专题03 电磁感应中的动力学与能量问题-2020-2021学年高二下学期物理期末考点大串讲（人教版）

专题03 电磁感应中的动力学与能量问题 思路 步骤 思路 步骤 思维导图 动力学 电磁感应中的 动力学与能量 能量 知识详解 知识点一：电磁感应中动力学问题 1．安培力的大小：由感应电动势E＝BLv，感应电流和安培力公式F＝BIL得。 2．安培力的方向判断： （1）先用右手定则确定感应电流方向，再用左手定则确定安培力方向。 （2）根据楞次定律，安培力方向一定和导体切割磁感线的运动方向相反。 3．导体两种状态及处理方法 （1）导体的平衡态——静止状态或匀速直线运动状态。 处理方法：根据平衡条件（合外力等于零）列式分析。 （2）导体的非平衡态——加速度不为零。 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。 4．电磁感应中的动力学问题中两大研究对象及其关系 电磁感应中导体棒既可看作电学对象（因为它相当于电源），又可看作力学对象（因为感应电流产生安培力），而感应电流I和导体棒的速度v则是联系这两大对象的纽带： 5．电磁感应中动力学问题分析思路——“四步法” 解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是：用“四步法”分析电磁感应中的动力学问题 解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是“先电后力”，具体思路如下： （1）进行“源”的分析——分离出电路中由电磁感应所产生的电源，求出电源的参数E和r。 （2）进行“路”的分析——分析电路结构，明确串、并联的关系，求出相关部分的电流大小，以便求解安培力。 （3）进行“力”的分析——分析研究对象（常是金属杆、导体线圈等）的受力情况，尤其注意其所受的安培力，求合力。 （4）进行“运动”状态的分析——根据力和运动的关系，判断出正确的运动模型。 “先电后力”，即先做“源”的分析：确定等效电源（E，r）——分离出电路中由电磁感应所产生的电源，求出电源参数E和r；再进行“路”的分析——分析电路结构，弄清串、并联关系，由求出相应部分的电流大小I，由F=BIL求导体所受的安培力； 然后是“力”的分析：分析研究对象（常是金属杆、导体线圈等）的受力情况，尤其注意其所受的安培力，分析合外力，据F合=ma判断a的变化情况； 最后进行“运动”状态的分析：根据力和运动的关系，由a与v的关系，分析运动状态，判断出正确的运动模型→临界状态 【题1】（2018江苏淮高期末）如图所示，两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为θ的绝缘斜面上，导轨上端连接一个定值电阻。导体棒a和b放在导轨上，与导轨垂直并良好接触．斜面上水平虚线PQ以下区域内，存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场．现对a棒施以平行导轨斜向上的拉力，使它沿导轨匀速向上运动，此时放在导轨下端的b棒恰好静止。当a棒运动到磁场的上边界PQ处时，撤去拉力，此时b棒已滑离导轨。当a棒再次滑回到磁场上边界PQ处时，又恰能沿导轨匀速向下运动，已知a棒、b棒和定值电阻的阻值均为R，b棒的质量为m，重力加速度为g，导轨电阻不计。求： （1）a棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中，a棒中的电流Ia与定值电阻R中的电流IR之比； （2）a棒的质量ma；（3）a棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力F. 【题2】（2018省沭中月考）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，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（电阻忽略不计）从轨道上由静止滑下，经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度vm，则 A．如果B增大，vm将变大　　B．如果α增大，vm将变大 C．如果R变小，vm将变大 D．如果m变小，vm将变大 6．电磁感应中动力学问题的分析方法 （1）用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向。 （2）求回路中的电流。 （3）分析导体受力情况包含安培力在内的全面受力分析。 （4）根据平衡条件或牛顿第二定律列方程。 【题3】（2019省清中期末）如图，两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内，其右端接一阻值为R的电阻．质量为m的金属杆静置在导轨上，其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度大小为B、方向竖直向下。当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后，金属杆的速度变为v。导轨和金属杆的电阻不计，导轨光滑且足够长，杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。求： （1）MN刚扫过金属杆时，杆中感应电流的大小I； （2）MN刚扫过金属杆时，杆的加速度大小a； （3）PQ刚要离开金属杆时，感应电流的功率P。 【题4】如图，两根足够长的平行金属导轨间距l＝0.50 m，倾角θ＝53°，导轨上端串接电阻R＝0.05 Ω.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、磁感应强度B＝2.0 T的匀强磁场，质量m＝4.0 kg的金属棒CD水平置于导轨上，用轻质细绳跨过定