《新課標(biāo)2018版高考物理一輪復(fù)習(xí)第九章電磁感應(yīng)專題十二電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量綜合問題教案.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《新課標(biāo)2018版高考物理一輪復(fù)習(xí)第九章電磁感應(yīng)專題十二電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量綜合問題教案.doc（10頁珍藏版）》請在匯文網(wǎng)上搜索。

1、專題十二電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量綜合問題突破電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題1.導(dǎo)體的兩種運動狀態(tài)(1)導(dǎo)體的平衡狀態(tài)靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài).處理方法：根據(jù)平衡條件(合力等于零)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)行動態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系分析.2.力學(xué)對象和電學(xué)對象的相互關(guān)系考向1平衡狀態(tài)的分析與計算典例1(2016新課標(biāo)全國卷)如圖所示，兩固定的絕緣斜面傾角均為，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)長度均為L，質(zhì)量分別為2m和m；用兩根不可伸長的柔軟輕導(dǎo)線將它們連成閉合回路abdca，并通過固定在斜面上沿的兩光滑絕緣小定滑輪跨放在斜面上，

2、使兩金屬棒水平.右斜面上存在勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直于斜面向上.已知兩根導(dǎo)線剛好不在磁場中，回路電阻為R，兩金屬棒與斜面間的動摩擦因數(shù)均為，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?。?2)金屬棒運動速度的大小.解題指導(dǎo)解答此題的關(guān)鍵是對ab、cd棒受力分析，由平衡條件求出ab棒受到的安培力，再由金屬棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢確定出金屬棒的速度.解析(1)設(shè)兩根導(dǎo)線的總的張力的大小為T，右斜面對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cd棒的支持力大小為N2.對于ab棒，由力的平衡條件得2mgsin N1

3、TFN12mgcos 對于cd棒，同理有mgsin N2TN2mgcos 聯(lián)立式得Fmg(sin 3cos ).(2)由安培力公式得FBIL這里I是回路abdca中的感應(yīng)電流.ab棒上的感應(yīng)電動勢為BLv式中，v是ab棒下滑速度的大小由歐姆定律得I聯(lián)立式得v(sin 3cos ).答案(1)mg(sin 3cos )(2)(sin 3cos )考向2非平衡狀態(tài)的分析與計算典例2(2017江蘇常州檢測)如圖所示，水平面內(nèi)有兩根足夠長的平行導(dǎo)軌L1、L2，其間距d0.5 m，左端接有容量C2 000 F的電容.質(zhì)量m20 g的導(dǎo)體棒可在導(dǎo)軌上無摩擦滑動，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻不計.整個空間存在著垂直導(dǎo)

4、軌所在平面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B2 T.現(xiàn)用一沿導(dǎo)軌方向向右的恒力F10.44 N作用于導(dǎo)體棒，使導(dǎo)體棒從靜止開始運動，經(jīng)t時間后到達(dá)B處，速度v5 m/s.此時，突然將拉力方向變?yōu)檠貙?dǎo)軌向左，大小變?yōu)镕2，又經(jīng)2t時間后導(dǎo)體棒返回到初始位置A處，整個過程電容器未被擊穿.求：(1)導(dǎo)體棒運動到B處時，電容C上的電量；(2)t的大??；(3)F2的大小.解題指導(dǎo)本題的關(guān)鍵是判斷導(dǎo)體棒在恒力作用下的運動性質(zhì)，可用微元法判斷，即設(shè)經(jīng)過很短的時間t，速度增加v，則a，再根據(jù)牛頓第二定律求出加速度.解析(1)當(dāng)導(dǎo)體棒運動到B處時，電容器兩端電壓為UBdv20.55 V5 V此時電容器的帶電量qCU2 0

5、001065 C1102 C.(2)棒在F1作用下有F1BIdma1又I，a1聯(lián)立解得：a120 m/s2則t0.25 s.(3)由(2)可知棒在F2作用下，運動的加速度a2，方向向左，又a1t2將相關(guān)數(shù)據(jù)代入解得F20.55 N.答案(1)1102 C(2)0.25 s(3)0.55 N用牛頓運動定律處理電磁感應(yīng)問題的基本思路突破電磁感應(yīng)中的能量問題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.求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問題的一般步驟(1)在電磁感應(yīng)中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源.(2)分析清楚有哪些力做功，就可以

