第十一章 小专题(十九) 电磁感应中的动量问题-【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(十九)　电磁感应中的动量问题 提升关键能力 突破考点 考点一　动量定理在电磁感应中的应用 [例1][“单棒+电阻”模型] (2022·辽宁沈阳模拟)(多选)如图所示,两根足够长、电阻不计且相距L=0.2 m的平行金属导轨固定在倾角θ=37°的绝缘斜面上,顶端接有一盏额定电压为U=4 V的小灯泡(电阻恒定),两导轨间有一磁感应强度大小为B=5 T、方向垂直斜面向上的匀强磁场。今将一根长为L、质量m=0.2 kg、电阻r=1.0 Ω的金属棒垂直于导轨放置,在顶端附近无初速度释放,金属棒与导轨接触良好,金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.25。已知金属棒下滑x=3.6 m后速度稳定,且此时小灯泡恰能正常发光,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,则(　 　) A.金属棒刚开始运动时的加速度大小为 3 m/s2 B.金属棒稳定下滑时的速度大小为4.8 m/s C.从开始下滑到速度稳定过程中流过灯泡的电荷量为3.6 C D.金属棒从开始下滑到速度稳定所经历的时间为 1.95 s BD [例2] [“电容器+棒”模型] (2022·黑龙江哈尔滨模拟)“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 且水平放置在磁感应强度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; 答案:(1)50 m/s2 [例2] [“电容器+棒”模型] (2022·黑龙江哈尔滨模拟)“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 且水平放置在磁感应强度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。 (2)求金属滑块的最大速度v的大小。 答案:(2)40 m/s 考点二　动量守恒定律在电磁感应中的应用 1.在双金属棒切割磁感线的系统中,双金属棒和导轨构成闭合回路,安培力充当系统内力,如果它们不受摩擦力,且受到的安培力的合力为0时,满足动量守恒,运用动量守恒定律解题比较方便。 2.双棒模型(不计摩擦力)。 项目 双棒无外力 双棒有外力 示意图 动力学 观点 导体棒1受安培力的作用做加速度减小的减速运动,导体棒2受安培力的作用做加速度减小的加速运动,最后两棒以相同的速度做匀速直线运动 导体棒1做加速度逐渐减小的加速运动,导体棒2做加速度逐渐增大的加速运动,最终两棒以相同的加速度做匀加速直线运动 动量 观点 系统动量守恒 系统动量不守恒 能量 观点 棒1动能的减少量=棒2动能的增加量+焦耳热 外力做的功=棒1的动能+棒2的动能+焦耳热 [例3][导体框与导体棒在同一匀强磁场中的运动] (多选)如图所示,一质量为2m的足够长U形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上,bc边长为L,不计金属框电阻。一长为L的导体棒MN置于金属框上,导体棒的阻值为R、质量为m。装置处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中。现给金属框水平向右的初速度v0,在整个运动过程中MN始终与金属框保持良好接触,则(　 　) AC 在[例3]中,若金属框质量为m1,导体棒质量为m2,用水平恒力F向右从静止开始拉动金属框,则最终金属框的加速度会趋于恒定值,试求最终金属框的加速度和回路的电流大小。 [例4][两等长导体棒在同一匀强磁场中的运动] (2023·重庆北碚区模拟)如图所示,在水平面上有两条足够长