2020届高三物理一轮复习学案 动力学、能量和动量观点在电磁感应中的应用 word版含答案

动力学、能量和动量观点在电磁感应中的应用 考点一　电磁感应中的动力学问题 1．电磁感应与力学的联系 在电磁感应现象中导体运动切割磁感线，产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用。因此，电磁感应问题往往和力学问题联系在一起。解决电磁感应中的力学问题，一方面要考虑电磁学中的有关规律，另一方面还要考虑力学中的有关规律，要将电磁学和力学知识综合起来应用。 2．解决电磁感应中力学问题的基本思路 研究电磁感应现象中导体的运动，准确分析磁场对感应电流的安培力是关键。此类问题中的导体一般不是做匀变速运动，而是经历一个动态变化过程再趋于一个稳定状态。动态分析的基本思路如下： 3．两种状态处理 (1)导体处于平衡态———静止或匀速直线运动状态 处理方法：根据平衡条件(合外力等于0)列式分析。 (2)导体处于非平衡态———加速度不为0 处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析。 如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻。一根质量为m的均匀直金属杆AB放在两导轨上，并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下。导轨和金属杆的电阻可忽略。让AB杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦。 (1)由B向A方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出AB杆下滑过程中某时刻的受力示意图； (2)在加速下滑过程中，当AB杆的速度大小为v时，求此时AB杆中的电流大小及其加速度的大小； (3)求在下滑过程中，AB杆可以达到的最大速度值。 解析　(1)如图所示，重力mg，竖直向下；支持力FN，垂直斜面向上；安培力F，沿斜面向上。 (2)当AB杆速度为v时，感应电动势E＝BLv， 此时电路中电流I＝＝。 AB杆受到的安培力F＝BIL＝， 根据牛顿第二定律，有 ma＝mgsinθ－F＝mgsinθ－， a＝gsinθ－。 (3)当＝mgsinθ时， AB杆达到最大速度vmax＝。 答案　(1)图见解析　(2)　gsinθ－ (3) 方法感悟 电磁感应中力学问题的解题技巧 (1)将安培力与其他力一起进行分析。 (2)要特别注意安培力的大小和方向都有可能变化，不像重力或其他力一样是恒力。  (多选)如图所示，有两根和水平方向成α角的光滑平行的金属轨道，间距为l，上端接有可变电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为B。一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下，经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋于一个最大速度vm，除R外其余电阻不计，则(　　) A．如果B变大，vm将变大 B．如果α变大，vm将变大 C．如果R变大，vm将变大 D．如果m变小，vm将变大 答案　BC 解析　金属杆从轨道上滑下切割磁感线产生感应电动势E＝Blv，在闭合电路中形成电流I＝，因此金属杆从轨道上滑下的过程中除受重力、轨道的弹力外还受安培力F作用，F＝BIl＝，先用右手定则判定感应电流方向，再用左手定则判定出安培力方向，如图所示。根据牛顿第二定律，得mgsinα－＝ma，当a＝0时，v＝vm，解得vm＝，故B、C正确。 考点二　电磁感应中的功能问题 1．能量转化及焦耳热的求法 (1)能量转化 (2)求解焦耳热Q的三种方法 2．解题的一般步骤 (1)确定研究对象(导体棒或回路)。 (2)弄清电磁感应过程中，哪些力做功，哪些形式的能量相互转化。 (3)根据功能关系或能量守恒定律列式求解。 小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示，两根平行金属导轨相距l＝0.50 m，倾角θ＝53°，导轨上端串接一个R＝0.05 Ω的电阻。在导轨间长d＝0.56 m的区域内，存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度B＝2.0 T。质量m＝4.0 kg的金属棒CD水平置于导轨上，用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连。CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距 ... ...