6、知道哪些形式的能量發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化.(3)根據(jù)能量守恒列方程求解.考向1導(dǎo)體棒平動切割磁感線問題典例3如圖所示，兩根足夠長且平行的光滑金屬導(dǎo)軌所在平面與水平面成53角，導(dǎo)軌間接一阻值為3 的電阻R，導(dǎo)軌電阻忽略不計.在兩平行虛線間有一與導(dǎo)軌所在平面垂直的勻強磁場，磁場區(qū)域的寬度為d0.5 m.導(dǎo)體棒a的質(zhì)量為m10.1 kg、電阻為R16 ；導(dǎo)體棒b的質(zhì)量為m20.2 kg、電阻為R23 ，它們分別垂直導(dǎo)軌放置并始終與導(dǎo)軌接觸良好.現(xiàn)從圖中的M、N處同時將a、b由靜止釋放，運動過程中它們都能勻速穿過磁場區(qū)域，且當(dāng)a剛出磁場時b正好進(jìn)入磁場.(sin 530.8，cos 530.6，取g10 m/

7、s2，a、b電流間的相互作用不計)，求：(1)在b穿越磁場的過程中a、b兩導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的熱量之比；(2)在a、b兩導(dǎo)體棒穿過磁場區(qū)域的整個過程中，裝置上產(chǎn)生的熱量；(3)M、N兩點之間的距離.解題指導(dǎo)(1)審題關(guān)鍵信息理解無摩擦阻力初速度為零安培力與重力沿導(dǎo)軌向下的分力平衡始終只有一根導(dǎo)體棒切割磁感線(2)解題關(guān)鍵：解答本題的關(guān)鍵是區(qū)分電源與外電路以及a、b兩導(dǎo)體棒運動和受力的關(guān)系.解析(1)在b穿越磁場的過程中，b相當(dāng)于電源，a與R是外電路，則有IbIaIR.a與R是并聯(lián)關(guān)系，則有IaR1IRR，a產(chǎn)生的熱量為QaIR1t，b產(chǎn)生的熱量為QbIR2t.則QaQbIR1IR2，代入數(shù)據(jù)可解得Q

8、aQb29.(2)a、b穿過磁場區(qū)域的整個過程中，由能量守恒可得，Qm1gsin dm2gsin d，代入數(shù)據(jù)解得Q1.2 J.(3)設(shè)a進(jìn)入磁場的速度大小為v1，此時電路中的總電阻R總1R1 7.5 設(shè)b進(jìn)入磁場的速度大小為v2，此時電路中的總電阻R總2R2 5 由m1gsin 和m2gsin ，可得.設(shè)a勻速運動時，m2gsin m2a0，v2v1a0，聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得v12 m2/s2，則vv. M、N兩點之間的距離s m.答案(1)29(2)1.2 J(3) m考向2導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動切割磁感線問題典例4(2016新課標(biāo)全國卷)(多選)法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖如圖所示.銅圓盤安裝在豎直的銅軸

9、上，兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸.圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場B中.圓盤旋轉(zhuǎn)時，關(guān)于流過電阻R的電流，下列說法正確的是()A.若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度恒定，則電流大小恒定B.若從上向下看，圓盤順時針轉(zhuǎn)動，則電流沿a到b的方向流動C.若圓盤轉(zhuǎn)動方向不變，角速度大小發(fā)生變化，則電流方向可能發(fā)生變化D.若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍解題指導(dǎo)解答本題時應(yīng)從以下兩點進(jìn)行分析：(1)把圓盤理解成“同心圓周導(dǎo)線”和“輻條”切割模型.(2)將實際問題轉(zhuǎn)化為等效電路(各個電源并聯(lián)，總電動勢等于一個電源的電動勢).解析設(shè)圓盤的半徑為r，圓盤轉(zhuǎn)動的角速度為，則圓盤轉(zhuǎn)動產(chǎn)

10、生的電動勢為EBr2，可知轉(zhuǎn)動的角速度恒定，電動勢恒定，電流恒定，A項正確；根據(jù)右手定則可知，從上向下看，圓盤順時針轉(zhuǎn)動，圓盤中電流由邊緣指向圓心，即電流沿a到b的方向流動，B項正確；圓盤轉(zhuǎn)動方向不變，產(chǎn)生的電流方向不變，C項錯誤；若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍，則電動勢變?yōu)樵瓉淼?倍，電流變?yōu)樵瓉淼?倍，由PI2R可知，電阻R上的熱功率變?yōu)樵瓉淼?倍，D項錯誤.答案AB考向3電磁感應(yīng)中線圈穿過磁場問題典例5(2017四川德陽一模)如圖所示，四條水平虛線等間距地分布在同一豎直面上，間距為h，在、兩區(qū)間分布著完全相同、方向水平向內(nèi)的磁場，磁場大小按Bt圖象變化(圖中B0已知).現(xiàn)有一個長方形金

