第10章 第6讲 电磁感应中的新情境问题（课件PPT）-【新高考方案】2024高考物理一轮复习（新教材 新高考）

第6讲 电磁感应中的新情境问题 开始 1 01 03 (一) 利用磁场加速的新情景实例 (二) 利用磁场减速的新情景实例 2 电磁感应中的新情境问题是高考的常考点，试题难度中等以上，有时也作为压轴题出现。有的试题取材于利用磁场加速的情境，如航母舰载机电磁弹射装置、电子感应加速器等；有的试题取材于利用磁场减速的情境，如电磁阻尼装置等。该类题目重在考查考生的物理建模能力和逻辑思维能力。 电磁感应中的新情境问题 (一) 利用磁场加速的新情境实例 [典例]　(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v­t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。 [解题指导]　解答本题的关键在于分过程进行物理建模和逻辑思维：  开关S与1接通 物理建模 等效于通电导体在磁场中的运动模型 逻辑思维 (1)线圈带动动子和飞机做匀加速直线运动，此过程的加速度可以求出。 (2)导体的长度为nl，磁感应强度的大小为B，线圈所受的合外力等于安培力。 (3)结合牛顿运动定律对动子、线圈和飞机整体列式求解。  开关S与2接通 物理建模 等效于电磁感应中的“导体棒＋导轨”模型 逻辑思维 (1) t1～t2时间内线圈和动子做匀减速直线运动。 (2) t2～t3时间内线圈和动子做反向的匀加速直线运动。 (3) t1～t3时间内线圈和动子加速度恒定。 [针对训练] 1．(多选)现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加 速器就是利用感生电场使电子加速的设备。如图甲所示， 上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室 (图乙为真空室俯视图)，电子在真空室中做圆周运动，从 上往下看，电子沿逆时针方向运动(如图乙所示)。电磁铁 线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。若电磁铁产生的磁场在真空室中为匀强磁场，方向与电子运动平面垂直，磁感应强度的大小满足关系式：B＝kt(k为大于零的常数)， 答案：BD　 2．(2023·山东临沂模拟)如图为一种电磁推进方式示意图，两条平行光滑绝缘轨道固定在水平面上，其间连续分布着竖直向下和竖直向上的等大的匀强磁场，磁场宽度相等，一矩形金属线框放置在导轨上方，其长宽恰好等于导轨的间距和磁场的宽度，电阻一定，当磁场开始向右匀速运动时，已知线框移动的过程中所受摩擦阻力恒定，则下列关于线框的速度v、电流i的大小及穿过线框的电荷量q随时间t的变化图像(v­t、i­t、q­t)、线框产生的焦耳热Q随线框位移x的变化图像(Q­x)的说法中可能正确的是 (　 ) 答案：BC　 3．(2023·黑龙江哈尔滨模拟)2022年6月17日，我国第三艘航母“福建舰”正式下水，如图甲所示，“福建舰”配备了目前世界上最先进的“电磁弹射”系统。“电磁弹射”系统的具体实现方案有多种，并且十分复杂。一种简化的物理模型如图乙所示，电源和一对足够长平行金属导轨M、N分别通过单刀双掷开关K与电容器相连。电源的电动势E＝10 V, 内阻不计。两条足够长的导轨相距L＝0.1 m且水平放置处于磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面且竖直向下，电容器的电容C＝10 F。现将一质量为m＝0.1 kg，电阻r＝0.1 Ω的金属滑块垂直放置于导轨的滑槽内，分别与两导轨良好接触。将开关K置于a让电容器充电，充电结束后，再将开关K置于b， 金属滑块会在电磁力的驱动下运动。在电容器放电过程中，金属滑块两端电压与电容器两极板间电压始终相等。不计导轨和电路其他部分的电阻，不计电容器充、放电过程中电磁辐射和导轨产生的磁场对滑块的作用，忽略金属滑块运动过程中的一切摩擦阻力。 (1)求在开关K置于b瞬间，金属滑块加速度a的大小； (2)求金属滑块的最大速度v的大小。 答案：(1)50 m/s2　(2)40 m/s (二) 利用磁场减速的新情境实例