2022届高三物理(鲁科版)一轮复习教案:电磁感应中的动力学和能量问题-Word版含解析.docx
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1、第4课时(小专题)电磁感应中的动力学和能量问题突破一电磁感应中的动力学问题1所用学问及规律(1)安培力的大小由感应电动势EBLv,感应电流I和安培力公式FBIL得F。(2)安培力的方向推断(3)牛顿其次定律及功能关系2导体的两种运动状态(1)导体的平衡状态静止状态或匀速直线运动状态。(2)导体的非平衡状态加速度不为零。3常见的解题流程如下【典例1】如图1所示,光滑斜面的倾角30,在斜面上放置一矩形线框abcd,ab边的边长l11 m,bc边的边长l20.6 m,线框的质量m1 kg,电阻R0.1 ,线框通过细线与重物相连,重物质量M2 kg,斜面上ef(efgh)的右方有垂直斜面对上的匀强磁场
2、,磁感应强度B0.5 T,假如线框从静止开头运动,进入磁场的最初一段时间做匀速运动,ef和gh的距离s11.4 m,(取g10 m/s2),求:图1(1)线框进入磁场前重物的加速度;(2)线框进入磁场时匀速运动的速度v;(3)ab边由静止开头到运动到gh处所用的时间t;(4)ab边运动到gh处的速度大小及在线框由静止开头运动到gh处的整个过程中产生的焦耳热。第一步:抓关键点猎取信息其次步:抓过程分析理清思路求焦耳热规范解答(1)线框进入磁场前,仅受到细线的拉力T,斜面的支持力和线框的重力,重物受到自身的重力和细线的拉力T,对线框由牛顿其次定律得Tmgsin ma对重物由牛顿其次定律得MgTMa
3、又TT联立解得线框进入磁场前重物的加速度a5 m/s2。(2)由于线框进入磁场的最初一段时间做匀速运动,则重物受力平衡:MgT1线框abcd受力平衡:T1mgsin TF安又T1T1ab边进入磁场切割磁感线,产生的感应电动势EBl1v回路中的感应电流为Iab边受到的安培力为F安BIl1联立解得Mgmgsin 代入数据解得v6 m/s。(3)线框abcd进入磁场前,做匀加速直线运动;进磁场的过程中,做匀速直线运动;进入磁场后到运动至gh处,仍做匀加速直线运动。进磁场前线框的加速度大小与重物的加速度大小相同,为a5 m/s2,该阶段的运动时间为t11.2 s进入磁场过程中匀速运动的时间t20.1
4、s线框完全进入磁场后的受力状况同进入磁场前的受力状况相同,所以该阶段的加速度仍为a5 m/s2由匀变速直线运动的规律得sl2vt3at解得t31.2 s因此ab边由静止开头到运动到gh处所用的时间tt1t2t32.5 s。(4)线框ab边运动到gh处的速度vvat36 m/s51.2 m/s12 m/s整个运动过程产生的焦耳热QF安l(Mgmgsin )l29 J。答案(1)5 m/s2(2)6 m/s(3)2.5 s(4)12 m/s9 J【变式训练】1如图2所示,MN、PQ为足够长的平行金属导轨,间距L0.50 m,导轨平面与水平面间夹角37,N、Q间连接一个电阻R5.0 ,匀强磁场垂直于
5、导轨平面对上,磁感应强度B1.0 T。将一根质量为m0.050 kg的金属棒放在导轨的ab位置,金属棒及导轨的电阻不计。现由静止释放金属棒,金属棒沿导轨向下运动过程中始终与导轨垂直,且与导轨接触良好。已知金属棒与导轨间的动摩擦因数0.50,当金属棒滑行至cd处时,其速度大小开头保持不变,位置cd与ab之间的距离s2.0 m。已知g10 m/s2,sin 370.60,cos 370.80。求:图2(1)金属棒沿导轨开头下滑时的加速度大小;(2)金属棒到达cd处的速度大小;(3)金属棒由位置ab运动到cd的过程中,电阻R产生的热量。解析(1)设金属棒开头下滑时的加速度大小为a,则mgsin mg
6、cos ma解得a2.0 m/s2(2)设金属棒到达cd位置时速度大小为v、电流为I,金属棒受力平衡,有mgsin BILmgcos I解得v2.0 m/s(3)设金属棒从ab运动到cd的过程中,电阻R上产生的热量为Q,由能量守恒,有mgssin mv2mgscos Q解得Q0.10 J答案(1)2.0 m/s2(2)2.0 m/s(3)0.10 J突破二电磁感应中的能量问题1电磁感应中的能量转化2求解焦耳热Q的三种方法3解电磁感应现象中的能量问题的一般步骤(1)在电磁感应中,切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势,该导体或回路就相当于电源。(2)分析清楚有哪些力做功,就可以知
7、道有哪些形式的能量发生了相互转化。(3)依据能量守恒列方程求解。【典例2】(2022天津卷,11)如图3所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角30的斜面上,导轨电阻不计,间距L0.4 m。导轨所在空间被分成区域和,两区域的边界与斜面的交线为MN,中的匀强磁场方向垂直斜面对下,中的匀强磁场方向垂直斜面对上,两磁场的磁感应强度大小均为B0.5 T。在区域中,将质量m10.1 kg,电阻R10.1 的金属条ab放在导轨上,ab刚好不下滑。然后,在区域中将质量m20.4 kg,电阻R20.1 的光滑导体棒cd置于导轨上,由静止开头下滑。cd在滑动过程中始终处于区域的磁场中,ab、cd始终与导轨垂直且
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