全國(guó)通用版2018高考物理大一輪復(fù)習(xí)第十章電磁感應(yīng)第4課時(shí)電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)與能量問(wèn)題課件

1、第4課時(shí)　電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)與能量問(wèn)題,回扣教材,考點(diǎn)掃描,真題在線,回扣教材·梳理知識(shí) 夯基礎(chǔ),知識(shí)整合,一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題1.安培力的大小,2.安培力的方向(1)先用 定則判斷感應(yīng)電流方向,再用左手定則判定安培力方向.(2)根據(jù)楞次定律,安培力的方向一定和導(dǎo)體切割磁感線的運(yùn)動(dòng)方向 .,右手,相反,3.如圖所示,電阻不計(jì)的光滑金屬導(dǎo)軌平行放置,相同

2、金屬棒ab,cd的質(zhì)量、電阻分別是m,R,它們放在金屬導(dǎo)軌上且接觸良好.,(3)金屬棒ab做 運(yùn)動(dòng),cd做 運(yùn)動(dòng),且加速度逐漸 ,直到它們最后 .,BLv,向左,向右,減速,加速,減小,做勻速直線運(yùn)動(dòng),,,二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問(wèn)題1.能量轉(zhuǎn)化:感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受安培力,外力克服安培力做功,將轉(zhuǎn)化為 ,電流做功再將電能轉(zhuǎn)化為 的能.2.

3、轉(zhuǎn)化實(shí)質(zhì):電磁感應(yīng)現(xiàn)象的能量轉(zhuǎn)化,實(shí)質(zhì)是其他形式的能與 之間的轉(zhuǎn)化.3.計(jì)算方法(1)利用克服 做功求解:電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服所做的功.(2)利用能量守恒求解:機(jī)械能的減少量等于電能的增加量.(3)利用電路特征求解:通過(guò)電路中所產(chǎn)生的電能來(lái)計(jì)算.4.如圖所示,線圈在進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)和完全進(jìn)入磁場(chǎng)后一直處于加速狀態(tài).(1)進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),線圈的重力勢(shì)能 ,動(dòng)能 ,機(jī)械能

4、 ,內(nèi)能 .(2)完全進(jìn)入磁場(chǎng)后,線圈中 感應(yīng)電流,線圈的機(jī)械能 ,內(nèi)能 .,機(jī)械能,電能,其他形式,電能,安培力,安培力,減少,增加,減少,增加,無(wú),不變,不變,,,問(wèn)題思考,如圖,水平光滑桌面上有一單匝線圈ABCD,邊長(zhǎng)為l,總電阻為R,在外力作用下以速度v向右勻速直線進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),則在線圈進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中,,選修3-2 P21圖4.5-6,(1)外力F的大小是多少?(2)試從電路及能量?jī)?/p>

5、個(gè)角度求出線圈中產(chǎn)生的焦耳熱.,,答案:見(jiàn)解析,考點(diǎn)掃描·重點(diǎn)透析 通熱點(diǎn),考點(diǎn)一　電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,要點(diǎn)透析,1.導(dǎo)體兩種狀態(tài)及處理方法(1)導(dǎo)體的平衡態(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)平衡條件合外力等于零列式分析.(2)導(dǎo)體的非平衡態(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.抓好受力情況、運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析思路導(dǎo)圖:

6、,典例突破,【例1】 (2016·山東日照模擬)如圖所示,足夠長(zhǎng)的光滑平行導(dǎo)軌MN,PQ傾斜放置,兩導(dǎo)軌間距離為L(zhǎng)=1.0 m,導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θ=30°,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面向上,導(dǎo)軌的M,P兩端連接阻值為R=3.0 Ω的電阻,金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌放置并用細(xì)線通過(guò)光滑定滑輪與重物相連,金屬棒ab的質(zhì)量m=0.20 kg,電阻r=0.50 Ω,重物的質(zhì)量M=0.60 kg,如果將金屬棒和重物

7、由靜止釋放,金屬棒沿斜面上滑的距離與時(shí)間的關(guān)系如表所示,不計(jì)導(dǎo)軌電阻,g取10 m/s2.求:,(1)ab棒的最終速度是多少?(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是多少?(3)當(dāng)金屬棒ab的速度v=2 m/s時(shí),金屬棒ab上滑的加速度大小是多少?,,【審題指導(dǎo)】,,,題后反思,解決電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的一般思路“先電后力”,即先作“源”的分析——分離出電路中由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電源,求出電源參數(shù)E和r;再進(jìn)行“路”的分析——分析電路結(jié)構(gòu),弄

