专题08 电磁感应规律的综合应用-2022年高考物理二轮攻关夺分宝典——压轴题特训

专题08 电磁感应规律的综合应用 目录 【专题解读】 1 【高考真题分析】 1 【真题感悟】 3 【最新考向解密】 4 1.以动生电动势为基综合考查导体棒运动的问题 4 2.以感生电动势为基综合考查导体棒运动的问题 6 3.以等间距双导体棒模型考动量能量问题 7 4.以不等间距双导体棒模型考动量定理与电磁规律的综合问题 8 5. 以棒+电容器模型考查力电综合问题 10 【专题解读】 1.本专题是运动学、动力学、恒定电流、电磁感应和能量等知识的综合应用,高考既以选择题的形式命题,也以计算题的形式命题。 2.学好本专题,可以极大地培养同学们数形结合的推理能力和电路分析能力,针对性的专题强化,可以提升同学们解决数形结合、利用动力学和功能关系解决电磁感应问题的信心。 3.用到的知识有:左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、平衡条件、牛顿运动定律、函数图像、动能定理和能量守恒定律等。 【高考真题分析】 【例题】.(2021·全国乙卷,25)如图,一倾角为α的光滑固定斜面的顶端放有质量M=0.06 kg的U形导体框,导体框的电阻忽略不计;一电阻R=3 Ω的金属棒CD的两端置于导体框上,与导体框构成矩形回路CDEF;EF与斜面底边平行,长度L=0.6 m。初始时CD与EF相距s0=0.4 m,金属棒与导体框同时由静止开始下滑,金属棒下滑距离s1= m后进入一方向垂直于斜面的匀强磁场区域,磁场边界(图中虚线)与斜面底边平行;金属棒在磁场中做匀速运动,直至离开磁场区域。当金属棒离开磁场的瞬间,导体框的EF边正好进入磁场,并在匀速运动一段距离后开始加速。已知金属棒与导体框之间始终接触良好,磁场的磁感应强度大小B=1 T,重力加速度大小取g=10 m/s2,sin α=0.6。求: (1)金属棒在磁场中运动时所受安培力的大小; (2)金属棒的质量以及金属棒与导体框之间的动摩擦因数; (3)导体框匀速运动的距离。 【必备知识】本题考查的知识点为法拉第电磁感应定律、牛顿运动定律、运动学知识。 【关键能力】(1)理解能力:要求能准确分析导体棒及导线框的受力并能联想相关知识求解问题。 (2)推理论证能力:能正确根据法拉第电磁感应定律、牛顿运动定律、运动学等分析问题解决问题。 (3)模型构建能力:根据问题情境,建立斜面模型及板块模型。 【真题感悟】 【概述】电磁感应综合试题往往与导轨滑杆等模型结合,考查内容主要集中在电磁感应与力学中力的平衡、力与运动、动量与能量的关系上,有时也能与电磁感应的相关图像问题相结合。通常还与电路等知识综合成难度较大的试题,与现代科技结合密切,对理论联系实际的能力要求较高。 【必备知识链接】 1.电磁感应现象中的电源与电路 (1)产生感应电动势的那部分导体相当于电源。 (2)在电源内部电流由负极流向正极。 (3)电源两端的电压为路端电压。 2.电荷量的求解 电荷量q=IΔt,其中I必须是电流的平均值。由E=n、I=、q=IΔt联立可得q=n,与时间无关。 3.求解焦耳热Q的三种方法 (1)焦耳定律:Q=I2Rt,适用于电流、电阻不变。 (2)功能关系:Q=W克服安培力,电流变不变都适用。 (3)能量转化:Q=ΔE(其他能的减少量),电流变不变都适用。 4.用到的物理规律 匀变速直线运动的规律、牛顿运动定律、动能定理、能量守恒定律等。 【规律方法回扣】 电磁感应与动力学综合题的解题策略 (1)电路分析:明确电源与外电路,可画等效电路图。 (2)受力分析:把握安培力的特点,安培力大小与导体棒速度有关,一般在牛顿第二定律方程里讨论,v的变化影响安培力大小,进而影响加速度大小,加速度的变化又会影响v的变化。 (3)过程分析:注意导体棒进入磁场或离开磁场时的速度是否达到“收尾速度”。 (4)能量分析:克服安培力做多少功,就有多少其他形式的能转化为电能。 【最新考向解密】 1.以动生电动势为基综合考查导体棒运动的问题 【例1】.(2022·辽宁部分重点中学协作体模拟)如图所示,空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T.在匀强磁场区域内,有一对光滑平行金属导轨,处于同一水平面内,导轨足够长,导轨间距L=1 m,电阻可忽略不计.质量均为m=1 kg,电阻均为R=2.5 Ω的金属导体棒MN和PQ垂直放置于导轨上,且与导轨接触良好.先将PQ暂时锁定,金属棒MN在垂直于棒的拉力F作用下,由静止开始以加速度a=0.4 m/s2向右做匀加速直线运动,5 s后保持拉力F的功率不变,直到棒以最大速度vm做匀速直线运动. (1)求棒MN的最大速度vm; (2)当棒MN达到最大速度vm时,解除PQ锁定,同时撤去拉力F,两棒最终均匀速运动.求解除PQ棒锁定后,到两棒最终匀速运动的过程中,电路中产生的总焦耳热. (3