第11章 教考衔接10 电磁阻尼的应用(教参)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(新教材新高考)广东专版

教材人教版选择性必修第二册第二章第3节“做一做” 取一只微安表，用手晃动表壳，观察表针相对表盘摆动的情况。用导线把微安表的两个接线柱连在一起如图所示，再次晃动表壳，表针相对表盘的摆动情况与刚才有什么不同？怎样解释这种差别？为什么灵敏电流表在运输时总要用导体把两个接线柱连在一起？ [提示]　①接线柱连接前，晃动表壳，表针相对表盘摆动剧烈，且不易停止，接线柱连接后，表针相对表盘摆动轻微，且容易停止。 ②接线柱未连接时，微安表内部线圈不是闭合回路，没有感应电流产生，因此线圈不受安培力；接线柱连接后，内部线圈形成闭合回路，晃动时线圈切割磁感线，有感应电流产生，线圈受到安培力作用，而安培力阻碍线圈运动，所以有电磁阻尼产生，表针能很快停止摆动。 ③在运输中，由于电磁阻尼，表针相对表盘摆动的幅度小，容易停止摆动，起到保护电表表针不被碰弯的作用。 一、真题链接 1．(2021·浙江1月选考)“嫦娥五号”成功实现月球着陆和返回，鼓舞人心。小明知道月球上没有空气，无法靠降落伞减速降落，于是设计了一种新型着陆装置。如图所示，该装置由船舱、间距为l的平行导轨、产生垂直导轨平面的磁感应强度大小为B的匀强磁场的磁体和“∧”形刚性线框组成，“∧”形线框ab边可沿导轨滑动并接触良好。船舱、导轨和磁体固定在一起，总质量为m1。整个装置竖直着陆到月球表面前瞬间的速度大小为v0，接触月球表面后线框速度立即变为零。经过减速，在导轨下方缓冲弹簧接触月球表面前船舱已可视为匀速。已知船舱电阻为3r；“∧”形线框的质量为m2，其7条边的边长均为l，电阻均为r；月球表面的重力加速度为。整个运动过程中只有ab边在磁场中，线框与月球表面绝缘，不计导轨电阻和摩擦阻力。 (1)求着陆装置接触到月球表面后瞬间线框ab边产生的电动势E0； (2)通过画等效电路图，求着陆装置接触到月球表面后瞬间流过ab的电流I0； (3)求船舱匀速运动时的速度大小v； (4)同桌小张认为在磁场上方、两导轨之间连接一个电容为C的电容器，在着陆减速过程中还可以回收部分能量，在其他条件均不变的情况下，求船舱匀速运动时的速度大小v′和此时电容器所带电荷量q。 [解析]　(1)着陆装置接触到月球表面后的瞬间，线框ab边切割磁感线，产生的电动势 E0＝Blv0。 ① (2)等效电路图如图所示， 电路的总电阻R＝2r ② 联立①②式解得流过ab的电流I0＝＝。 ③ (3)船舱匀速运动时，线框受到的安培力FA＝ ④ 根据牛顿第三定律，线框对质量为m1的船舱等部分的力F＝FA，方向竖直向上 ⑤ 对船舱等部分，由平衡条件可知F＝ ⑥ 联立④⑤⑥式解得v＝。 ⑦ (4)船舱匀速运动时，电容器不充、放电， 满足v′＝v＝ ⑧ 此时电路中的电流I＝ ⑨ 电容器两端电压UC＝I×3r＝ ⑩ 联立⑧⑨⑩三式解得此时电容器所带电荷量 q＝CUC＝。 [答案]　(1)Blv0　(2)见解析　　(3)　(4)　 二、真题拓展 2．随着航空领域的发展，实现火箭回收利用，成为了各国都在重点突破的技术。其中有一技术难题是回收时如何减缓对地的碰撞，为此设计师在返回火箭的底盘安装了电磁缓冲装置。该装置的主要部件有两部分：①缓冲滑块，由高强绝缘材料制成，其内部边缘绕有闭合单匝矩形线圈abcd；②火箭主体，包括绝缘光滑缓冲轨道MN、PQ和超导线圈(图中未画出)，超导线圈能产生方向垂直于整个缓冲轨道平面的匀强磁场。当缓冲滑块接触地面时，滑块立即停止运动，此后线圈与火箭主体中的磁场相互作用，火箭主体一直做减速运动直至达到软着陆要求的速度，从而实现缓冲。现已知缓冲滑块竖直向下撞向地面时，火箭主体的速度大小为v0，经过时间t火箭着陆，速度恰好为零；线圈abcd的电阻为R，其余电阻忽略不计；ab边长为L，火箭主体质量为m，匀强磁场的磁感应强度大小为B，重力加速度为g，一切摩擦阻力不计，求： (1)缓冲滑块刚停止运动时，线圈ab边两端电势差Uab。 (2)缓冲滑块刚停止运动时，火箭主体加速度大小。 (3)火箭主体的速度从v0减到零过程中系统产生的电能。 [解析]　(1)ab边产生电动势E＝BLv0，因此Uab＝BLv0。 (2)安培力Fab＝BIL，电流为I＝，对火箭主体受力分析可得：Fab－mg＝ma，解得a＝－g。 (3)设下落t时间内火箭下落的高度为h，对火箭主体由动量定理mgt－abt＝0－mv0， 即mgt－＝0－mv0 化简得h＝ 根据能量守恒定律，产生的电能为 E＝mgh＋mv 代入数据可得E＝＋mv。 [答案]　(1)BLv0　(2)－g (3)＋mv 4/4 学科网（北京）股份有限公司 $