8、清串、并聯(lián)關(guān)系,求出相關(guān)部分的電流大小,以便求解安培力;然后是“力”的分析——分析研究對(duì)象(常是金屬桿、導(dǎo)體線圈等)的受力情況,尤其注意其所受的安培力;接著進(jìn)行“運(yùn)動(dòng)”狀態(tài)的分析——根據(jù)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,判斷出正確的運(yùn)動(dòng)模型.,1.[動(dòng)力學(xué)問(wèn)題](多選) 如圖所示,電阻為R,其他電阻均可忽略,ef是一電阻可不計(jì)的水平放置的導(dǎo)體棒,質(zhì)量為m,棒的兩端分別與ab,cd保持良好接觸,又能沿框架無(wú)摩擦下滑,整個(gè)裝置放在與框架垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,

9、當(dāng)導(dǎo)體棒ef從靜止下滑一段時(shí)間后閉合開(kāi)關(guān)S,則S閉合后(　 　)A.導(dǎo)體棒ef的加速度可能大于gB.導(dǎo)體棒ef的加速度一定小于gC.導(dǎo)體棒ef的最終速度隨S閉合時(shí)刻的不同而不同D.導(dǎo)體棒ef的最終速度與S閉合的時(shí)刻無(wú)關(guān),即時(shí)鞏固,,AD,,,解析:開(kāi)關(guān)閉合前,導(dǎo)體棒只受重力而加速下滑.閉合開(kāi)關(guān)時(shí)有一定的初速度v0,若此時(shí)F安>mg,則F安-mg=ma.若F安<mg,則mg-F安=ma,F安不確定,則導(dǎo)體棒ef的加速

10、度可能大于g,可能小于g,也可能等于g,則選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;無(wú)論閉合開(kāi)關(guān)時(shí)初速度多大,導(dǎo)體棒最終的安培力和重力平衡,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確.,2.導(dǎo)學(xué)號(hào) 00622702 [不同元件的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題](2016·湖北武漢質(zhì)檢)如圖所示,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)(

11、　 　)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PQ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.在導(dǎo)軌的a,c兩端用導(dǎo)線連接一個(gè)電容器,C,,,,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),選項(xiàng)A,B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,選項(xiàng)C正確.若在

12、導(dǎo)軌的a,c兩端用導(dǎo)線連接一個(gè)電容器,當(dāng)棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電容器上電壓相等時(shí)棒最終做勻速運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)D錯(cuò)誤.,3.導(dǎo)學(xué)號(hào) 00622703 [電磁感應(yīng)中的平衡問(wèn)題](2016·全國(guó)Ⅰ卷,24)如圖,兩固定的絕緣斜面傾角均為θ,上沿相連,兩細(xì)金屬棒ab(僅標(biāo)出a端)和cd(僅標(biāo)出c端)長(zhǎng)度均為L(zhǎng),質(zhì)量分別為2m和m;用兩根不可伸長(zhǎng)的柔軟輕導(dǎo)線將它們連成閉合回路abdca,并通過(guò)固定在斜面上沿的兩光滑絕緣小定滑輪跨放在斜面上,使兩

13、金屬棒水平.右斜面上存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于斜面向上,已知兩根導(dǎo)線剛好不在磁場(chǎng)中,回路電阻為R,兩金屬棒與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ,重力加速度大小為g.已知金屬棒ab勻速下滑.求:,,(1)作用在金屬棒ab上的安培力的大小;,,解析:(1)設(shè)導(dǎo)線的張力的大小為T,右斜面對(duì)ab棒的支持力的大小為N1,作用在ab棒上的安培力的大小為F,左斜面對(duì)cd棒的支持力大小為N2,對(duì)于ab棒,由力的平衡條件得2mgsin θ=μN(yùn)

14、1+T+F,N1=2mgcos θ對(duì)于cd棒,同理有mgsin θ+μN(yùn)2=T,N2=mgcos θ,聯(lián)立各式得F=mg(sin θ-3μcos θ).,答案:(1)mg(sin θ-3μcos θ),(2)金屬棒運(yùn)動(dòng)速度的大小.,,考點(diǎn)二　電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題,要點(diǎn)透析,1.能量轉(zhuǎn)化及焦耳熱的求法(1)能量轉(zhuǎn)化,(2)求解焦耳熱Q的三種方法,2.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

15、中,哪些力做功,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.,典例突破,【例2】 (2016·浙江卷,24) 小明設(shè)計(jì)的電磁健身器的簡(jiǎn)化裝置如圖所示,兩根平行金屬導(dǎo)軌相距l(xiāng)=0.50 m,傾角θ=53°,導(dǎo)軌上端串接一個(gè)R=0.05 Ω的電阻.在導(dǎo)軌間長(zhǎng)d=0.56 m的區(qū)域內(nèi),存在方向垂直導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2.0 T.質(zhì)量m=4.0 kg的金屬棒CD水平置于導(dǎo)軌上,用絕緣

