第41讲 法拉第电磁感应的应用二-2024届高中物理一轮复习提升素养导学案（全国通用）

第41讲 法拉第电磁感应定律的应用二 学习目标 明确目标 确定方向 1. 电磁感应的动力学问题 2. 电磁感应的能量问题 3. 电磁感应的动量问题 【知识回归】 回归课本 夯实基础 重难点辨析 一动力学分析问题 解决这类问题的关键是通过运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度最大或最小的条件。具体思路如下： 二电磁感应能量问题分析 (1)能量转化 (2)求解焦耳热Q的三种方法 2．电能求解的三种思路 (1)利用克服安培力求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功； (2)利用能量守恒或功能关系求解； (3)利用电路特征来求解：通过电路中所产生的电能来计算。 3．解题的一般步骤 (1)确定研究对象(导体棒或回路)； (2)弄清电磁感应过程中，哪些力做功，哪些形式的能量相互转化； (3)根据能量守恒定律列式求解。 【典例分析】 精选例题 提高素养 多选【例1】．如图所示，平行金属导轨与水平面成角，用导线与固定电阻和相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面。有一导体棒ab，质量为m，两导轨间距为l，导体棒的电阻与固定电阻和的阻值相等，都等于R，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为，导体棒αb沿导轨向上滑动，当上滑的速度为v时，有（　　）    A．棒中感应电流的方向由a到b B．棒所受安培力的大小为 C．棒两端的电压为 D．棒中的感应电流大小为 多选【例2】．如图所示，足够长的光滑平行金属直导轨固定在水平面上，左侧轨道间距为2d，右侧轨道间距为d、轨道处于竖直向下的磁感应强度大小为B的匀强磁场中。质量为2m、有效电阻为2R的金属棒a静止在左侧轨道上，质量为m、有效电阻为R的金属棒b静止在右侧轨道上。现给金属棒a一水平向右的初速度v0，经过一段时间两金属棒达到稳定状态。已知两金属棒运动过程中始终相互平行且与导轨良好接触，导轨电阻忽略不计，金属棒a始终在左侧轨道上运动，则下列说法正确的是（　　）    A．金属棒b稳定时的速度大小为 B．整个运动过程中通过金属棒a的电荷量为 C．整个运动过程中两金属棒扫过的面积差为 D．整个运动过程中金属棒a产生的焦耳热为 【例3】．如图所示，P、Q、M、N为四个互相平行的竖直分界面，间距均为d=1m，P、Q之间充满竖直向上的匀强磁场，M、N之间充满竖直向下的匀强磁场，磁感应强度的大小均为B=1T。在分界面P的左侧有一边长为L=1.5m的正方形线框abcd，线框水平放置，ab边平行于分界面P，与界面P的距离也为d=1m。线框以水平初速度v0=4m/s飞出，当ab边刚好到达分界面Q时，线框的速度大小仍为v0=4m/s。已知线框由同种规格导线制成，总质量为m=1kg，总电阻为R=3Ω，重力加速度为g取10m/s2。求 （1）ab边刚好进入分界面P时，a、b两点间的电势差大小以及线框加速度的大小； （2）ab边刚好到达分界面Q时，线框产生的焦耳热以及下落的距离； （3）改变磁感应强度，若想线框最终能竖直下落，求磁感应强度的最小值。    【例4】．某兴趣小组设计了一种火箭落停装置，简化原理如图所示，它由两根竖直导轨、承载火箭装置（简化为与火箭绝缘的导电杆MN）和装置A组成，并形成闭合回路。装置A能自动调节其输出电压确保回路电流I恒定，方向如图所示。导轨长度远大于导轨间距，不论导电杆运动到什么位置，电流I在导电杆以上空间产生的磁场近似为零，在导电杆所在处产生的磁场近似为匀强磁场，大小（其中k为常量），方向垂直导轨平面向里；在导电杆以下的两导轨间产生的磁场近似为匀强磁场，大小，方向与B1相同。火箭无动力下降到导轨顶端时与导电杆粘接，以速度v0进入导轨，到达绝缘停靠平台时速度恰好为零，完成火箭落停。已知火箭与导电杆的总质量为M，导轨间距，导电杆电阻为R。导电杆与导轨保持良好接触滑行，不计空气阻力和摩擦力，不计导轨电阻和装置A的内阻。在火箭落停过程中， （1）求导电杆所受安培力的大小F和运动的距离L； （2）求回路感应电动势E与运动时间t的关系； （3）求装置A输出电压U与运动时间t的关系和输出的能量W； （4）若R的阻值视为0，装置A用于回收能量，给出装置A可回收能量的来源和大小。 【巩固练习】