13.8电磁感应+功和能-2024年高考物理一轮复习100考点100讲

2024年高考一轮复习100考点100讲 第13章 电磁感应 第13.8讲 电磁感应+功和能 【知识点精讲】 1．电磁感应现象的实质是其他形式的能和电能之间的转化。 2．感应电流在磁场中受安培力，克服安培力做功，将其他形式的能转化为电能，电流做功再将电能转化为其他形式的能。 3．电磁感应中的能量转化 【方法归纳】 1．电磁感应过程实质是不同形式的能量转化的过程，电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用。因此闭合电路的一部分导体运动切割磁感线时必克服安培力做功。此过程中，其他形式的能转化为电能。克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能。当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能。 同理，电流做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，电流做多少功就有多少电能转化为其他形式的能。 2．电能求解思路主要有三种： (1)利用克服安培力做功求解，电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功。 (2)利用能量守恒求解，导体切割磁感线产生感应电流时，开始的机械能总和与最后的机械能总和之差等于产生的电能。 (3)利用电路特征来求解，通过电路中所消耗的电能来计算。 3．求解焦耳热Q的三种方法 【最新高考题精练】 1. （2022天津学业水平选择性考试）如图所示，边长为a的正方形铝框平放在光滑绝缘水平桌面上，桌面上有边界平行、宽为b且足够长的匀强磁场区域，磁场方向垂直于桌面，铝框依靠惯性滑过磁场区域，滑行过程中铝框平面始终与磁场垂直且一边与磁场边界平行，已知，在滑入和滑出磁场区域的两个过程中（　　） A. 铝框所用时间相同 B. 铝框上产生的热量相同 C. 铝框中的电流方向相同 D. 安培力对铝框的冲量相同 2．（2023全国高考新课程卷）（20分）一边长为L、质量为m的正方形金属细框，每边电阻为R0，置于光滑的绝缘水平桌面（纸面）上。宽度为2L的区域内存在方向垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，两虚线为磁场边界，如图（a）所示。 （1）使金属框以一定的初速度向右运动，进入磁场。运动过程中金属框的左、右边框始终与磁场边界平行，金属框完全穿过磁场区域后，速度大小降为它初速度的一半，求金属框的初速度大小。 （2）在桌面上固定两条光滑长直金属导轨，导轨与磁场边界垂直，左端连接电阻，导轨电阻可忽略，金属框置于导轨上，如图（b）所示。让金属框以与（1）中相同的初速度向右运动，进入磁场。运动过程中金属框的上、下边框处处与导轨始终接触良好。求在金属框整个运动过程中，电阻R1产生的热量。 3. （2023学业水平等级考试上海卷）如图（a）单匝矩形线框cdef放置在倾角θ=30°的斜面上，在宽度为D=0.4m的区域有垂直于斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B=0.5T，线框质量m=0.1kg，总电阻R=0.25Ω。现对线框施加一沿斜面向上的力F使线框向上运动，ed边离开磁场时撤去外力F，线框速度随时间变化的图像如图（b）。已知线框ef=0.4m，线框与斜面之间的动摩擦因数μ=，g取9.8m/s2。求： （1）外力F的大小； （2）线框cf的长度L； （3）整个过程中线框产生的焦耳热Q。 【参考答案】（1）1.48N （2）0.5m （3）0.4J 【名师解析】（1）对线框受力分析如图所示。 由牛顿第二定律，F-mgsinθ-f=ma， N=mgcosθ，f=μN。 由速度图像可知，在0~0.4s内，a==5m/s2。 联立解得：F=1.5N. （2）对线框受力分析如图所示。 4. (2019·浙江4月选考)如图所示，倾角θ＝37°、间距l＝0.1 m的足够长金属导轨底端接有阻值R＝0.1 Ω的电阻，质量m＝0.1 kg的金属棒ab垂直导轨放置，与导轨间的动摩擦因数μ＝0.45。建立原点位于底端、方向沿导轨向上的坐标轴x。在0.2 m≤x≤0.8 m区间有垂直导轨平面向上的匀强磁场。从t＝0时刻起，棒ab在沿x轴正方向的外力F作用下，从x＝0处由静止开始沿斜面向上运动，其速度v与位移x满足v＝kx(可导出a＝kv)，k＝5 s－1。当棒ab运动至x1＝0.2 m处时，电阻R消耗的电功率P＝0.12 W，运动至x2＝0.8 m处时撤去外力F，此后棒ab将继续运动，最终返回至x＝0处。棒ab始终保持与导轨垂直，不计其他电阻，求：(提示：可以用F­x图象下的“面积”代表力F做的功，sin 37°＝0.6，g取10 m/s2) (1)磁感应强度B的大小； (2)外力F随位移x变化的关系式； (3)在棒ab整个运动过程中，电阻R产生的焦耳热Q。 【最新模拟题精练】 1. （2023石家庄三模） 如图所示，一空心铝管与水平面成角倾斜固定放置。现把一枚质量为m、直径略小于铝管直径的圆柱形小磁块从上端管口无初速度