专题提升Ⅷ 电磁感应中的动力学问题-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（人教版2019选择性必修第二册）

专题提升Ⅷ 电磁感应中的动力学问题 模块一 知识掌握 【重难诠释】 1．电磁感应问题中电学对象与力学对象的相互制约关系 2．处理此类问题的基本方法 (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向． (2)求回路中感应电流的大小和方向． (3)分析研究导体受力情况(包括安培力)． (4)列动力学方程或根据平衡条件列方程求解． 3．两种状态 (1)导体处于平衡状态——静止或匀速直线运动状态． 处理方法：根据平衡条件(合外力等于零)列式分析． (2)导体处于非平衡状态——加速度不为零． 处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系进行分析． 4．电磁感应中的动力学临界问题 基本思路：导体受外力运动感应电动势感应电流导体受安培力→合外力变化加速度变化→临界状态． 题型一　电磁感应中的平衡问题 [例题1] （多选）（2023•汕头一模）依附建筑物架设的磁力缓降高楼安全逃生装置，该装置原理如图可等效为：间距L＝0.5m的两根竖直导轨上部连通，人和磁铁固定在一起，沿导轨共同下滑，磁铁产生磁感应强度B＝0.2T的匀强磁场。人和磁铁所经位置处，可等效为有一固定导体棒cd与导轨相连，整个装置总电阻始终为R＝4×10﹣5Ω，在某次逃生试验中，质量M＝50kg的测试者利用该装置最终以v＝2m/s的速度匀速下降，已知与人一起下滑部分装置的质量m＝20kg，重力加速度取g＝10m/s2，则（　　） A．导体棒cd中电流的方向从d到c B．导体棒cd中电流的方向从c到d C．下落过程中除安培力的阻力为200N D．下落过程中除安培力的阻力为1200N [例题2] （多选）（2023•太原一模）如图所示，两根不计电阻、间距为L的足够长平行光滑金属导轨，固定在匀强磁场中，两导轨所在平面与水平方向的夹角为30°，磁场方向垂直于导轨平面斜向下。导轨上端串联两阻值均为R的电阻。质量为m、不计电阻的金属棒可沿导轨运动，运动中金属棒始终水平且与导轨保持良好接触。忽略空气阻力及回路中的电流对原磁场的影响，重力加速度大小为g。已知断开开关S，由静止释放金属棒，金属棒沿导轨下滑kL后将做速度为v的匀速直线运动。又过了一段时间，闭合开关S。下列说法中正确的是（　　） A．匀强磁场的磁感应强度为B B．导体棒由静止下滑kL的运动时间为 C．闭合开关S瞬间，金属棒的加速度大小为 D．闭合开关S后，经过足够长的时间，金属棒的速度大小为 [例题3] （2023春•西宁期末）如图所示，水平放置的平行金属导轨，相距l＝0.50m，左端接一电阻R＝0.20Ω，磁感应强度B＝0.40T的匀强磁场方向垂直于导轨平面，导体棒ab垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计，当ab以v＝4.0m/s的速度水平向右匀速滑动时，求： （1）ab棒中感应电动势的大小； （2）回路中感应电流的大小和方向； （3）维持ab棒做匀速运动的水平外力F的大小。 题型二　电磁感应中的动力学问题 [例题4] （2022秋•山西月考）两相同的“”形光滑金属框架竖直放置，框架的一部分处在垂直纸面向外的条形匀强磁场中，如图所示。两长度相同、粗细不同的均质铜棒a、b分别从两框架上相同高度处由静止释放，下滑过程中铜棒与框架垂直且接触良好，框架电阻不计，已知铜棒a、b穿过磁场的时间分别为ta、tb，下列判断正确的是（　　） A．ta＝tb B．ta＞tb C．ta＜tb D．无法判断ta、tb的大小关系 [例题5] （2022秋•阆中市校级月考）电磁炮是利用电磁力对弹体加速的新型武器。某小组用图示装置模拟研究电磁炮的原理。间距为0.1m的水平长导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为0.5T，左端所接电池电动势为1.5V、内阻为0.5Ω。长0.1m、电阻为0.1Ω的金属杆ab静置在导轨上。闭合开关S后，杆ab在运动过程中受到的阻力恒为0.05N，且始终与导轨垂直且接触良好。导轨电阻不计，则杆ab（　　） A．运动方向向左 B．先做匀加速直线运动，后做匀速直线运动 C．能达到的最大速度为18m/s D．两端的电压始终不变 [例题6] （2022•南京模拟）两个半径不同的半圆金属环可以组成如图甲、乙所示的两种闭合回路，两半圆环位于同一平面内，圆心重合，较小的半圆环的半径为r，整个回路的电阻为R。将两个闭合回路放在垂直环面的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化的规律如图丙所示，则t0时刻，甲、乙两回路中小的半圆环受到的安培力之差为（图中均为已知量）（　　） A． B． C． D． [例题7] （2022春•临沂月考）如图所示，两根间距为0.5m的平行固定金属导轨处于方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中，导轨平面与水平面成θ＝30°角，导轨下端连接阻值为2Ω的定值