均可不計(jì)。用E表示回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，i表示回路中的感應(yīng)電流，在i隨時(shí)間增大的過(guò)程中，電阻消耗的功率等于()BDA．F的功率B．安培力的功率的絕對(duì)值C．F與安培力的合力的功率D．iE[解析]

金屬桿ab做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)能量守恒定律可知，恒力F做的功等于桿增加的動(dòng)能和電路中產(chǎn)生的電能。電阻消耗的功率等于電路中產(chǎn)生電能的功率，不等于恒力F的功率，故A錯(cuò)誤；電阻消耗的功率等于克服安培力做功的功率，等于電路的電功率iE，故B、D正確，C錯(cuò)誤。(電磁感應(yīng)中能量問(wèn)題的計(jì)算)如圖甲所示，兩條相距L＝1m的水平粗糙導(dǎo)軌左端接一定值電阻。t＝0時(shí)，一質(zhì)量m＝1kg、阻值r＝0.5Ω的金屬桿，在水平外力的作用下由靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)，5s末到達(dá)MN，MN右側(cè)為一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T，方向垂直紙面向內(nèi)。當(dāng)金屬桿到達(dá)MN后，保持外力的功率不變，金屬桿進(jìn)入磁場(chǎng)，8s末開(kāi)始做勻速直線運(yùn)動(dòng)。整個(gè)過(guò)程金屬桿的v－t圖像如圖乙所示。若導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)，桿和導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好，兩者之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.5，重力加速度g＝10m/s2。試計(jì)算：(1)進(jìn)入磁場(chǎng)前，金屬桿所受的外力F；(2)金屬桿到達(dá)磁場(chǎng)邊界MN時(shí)拉力的功率；(3)電阻的阻值R；(4)若前8s金屬桿克服摩擦力做功127.5J，試求這段時(shí)間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量(保留兩位小數(shù))。[答案]

(1)6N，方向水平向右(2)30W

(3)1.1Ω

(4)20.28J根據(jù)牛頓第二定律可知F－μmg＝ma解得F＝6N方向水平向右。(2)由圖乙所示圖像可知，金屬桿到達(dá)MN瞬間速度為v