第10章 第4讲 电磁感应中的动力学、能量问题（课件PPT）-【新高考方案】2024高考物理一轮复习（江苏专版）

第4讲 电磁感应中的动力学、能量问题 开始 1 01 03 (一) 电磁感应中的动力学问题 (二) 电磁感应中的能量问题 2 (一) 电磁感应中的动力学问题 1．两种状态及处理方法 电磁感应中的动力学、能量问题 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 [考法全训] 考法(一)　水平面内的动力学问题 [例1]　(2022·湖南高考改编)如图，间距L＝1 m的 U形金属导轨，一端接有0.1 Ω的定值电阻R，固定在 高h＝0.8 m的绝缘水平桌面上。质量均为0.1 kg的匀质导体棒a和b静止在导轨上，两导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直，接入电路的阻值均为0.1 Ω，与导轨间的动摩擦因数均为0.1(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，导体棒a距离导轨最右端1.74 m。整个空间存在竖直向下的匀强磁场(图中未画出)，磁感应强度大小为0.1 T。 用F＝0.5 N沿导轨水平向右的恒力拉导体棒a，当导体棒a运动到导轨最右端时，导体棒b刚要滑动，撤去F，导体棒a离开导轨后落到水平地面上。重力加速度取10 m/s2，不计空气阻力，不计其他电阻，下列说法正确的 (　 ) A．导体棒a离开导轨至落地过程中，水平位移为0.6 m B．导体棒a离开导轨至落地前，其感应电动势增大 C．导体棒a在导轨上运动的过程中，导体棒b有向右运动的趋势 D．导体棒a在导轨上运动的过程中，通过电阻R的电荷量为0.58 C [答案]　D [针对训练] 1．(2021·广东高考改编) 如图所示，水平放置足够长光滑金属导轨abc和de，ab与de平行，bc是以O为圆心的圆弧导轨。圆弧be左侧和扇形Obc内有方向如图的匀强磁场。金属杆OP的O端与e点用导线相接，P端与圆弧bc接触良好，初始时，可滑动的金属杆MN静止在平行导轨上。若杆OP绕O点在匀强磁场区内从b到c匀速转动时，回路中始终有电流，则此过程中，下列说法正确的是 (　 ) A．杆OP产生的感应电动势逐渐减小 B．杆OP受到的安培力不变 C．杆MN做匀加速直线运动 D．杆MN中的电流逐渐减小 答案：D　 2．(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，整个系统处于方向竖直向下的匀强磁场中。开始时，电容器所带的电荷量为Q，合上开关S后， (　 ) 答案：A　 在MN减速到零的过程中，电容器的电流和导体棒的电流都流经电阻R形成各自的回路，因此可知此时也是电阻R的电流大，综上分析可知全过程中电阻R上产生的热量大于导体棒MN上产生的热量，故D错误。 使其在图示竖直平面内由静止开始运动。从ab边进入磁场开始，在竖直方向线框做匀速运动；dc边进入磁场时，bc边恰好到达磁场右边界。重力加速度大小取g＝10 m/s2，求： (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。 联立有B＝0.2 T 由题知，dc边进入磁场时，bc边恰好到达磁场右边界。则线框进入磁场的整个过程中，线框受到的安培力为恒力，则有Q＝W安＝BILy y＝L，Fsin θ－mg＝BIL 联立解得Q＝0.4 J。 [答案]　(1)20 m/s2　10 m/s2　(2)0.2 T　0.4 J　(3)1.1 m [针对训练] 3．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 答案：A 磁场边界(图中虚线)与斜面底边平行；金属棒在磁场中做匀速运动，直至离开磁场区域。当金属棒离开磁场的瞬间，导体框的EF边正好进入磁场，并在匀速运动一段距离后开始加速。已知金属棒与导体框之间始终接触良好，磁场的磁感应强度大小B＝