第十一章 小专题(十八) 电磁感应中的动力学和能量问题-【导与练】2024高考物理一轮复习高中总复习第1轮教学课件PPT（新教材，人教版）

小专题(十八)　电磁感应中的动力学和 能量问题 提升关键能力 突破考点 考点一　电磁感应中的动力学问题 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 [例1] [水平面内的动力学问题] (2023·河南安阳模拟)(多选)如图甲所示,光滑平行金属导轨水平放置,处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度大小为B=2 T,导轨左端接有阻值为R=10 Ω的定值电阻,导轨间距为d= 1 m。长为L=1 m、电阻为r=10 Ω、质量为m=0.5 kg的金属棒垂直放在导轨上。t=0时刻,用水平向右的拉力F拉金属棒,金属棒从静止开始运动,电阻R中的电流随时间变化的规律如图乙所示,金属棒运动过程中始终与导轨垂直并接触良好,则(　 　) A.金属棒做加速度越来越大的变加速运动 B.拉力F的最小值为1.25 N C.0～4 s内,通过金属棒横截面的电荷量为4 C D.0～4 s内,拉力F的冲量大小为9 N·s BD [例2] [竖直面内的动力学问题] (多选)如图所示,竖直面内固定一足够长的竖直光滑平行金属导轨,导轨上端接有一个定值电阻R,整个装置处在垂直于纸面向里的匀强磁场中,一质量为m、电阻不计的金属棒可紧贴导轨自由滑动。现让金属棒由静止下滑,不计导轨电阻和空气阻力,则金属棒在运动过程中,加速度大小a与速度大小v、流过的电荷量q与位移x的关系图像中正确的有(　 ) AD [例3] [斜面上的动力学问题] (2021·山东卷,12)(多选)如图所示,电阻不计的光滑U形金属导轨固定在绝缘斜面上。区域Ⅰ、Ⅱ中磁场方向均垂直斜面向上, Ⅰ区中磁感应强度随时间均匀增加,Ⅱ区中为匀强磁场。阻值恒定的金属棒从无磁场区域中a处由静止释放,进入Ⅱ区后,经b下行至c处反向上行。运动过程中金属棒始终垂直导轨且接触良好。在第一次下行和上行的过程中,以下叙述正确的是(　 　) A.金属棒下行过b时的速度大于上行过b时的速度 B.金属棒下行过b时的加速度大于上行过b时的加速度 C.金属棒不能回到无磁场区 D.金属棒能回到无磁场区,但不能回到a处 ABD 电磁感应中的动力学临界问题的分析思路 (1)解决这类问题的关键是通过对受力情况和运动状态的分析,寻找过程中的临界状态,如速度、加速度为最大值或最小值的条件。 考点二　电磁感应中的能量问题 1.电磁感应现象中的能量转化 2.求解焦耳热Q的三种方法 [例4] [水平面内的能量问题] (2022·全国甲卷,20)(多选)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,(　 　) AD [例5] [竖直面内的能量问题] (2021·湖南卷,10)(多选)两个完全相同的正方形匀质金属框,边长为L,通过长为L的绝缘轻质杆相连,构成如图所示的组合体。距离组合体下底边H处有一方向水平、垂直纸面向里的匀强磁场。磁场区域上下边界水平,高度为L,左右宽度足够大。把该组合体在垂直磁场的平面内以初速度v0水平无旋转抛出,设置合适的磁感应强度大小B使其匀速通过磁场,不计空气阻力。下列说法正确的是(　 　) CD (1)金属棒在磁场中运动时所受安培力的大小; 答案:(1)0.18 N　 (2)金属棒的质量以及金属棒与导体框之间的动摩擦因数; (3)导体框匀速运动的距离。 解决电磁感应能量问题的基本步骤 点击进入 训练学科素养 限时巩固 谢谢观赏 解析:电阻R中的电流I==,结合题图像可得=t(A),代入数值解得v= 2.5t(m/s),因此金属棒做加速度为a=2.5 m/s2的匀加速直线运动,选项A错误;根据牛顿第二定律有F-=ma,可知最小拉力Fmin=ma=1.25 N,选项B正确;由I-t图像的面积可知,0～4 s内,通过金属棒横截面的电荷量为q=×1×4 C=2 C,选项C错误;由F-=ma得F=(1.25+0.5t)N,当t=4 s时F2=3.25 N,则0～4 s内,拉力F的冲量大小I=t=9 N·s,选项D正确。 解析:金属棒中感应电流为I==,对金属棒,由牛顿第二定律可得mg-BIL=ma,联立可得a=g-,对比题中图像可知,A正确,B错误;金属棒产生的平均感应电动势为E′==,平均感应电流为I=,流过的电荷量为q=IΔt,联立可得q=,对比题中图像可知,C错误,D正确。 解析:如图所示,在Ⅰ区域中,磁感应强度为B1=kt