2.2-5电磁感应动力学、能量-2022-2023学年高二物理同步课件（人教版2019选择性必修第二册）

第4讲　电磁感应中的动力学、能量和动量问题 亮亮图文旗舰店https://liangliangtuwen.tmall.com 1 电磁感应中的“杆－轨”模型 电磁感应中的“杆－轨”运动模型，是导体切割磁感线运动过程中力、能、电的综合应用，此类问题是高考命题的重点。 主要类型有： 2．抓住力学对象和电学对象间的桥梁——感应电流I、切割速度v，“四步法”分析电磁感应中的动力学问题 提能点(一)　电磁感应中的动力学问题 电磁感应中的“单杆”模型---无力切割 【基本模型】如图，金属导轨水平光滑，导轨间距为L，导体棒的质量为m，回路总电阻为R.进入磁场时的速度为v0，分析导体棒在磁场中的运动情况 电磁感应中的“单杆”模型--有力切割 【基本模型】如图，金属导轨水平光滑，导轨间距为L，导体棒的质量为m，回路总电阻为R.导体棒在水平力F的作用下运动，进入磁场时的速度为v0，导体棒在磁场中的运动情况分析如下： （1）电容放电 ＋ （2）电容充电 电磁感应中的“单杆＋电容””模型 金属导轨水平光滑，导轨间距为L，导体棒的质量为m，回路总电阻为R.分析导体棒在磁场中的运动情况 电磁感应中的“单杆＋电容””模型 【基本模型】如图，轨道水平光滑，杆ab质量为m，电阻不计，两导轨间距为L，拉力F恒定，杆做怎样的运动？ 开始时a＝F/m，杆ab速度v↑⇒感应电动势EBLv↑. 1. (2020·大庆模拟)(多选)如图所示，光滑水平面上放置一平行金属导轨，其左端与平行板电容器C相连，一金属棒垂直金属导轨放置，整个装置处于垂直导轨平面向上的匀强磁场中。现对金属棒施加一水平向右的恒力F，使金属棒由静止开始运动，不计导轨及金属棒的电阻，则下面关于金属棒运动的速度v、加速度a、电容器两板间的电势差U、极板所带电荷量Q随时间t变化关系图像中，正确的是(　　) [针对训练] BD 光滑金属导轨上，开关s闭合后，导体棒做什么运动？ 电磁感应中的“单杆＋电源””模型 1．(2016·全国卷Ⅱ)如图，水平面(纸面)内间距为l的平行金属导轨间接一电阻，质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上。t＝0时，金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动。t0时刻，金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，且在磁场中恰好能保持匀速运动。杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数为μ。重力加速度大小为g。求(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小； (2)电阻的阻值。 考法(一)　水平面内的动力学问题 电磁感应中的动力学临界问题的分析思路 (1)解决这类问题的关键是通过受力情况和运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度为最大值或最小值的条件。 1．(2021·运城模拟)(多选)电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度，其原理示意图如图所示。两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为L，导轨间存在垂直于导轨平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，导轨电阻不计。炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属棒MN，垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨良好接触。首先将开关S接1，使电容器完全充电。然后将开关S接至2, MN达到最大速度vm后离开导轨。这个过程中(　　 ) [针对训练] A．MN做匀加速直线运动B．通过MN的电荷量 C．达到最大速度时电容器C两极板间的电压为0D．求出通过MN的电荷量q 后，不可以利用的公式 求出MN加速过程的位移 BD 考法(二)　竖直面内的动力学问题 [例2]　(2021·绵阳调研)如图所示，两根足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距为L，电阻R与两导轨相连，磁感应强度为B的匀强磁场与导轨平面垂直。一质量为m，电阻不计的导体棒MN，在竖直向上的恒力F作用下，由静止开始沿导轨向上运动。整个运动过程中，导体棒与导轨接触良好，且始终保持水平，不计导轨的电阻。求：(1)初始时刻导体棒的加速度；(2)当流过电阻R的电流恒定时，求导体棒的速度大小。 　 3.（多选）如图所示，平，相距L＝0.4m，导轨所在平面与水平面的夹角为30°，其电阻不计。把完全相同的两金属棒(长度均为0.4 m)ab、cd分别垂直于导轨放置，并使棒的两端都与导轨良好接触。已知两金属棒的质量均为m＝0.1 kg、电阻均为R＝0.2Ω，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B＝0.5 T。当金属棒ab在平行于导轨向上的力F作用下沿导轨向上匀速运动时，金属棒cd恰好能保持静止(g＝10 m/s2)，则( )A.F的大小为0.5 NB.金属棒ab产生的感应电动势为1.0 VC.ab棒两端的电压为1.0 VD.ab棒的速度为5.0