16、繩索通過(guò)定滑輪與拉桿GH相連.CD棒的初始位置與磁場(chǎng)區(qū)域的下邊界相距s=0.24 m.一位健身者用恒力F=80 N拉動(dòng)GH桿,CD棒由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),上升過(guò)程中CD棒始終保持與導(dǎo)軌垂直.當(dāng)CD棒到達(dá)磁場(chǎng)上邊界時(shí)健身者松手,觸發(fā)恢復(fù)裝置使CD棒回到初始位置(重力加速度g=10 m/s2,sin 53°=0.8,不計(jì)其他電阻、摩擦力以及拉桿和繩索的質(zhì)量).求,(1)CD棒進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度v的大小;(2)CD棒進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受的安培力F

17、A的大小;(3)在拉升CD棒的過(guò)程中,健身者所做的功W和電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q.,答案:(1)2.4 m/s　(2)48 N　(3)64 J　26.88 J,,題后反思 求解電能應(yīng)分清兩類情況(1)若回路中電流恒定,可以利用電路結(jié)構(gòu)及W=UIt或Q=I2Rt直接進(jìn)行計(jì)算.(2)若電流變化,則①利用安培力做的功求解:電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功;②利用能量守恒求解:若只有電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化,則機(jī)械能的減少量等于產(chǎn)生的電能

18、.,即時(shí)鞏固,1. [電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化分析](多選)如圖所示,水平固定放置的足夠長(zhǎng)的U形金屬導(dǎo)軌處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,在導(dǎo)軌上放著金屬棒ab,開(kāi)始時(shí)ab棒以水平初速度v0向右運(yùn)動(dòng),最后靜止在導(dǎo)軌上,就導(dǎo)軌光滑和導(dǎo)軌粗糙兩種情況相比較,這個(gè)過(guò)程(　 　)A.安培力對(duì)ab棒所做的功不相等B.電流所做的功相等C.產(chǎn)生的總內(nèi)能相等D.通過(guò)ab棒的電荷量相等,,,AC,,2. 導(dǎo)學(xué)號(hào) 00622704 [電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化求解

19、](2016·江蘇蘇州質(zhì)檢)如圖所示,MN,PQ為足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌,間距L=0.50 m,導(dǎo)軌平面與水平面間夾角θ=37°,N,Q間連接一個(gè)電阻R=5.0 Ω,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0 T.將一根質(zhì)量為m=0.050 kg的金屬棒放在導(dǎo)軌的ab位置,金屬棒及導(dǎo)軌的電阻不計(jì).現(xiàn)由靜止釋放金屬棒,金屬棒沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直,且與導(dǎo)軌接觸良好.已知金屬棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因

20、數(shù)μ=0.50,當(dāng)金屬棒滑行至cd處時(shí),其速度大小開(kāi)始保持不變,位置cd與ab之間的距離s=2.0 m.已知g=10 m/s2,sin 37°=0.60,cos 37°=0.80.求:,,(1)金屬棒到達(dá)cd處的速度大小;(2)金屬棒由位置ab運(yùn)動(dòng)到cd的過(guò)程中,電阻R產(chǎn)生的熱量.,,答案:(1)2.0 m/s　(2)0.10 J,考點(diǎn)三　電磁感應(yīng)中的“桿+導(dǎo)軌”模型,題組例練,1.[動(dòng)電動(dòng)模型](多選) 如圖所

21、示,光滑的“ ”形金屬導(dǎo)體框豎直放置,質(zhì)量為m的金屬棒MN與框架接觸良好.磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1,B2的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向相反,但均垂直于框架平面,分別處在abcd和cdef區(qū)域.現(xiàn)從圖示位置由靜止釋放金屬棒MN,當(dāng)金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)B1區(qū)域后,恰好做勻速運(yùn)動(dòng).以下說(shuō)法中正確的是(　 　)A.若B2=B1,金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后將加速下滑B.若B2=B1,金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后仍將保持勻速下滑C.若B2B1,金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后將先加

22、速后勻速下滑,BC,,2.導(dǎo)學(xué)號(hào) 00622705 [電動(dòng)電模型](多選) 如圖所示,水平放置的足夠長(zhǎng)光滑金屬導(dǎo)軌ab,cd處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與導(dǎo)軌平面垂直.質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒ef靜止于導(dǎo)軌上.導(dǎo)軌的另一端經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)S與平行板電容器相連,開(kāi)始時(shí),開(kāi)關(guān)打開(kāi),電容器上板帶正電,帶電荷量為Q.現(xiàn)閉合開(kāi)關(guān)S,金屬棒開(kāi)始運(yùn)動(dòng),則下列說(shuō)法中正確的是(　 　)A.電容器所帶電荷量逐漸減少,最后變?yōu)榱鉈.電容器兩板間場(chǎng)強(qiáng)逐漸減小

