第11章 电磁感应 章末提升创新应用(11)-【优化探究】2024高考物理一轮复习高考总复习配套课件（人教版多选 新教材 新高考）

章末提升创新应用(十一) 1 一轮· 物理 新教材新情境 培养迁移能力 新思维新突破 强化思维过程 教材展示1 新教材粤教版选择性必修第二册第二章第三节练习第3题 磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具，如图(a)所示。它的驱动系统可简化为如下模型，固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形金属框，电阻为R的金属框置于xOy平面内，MN长为l平行于y轴，NP宽为d 1 一轮· 物理 新教材新情境 培养迁移能力 新思维新突破 强化思维过程 平行于x轴，如图(b)所示。轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度B沿Ox方向按波长为λ的正弦规律分布，如图(c)所示。整个磁场以一定的速率沿Ox方向匀速平移，忽略一切阻力，列车在驱动系统作用下沿Ox方向加速行驶。 1 一轮· 物理 新教材新情境 培养迁移能力 新思维新突破 强化思维过程 (1)简要叙述列车运行中获得驱动力的原理。 (2)为使列车获得最大驱动力，MN、PQ边应处于磁场中的什么位置？ 答案：见解析 1 一轮· 物理 新教材新情境 培养迁移能力 新思维新突破 强化思维过程 1 一轮· 物理 新教材新情境 培养迁移能力 新思维新突破 强化思维过程 高考链接1　(2020·北京卷)某试验列车按照设定的直线运动模式，利用计算机控制制动装置，实现安全准确地进站停车。制动装置包括电气制动和机械制动两部分。图1所示为该列车在进站停车过程中设定的加速度大小a车随速度v的变化曲线。 1 一轮· 物理 新教材新情境 培养迁移能力 新思维新突破 强化思维过程 (1)求列车速度从20 m/s降至3 m/s经过的时间t及行进的距离x； 答案：(1)24.3 s　279.3 m　 1 一轮· 物理 新教材新情境 培养迁移能力 新思维新突破 强化思维过程 (2)有关列车电气制动，可以借助图2模型来理解。 图中水平平行金属导轨处于竖直方向的匀强磁场 中，回路中的电阻阻值为R，不计金属棒MN及导 轨的电阻。MN沿导轨向右运动的过程，对应列车的电气制动过程，可假设MN棒运动的速度与列车的速度、棒的加速度与列车电气制动产生的加速度成正比。列车开始制动时，其速度和电气制动产生的加速度大小对应图1中的P点。论证电气制动产生的加速度大小随列车速度变化的关系，并在图1中画出图线； 答案： (2)见解析　 1 一轮· 物理 新教材新情境 培养迁移能力 新思维新突破 强化思维过程 1 一轮· 物理 新教材新情境 培养迁移能力 新思维新突破 强化思维过程 因此a∝v，由于MN棒的运动速度与列车的速度成正比、棒的加速度与列车电气制动产生的加速度成正比，故电气制动产生的加速度a气∝v。 电气制动产生的加速度大小随速度变化的图线如图所示。 1 一轮· 物理 新教材新情境 培养迁移能力 新思维新突破 强化思维过程 (3)制动过程中，除机械制动和电气制动外，列车还会受到随车速减小而减小的空气阻力。分析说明列车从100 m/s减到3 m/s的过程中，在哪个速度附近所需机械制动最强？ (注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明) 答案： (3)见解析 1 一轮· 物理 新教材新情境 培养迁移能力 新思维新突破 强化思维过程 解析：(3)制动过程中，电气制动产生的阻力与列车速度成正比；空气阻力随速度的减小而减小，由题图1中，列车速度在20 m/s至3 m/s区间加速度最大，根据牛顿第二定律，所需合力最大。而速度为3 m/s时，电气制动的阻力和空气阻力都最小。综合上述分析，列车速度在3 m/s左右所需机械制动最强。 1 一轮· 物理 新教材新情境 培养迁移能力 新思维新突破 强化思维过程 试题链接2　真空管道超高速列车的动力系统是一 种将电能直接转换成平动动能的装置。图1是某种 动力系统的简化模型，图中粗实线表示固定在水 平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨，电阻忽略不计。ab和cd是两根与导轨垂直、长度均为l、电阻均为R的金属棒，通过绝缘材料固定在列车底部，并与导轨良好接触，其间距也为l，列车的总质量为m。列车启动前，ab、cd处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导 1 一轮· 物理 新教材新情境 培养迁移能力 新思维新突破 强化思维过程 轨平面向下，如图1所示。为使列车启动，需在M、N间连接电动势为E的直流电源，电源内阻及导线电阻忽略不计。列车启动后电源自动关闭。 (1)要使列车向右运行，启动时图1中M、N哪个接电源正极，并简要说明理由； 答案：(1)见解析 解析：(1)列车要向右运动，安培力方向应向右。根据左手定则，接通电源后，金属棒中电流方向由a到b、由c到d，故M接电源正极。 1 一轮· 物理 新教材新情境 培养迁移能力 新思维新突破