2023届高考物理一轮复习课件：第四讲 电磁感应中的动力学、能量、动量问题

V0 L W克安 第4讲　电磁感应中的动力学、能量、动量问题 r F安 I x=? 一、动生电路 1.动力学： x a 2.能量： W克安=Q焦 3.动量： V0 L r F安 I x=? W克安=Q焦 3.动量： -ILB·t=0-mv0 V0 L r F安 I x=? q -ILB·t=-mv0 V0 I F安 V匀 ✸拉电容模型： 动量定理 F安 V匀 注意：q=不适用有电容器和其它电源的电路 例1:(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(　 ) A．MN做匀加速直线运动B．通过MN的电荷量 q=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 能量角度： 动量角度： V0 m2 m1 m1v0=(m1+m2)v共 v共 W克安 m2: I F安 F安 ILB·t=m2v共-0 q v共 V0 I F安 V匀 ✸拉棒模型： 例2:如图所示，间距为L的足够长光滑平行金属导轨固定在同一水平面内，虚线MN右侧区域存在磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场。质量均为m、长度均为L、电阻均为R的导体棒a、b，垂直导轨放置且保持与导轨接触良好。开始导体棒b静止于与MN相距为x0处，导体棒a以水平速度v0从MN处进入磁场。不计导轨电阻，忽略因电流变化 产生的电磁辐射，运动过程中导体棒a、b没有发生碰撞。求：(1)导体棒b中产生的焦耳热；(2)导体棒a、b间的最小距离。 [例3]　如图甲所示，绝缘水平面上有一间距L＝1 m的金属U形导轨，导轨右侧接一阻值R＝3 Ω的电阻。在U形导轨中间虚线范围内存在垂直导轨平面的匀强磁场，磁场的宽度d＝1 m，磁感应强度大小B＝0.5 T。现有一质量为m＝0.1 kg，电阻r＝2 Ω、长为L＝1 m的导体棒MN以一定的初速度v0从导轨的左端开始向右运动，穿过磁场的过程中，线圈中的感应电流i随时间t变化的图像如图乙所示。已知导体棒与导轨之间的动摩擦因数μ＝0.3，导轨电阻不计，则导体棒MN穿过磁场的过程中，求： (1)MN刚进入磁场时的初速度大小； (2)电阻R产生的焦耳热； (3)导体棒通过磁场的时间。 V0 m2 m1 I F安 F安 v共 第4讲　电磁感应中的动力学、能量、动量问题 一、动生电路 1.动力学： 2.能量： 3.动量： 热量Q=W克安 电量 二、感生电路 1.动力学： 2.能量： 3.动量： 无趣 磁场能转为焦耳热 电量 [典例]　(2021·山东等级考)(多选)如图所示，电阻不计的光滑U形金属导轨固定在绝缘斜面上。区域Ⅰ、Ⅱ中磁场方向均垂直斜面向上，Ⅰ区中磁感应强度随时间均匀增加，Ⅱ区中为匀强磁场。阻值恒定的金属棒从无磁场区域中a处由静止释放，进入Ⅱ区后，经b下行至c处反向上行。运动过程中金属棒始终垂直导轨且接触良好。在第一次下行和上行的过程中，以下叙述正确的是( 　 ) A．金属棒下行过b时的速度大于上行过b时的速度 B．金属棒下行过b时的加速度大于上行过b时的加速度 C．金属棒不能回到无磁场区 D．金属棒能回到无磁场区，但不能回到a处 ABD 类型(一)　电磁感应中的动力学问题 [答案]　ABD [针对训练]1．(2021·全国甲卷)(多选) 由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈，两线圈的质量相等，但所用导线的横截面积不同，甲线圈的匝数是乙的2倍。现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落，一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的上边界水平，如图所示。不计空气阻力，已知下落过程中线圈始终平行于纸面，上、下边保持水平。在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前，可能出现的是( 　 ) A．甲和乙都加速运动 B．甲和乙都减速运动 C．甲加速运动，乙减速运动 D．甲减速运动，乙加速运动 AB 答案：AB 2. (2021·全国乙卷)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型导体框，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