23、,最后保持一個(gè)定值不變C.金屬棒中電流先增大后減小,最后減為零D.金屬棒的速度逐漸增大,最后保持一個(gè)定值不變,,,解析:開(kāi)始時(shí),電容器放電,金屬棒中有向下的電流,金屬棒受到向右的安培力作用,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),當(dāng)金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電容器兩板間的電壓相等時(shí),電路中電流為零,金屬棒做勻速運(yùn)動(dòng),電容器兩板間的電壓不為零,電荷量不為零,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B,D正確;由以上分析可知,金屬棒中電流開(kāi)始最大,然后逐漸減小,最后為零,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.,BD

24、,3.[雙桿模型] 如圖所示,在方向豎直向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有兩條光滑固定的平行金屬導(dǎo)軌MN,PQ,導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),間距為L(zhǎng),其電阻不計(jì),導(dǎo)軌平面與磁場(chǎng)垂直.ab,cd為兩根垂直于導(dǎo)軌水平放置的金屬棒,其接入回路中的電阻分別為R,質(zhì)量分別為m.與金屬導(dǎo)軌平行的水平細(xì)線一端固定,另一端與cd棒的中點(diǎn)連接,細(xì)線能承受的最大拉力為T,一開(kāi)始細(xì)線處于伸直狀態(tài),ab棒在平行導(dǎo)軌的水平拉力F的作用下以加速度a向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng),兩根金屬棒

25、運(yùn)動(dòng)時(shí)始終與導(dǎo)軌接觸良好且與導(dǎo)軌相垂直.,(1)求經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間細(xì)線被拉斷?,,答案:見(jiàn)解析,(2)若在細(xì)線被拉斷瞬間撤去拉力F,求兩根金屬棒之間距離增量Δx的最大值是多少?,,答案:見(jiàn)解析,真題在線·體驗(yàn)高考 提素能,1.(2015·北京卷,22) 如圖所示,足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置,寬度L=0.4 m,一端連接R=1 Ω的電阻.導(dǎo)軌所在空間存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)

26、度B=1 T.導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上,其長(zhǎng)度恰好等于導(dǎo)軌間距,與導(dǎo)軌接觸良好.導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計(jì).在平行于導(dǎo)軌的拉力F作用下,導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向右勻速運(yùn)動(dòng),速度v=5 m/s.求:,,(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I;(2)在0.1 s時(shí)間內(nèi),拉力的沖量IF的大小;(3)若將MN換為電阻r=1 Ω的導(dǎo)體棒,其他條件不變,求導(dǎo)體棒兩端的電壓U.,(2)拉力大小等于安培力大小F=BIL=1×2×0.4 N=0.

27、8 N沖量大小IF=FΔt=0.8×0.1 N·s=0.08 N·s;,答案:(1)2 V　2 A　(2)0.08 N·s　(3)1 V,2.(2016·全國(guó)Ⅲ卷,25) 如圖,兩條相距l(xiāng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面(紙面)內(nèi),其左端接一阻值為R的電阻;一與導(dǎo)軌垂直的金屬棒置于兩導(dǎo)軌上;在電阻、導(dǎo)軌和金屬棒中間有一面積為S的區(qū)域,區(qū)域中存在垂直于紙面向里的均勻磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B

28、1隨時(shí)間t的變化關(guān)系為B1=kt,式中k為常量;在金屬棒右側(cè)還有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,區(qū)域左邊界MN(虛線)與導(dǎo)軌垂直,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,方向也垂直于紙面向里.某時(shí)刻,金屬棒在一外加水平恒力的作用下從靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng),在t0時(shí)刻恰好以速度v0越過(guò)MN,此后向右做勻速運(yùn)動(dòng).金屬棒與導(dǎo)軌始終相互垂直并接觸良好,它們的電阻均忽略不計(jì).求,,(1)在t=0到t=t0時(shí)間間隔內(nèi),流過(guò)電阻的電荷量的絕對(duì)值;,,(2)在時(shí)刻t(t>t0)穿

29、過(guò)回路的總磁通量和金屬棒所受外加水平恒力的大小.,,3.(2014·全國(guó)Ⅱ卷,25) 半徑分別為r和2r的同心圓形導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi),一長(zhǎng)為r、質(zhì)量為m且質(zhì)量分布均勻的直導(dǎo)體棒AB置于圓導(dǎo)軌上面,BA的延長(zhǎng)線通過(guò)圓導(dǎo)軌中心O,裝置的俯視圖如圖所示.整個(gè)裝置位于一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,方向豎直向下.在內(nèi)圓導(dǎo)軌的C點(diǎn)和外圓導(dǎo)軌的D點(diǎn)之間接有一阻值為R的電阻(圖中未畫出).直導(dǎo)體棒在水平外力作用下以角速度ω繞O逆時(shí)