11、屬形框ABCD，質(zhì)量為m，電阻為R，ABCDL，ADBC2h.用一輕質(zhì)的細(xì)線把線框ABCD豎直懸掛著，AB邊恰好在區(qū)的中央.t0(未知)時刻細(xì)線恰好松弛，之后剪斷細(xì)線，當(dāng)CD邊到達(dá)M3N3時線框恰好勻速運動.(空氣阻力不計，取g10 m/s2)(1)求t0的值；(2)求線框AB邊到達(dá)M2N2時的速率v；(3)從剪斷細(xì)線到整個線框通過兩個磁場區(qū)的過程中產(chǎn)生的電能為多大？解析(1)細(xì)線恰好松弛，對線框受力分析有B0ILmg，I，感應(yīng)電動勢ESSLh，得t0.(2)當(dāng)CD邊到達(dá)M3N3時線框恰好勻速運動，速度為v，對線框受力分析有B0ILmg，I，因CD棒切割產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢EB0Lv，v，線框AB

12、到達(dá)M2N2時一直運動到CD邊到達(dá)M3N3的過程中線框中無感應(yīng)電流產(chǎn)生，只受到重力作用.線框下落高度為3h，根據(jù)動能定理得mg3hmv2mv2，線框AB邊到達(dá)M2N2時的速率為v.(3)線框由靜止開始下落到CD邊剛離開M4N4的過程中線框中產(chǎn)生電能為E電，線框下落高度為4.5h，根據(jù)能量守恒得重力勢能減少量等于線框動能與電能之和為mg4.5hE電mv2，則E電mgh.答案(1)(2)(3)mgh解決電磁感應(yīng)綜合問題的一般方法首先根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和閉合電路歐姆定律判斷電路中的電壓和電流情況，然后隔離系統(tǒng)中的某個導(dǎo)體棒進(jìn)行受力分析，結(jié)合共點力的平衡條件或牛頓第二定律進(jìn)行求解.在求解電路中產(chǎn)生

13、的熱量問題時，一般是根據(jù)能量守恒定律采用整體法進(jìn)行分析.1.電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題如圖所示，“U”形金屬框架固定在水平面上，處于豎直向下的勻強磁場中.ab棒以水平初速度v0向右運動，下列說法正確的是()A.ab棒做勻減速運動B.回路中電流均勻減小C.a點電勢比b點電勢低D.ab棒受到水平向左的安培力答案：D解析：棒具有向右的初速度，根據(jù)右手定則，產(chǎn)生b指向a的電流，則a點的電勢比b點的電勢高.根據(jù)左手定則，安培力向左，ab棒做減速運動，因為電動勢減小，電流減小，則安培力減小，根據(jù)牛頓第二定律，加速度減小，做加速度減小的減速運動，由于速度不是均勻減小，則電流不是均勻減小，故A、B、C錯誤，D正確

14、.2.電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題如圖所示，在光滑水平桌面上有一邊長為L、電阻為R的正方形導(dǎo)線框；在導(dǎo)線框右側(cè)有一寬度為d(dL)的條形勻強磁場區(qū)域，磁場的邊界與導(dǎo)線框的一邊平行，磁場方向豎直向下.導(dǎo)線框以某一初速度向右運動.t0時導(dǎo)線框的右邊恰與磁場的左邊界重合，隨后導(dǎo)線框進(jìn)入并通過磁場區(qū)域.下列vt圖象中，可能正確描述上述過程的是()ABCD答案：D解析：導(dǎo)線框剛進(jìn)入磁場時速度設(shè)為v0，此時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢EBLv0，感應(yīng)電流I，線框受到的安培力FBLI.由牛頓第二定律Fma知，ma，由楞次定律知線框開始減速，隨v減小，其加速度a減小，故進(jìn)入磁場時做加速度減小的減速運動.當(dāng)線框全部進(jìn)入磁場開始做

