第10章 第2讲 第3课时 电磁感应中的动力学、能量、动量问题（课件PPT）-【创新方案】2024高考物理一轮复习（新教材 新高考 江苏专版）

开始 类型(一)　电磁感应中的动力学问题 01 02 目 录 类型(二)　电磁感应中的能量问题 03 类型(三)　电磁感应中的动量问题 2 第3课时　电磁感应中的动力学、能量、动量问题(综合应用课) 电磁学中的动力学、能量、动量问题是历年高考中的高频考点，在近几年的高考题中，动力学、能量、动量常常以计算题的形式综合考查，考查中常涉及到电磁感应定律、牛顿第二定律、运动学知识、动能定理、能量守恒定律、动量定理、动量守恒定律等知识，综合性强、题目难度较大。   类型(一)　电磁感应中的动力学问题 [科学思维] 1．两种状态及处理方法 状态 特征 处理方法 平衡态 加速度为零 根据平衡条件列式分析 非平衡态 加速度不为零 根据牛顿第二定律结合运动学公式进行分析 2．“四步法”分析电磁感应中的动力学问题 (1)ab边进入磁场前，线框在水平方向和竖直方向的加速度大小； (2)磁场的磁感应强度大小和线框进入磁场的整个过程中回路产生的焦耳热； (3)磁场区域的水平宽度。 [解析]　(1)ab边进入磁场前，对线框进行受力分析，在水平方向有max＝Fcos θ 代入数据有ax＝20 m/s2 在竖直方向有may＝Fsin θ－mg 代入数据有ay＝10 m/s2。 (2)根据题意，ab边进入磁场开始，ab边在竖直方向切割磁感线；ad边和bc边的一部分也开始进入磁场，且在水平方向切割磁感线。但ad和bc边的切割磁感线部分产生的感应电动势相互抵消，则整个回路的电源为ab，根据右手定则可知回路的电流方向为adcba，则ab边受到的安培力竖直向下，ad边受到的安培力水平向右，bc边受到的安培力水平向左，则ad边和bc边受到的安培力相互抵消，故线框abcd受到的安培力的合力为ab边受到的竖直向下的安培力。线框从ab边进入磁场开始， [答案]　(1)20 m/s2　10 m/s2　(2)0.2 T　0.4 J　(3)1.1 m [针对训练] 1．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．甲做减速运动，乙做匀速运动 C．甲加速运动，乙减速运动 D．甲减速运动，乙加速运动 答案：A　 2．(2022·浙江6月选考)舰载机电磁弹射是现在航母最先进的弹射技术，我国在这一领域已达到世界先进水平。某兴趣小组开展电磁弹射系统的设计研究，如图1所示，用于推动模型飞机的动子(图中未画出)与线圈绝缘并固定，线圈带动动子，可在水平导轨上无摩擦滑动。线圈位于导轨间的辐向磁场中，其所在处的磁感应强度大小均为B。开关S与1接通，恒流源与线圈连接，动子从静止开始推动飞机加速，飞机达到起飞速度时与动子脱离；此时S掷向2接通定值电阻R0，同时施加回撤力F，在F和磁场力作用下，动子恰好返回初始位置停下。若动子从静止开始至返回过程的v-t图如图2所示，在t1至t3时间内F＝(800－10v)N，t3时撤去F。 已知起飞速度v1＝80 m/s，t1＝1.5 s，线圈匝数n＝100匝，每匝周长l＝1 m，飞机的质量M＝10 kg，动子和线圈的总质量m＝5 kg，R0＝9.5 Ω，B＝0.1 T，不计空气阻力和飞机起飞对动子运动速度的影响，求 (1)恒流源的电流I； (2)线圈电阻R; (3)时刻t3。 类型(二)　电磁感应中的能量问题 [科学思维] 1．电磁感应中的能量转化 2．求解焦耳热Q的三种方法 方法一：焦耳定律Q＝I2Rt。 方法二：功能关系Q＝W克服安培力。 方法三：能量转化Q＝ΔE其他能的减少量。 [典例]　(2022·全国乙卷)如图，一不可伸长的细绳的上端 固定，下端系在边长为l＝0.40 m的正方形金属框的一个顶点 上。金属框的一条对角线水平，其下方有方向垂直于金属框所 在平面的匀强磁场。已知构成金属框的导线单位长度的阻值为λ＝5.0×10－3 Ω/m；在t＝0到t＝3.0 s时间内，磁感应强度大小随时间t的变化关系为B(t)＝0.3－0.1t(SI)。求： (1)t＝2.0 s时金属框所受安培力的大小； (2)在t＝0到t＝2.0 s时间内金属框产生的焦耳热。 [针对训练] 1．(2022·全国甲卷改编) 如图，两根相互平行的光滑长直金属导轨固定在水平绝缘桌面上，在导轨的左端接入电容为C的电容器和阻值为R的电阻。质量为m、阻值也为R的导体棒MN静止于导轨上，与导轨垂直，且接触良好，导轨电阻忽略不计，整个系