15、勻速運動，在出磁場的過程中，仍做加速度減小的減速運動，故只有D選項正確.3.電磁感應(yīng)中的平衡問題(多選)如圖甲所示，在一個傾角為的絕緣斜面上有一“U”形軌道abcd，軌道寬度為L，在軌道最底端接有一個定值電阻R，在軌道中的虛線矩形區(qū)域有垂直于斜面向下的勻強磁場B.現(xiàn)讓一根長為L、質(zhì)量為m、電阻也為R的導(dǎo)體棒PQ從軌道頂端由靜止釋放，從導(dǎo)體棒開始運動到恰好到達(dá)軌道底端的過程中其機械能E和位移x間的關(guān)系如圖乙所示，圖中a、b、c均為直線段.若重力加速度g及圖象中E1、E2、x1、x2均為已知量，則下列說法正確的是()A.導(dǎo)體棒切割運動時P點比Q點電勢高B.圖象中的a和c是平行的C.導(dǎo)體棒在磁場中做

16、勻變速直線運動D.可以求出導(dǎo)體棒切割運動時回路中產(chǎn)生的焦耳熱答案：BD解析：導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場后做切割運動，由右手定則知電流由P向Q，故Q點的電勢高，即A項錯誤；導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場前沿導(dǎo)軌下滑克服摩擦力做功，機械能線性減小，進(jìn)入磁場后切割磁感線，回路中有安培力，因圖線b仍是線性關(guān)系，故安培力為恒力；若有加速度，則安培力會變，故導(dǎo)體棒在磁場中是勻速的，即C項錯誤；出場后導(dǎo)體棒的受力情況與進(jìn)入磁場前的受力情況相同，故圖線a和c是平行的，即B項正確；由(mgsin f)x1mv2，mgsin fF，F(xiàn)，(fF)(x2x1)E1E2，QF(x2x1)可求焦耳熱，即D項正確.4.電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題如圖所示，

17、水平地面上方矩形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場，兩個閉合線圈、分別用同種導(dǎo)線繞制而成，其中為邊長為L的正方形，是長為2L、寬為L的矩形，將兩個線圈同時從圖示位置由靜止釋放.線圈下邊進(jìn)入磁場時，立即做了一段時間的勻速運動，已知兩線圈在整個下落過程中，下邊始終平行于磁場上邊界，不計空氣阻力，則()A.下邊進(jìn)入磁場時，也立即做勻速運動B.從下邊進(jìn)入磁場開始的一段時間內(nèi)，線圈做加速度不斷減小的加速運動C.從下邊進(jìn)入磁場開始的一段時間內(nèi)，線圈做加速度不斷減小的減速運動D.線圈先到達(dá)地面答案：C解析：線圈的電阻是的倍，線圈進(jìn)入磁場時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是的2倍，即RR，E2E，由I得，II；由F安BIL，F(xiàn)

18、BI2L，F(xiàn)BIL，則FF，但GG，由于進(jìn)入磁場做勻速運動，即FG，則FG，所以進(jìn)入磁場立即做加速度不斷減小的減速運動，A、B錯誤，C正確；因線圈、進(jìn)入磁場時速度相同，但此后勻速，減速，故后到達(dá)地面，D錯誤.5.動力學(xué)和能量綜合應(yīng)用(多選)如圖所示，有兩根平行光滑導(dǎo)軌EF、GH，導(dǎo)軌間距離為L，與水平面成角，電阻不計，其上端接有定值電阻R.導(dǎo)軌間加有一磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向上.m、p、n、q是導(dǎo)軌上的四個位置，mp與nq平行，且與導(dǎo)軌垂直，mp與nq的間距為2L.電阻為R、長為L、質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒從mp處由靜止開始運動，導(dǎo)體棒到達(dá)nq處恰好能勻速運動.已知重力加速度為g，下列說法正確的是()A.流過定值電阻R的電流方向為GEB.導(dǎo)體棒在nq處的速度大小為C.導(dǎo)體棒在nq處的熱功率為D.導(dǎo)體棒從mp運動到nq，通過定值電阻的電荷量為答案：BD解析：導(dǎo)體棒下滑切割磁感線，由右手定則可判定m點電勢高，流過定值電阻R的電流方向為EG，選項A錯誤；因?qū)w棒到達(dá)nq處勻速下滑，所以mgsin BIL，聯(lián)立得v，選項B正確；導(dǎo)體棒的熱功率PI2R2R ，選項C錯誤；導(dǎo)體棒從mp運動到nq，通過定值電阻的電荷量qIt，選項D正確.