内容正文:
高考复习顶层设计·物理
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高考复习顶层设计 物理
第十一章
电磁感应
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本部分内容讲解结束
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电磁感应的动力学和能量问题是历年高考的热点和难点,考查的题型一般包括“单杆”模型、“双杆”模型或“导体框”模型,考查的内容有:①匀变速直线运动规律;②牛顿运动定律;③功能关系;④能量守恒定律;⑤动量守恒定律。解答这类问题时要注意从动力学和能量角度去分析,根据运动情况和能量变化情况分别列式求解。用到的思想方法有:①整体法和隔离法;②全程法和分阶段法;③条件判断法;④临界问题的分析方法;⑤守恒思想;⑥分解思想。
类型1 电磁感应中的“单杆”模型
1.“单杆”模型分析要点。
(1)杆的稳定状态一般是做匀速运动,达到最大速度或最小速度,此时合力为零。
(2)电磁感应现象遵从能量守恒定律,整个电路产生的电能等于克服安培力所做的功。
2.抓住力学对象和电学对象间的桥梁——感应电流I、切割速度v,“四步法”分析电磁感应中的动力学问题。
【典例1】 如图所示,金属棒ab在光滑水平轨道上,水平轨道之间接有电阻R,除R外不计其他电阻,匀强磁场方向竖直向上,磁感应强度为B,ab初始静止,现用水平恒力F使ab开始运动,经过时间t1,当速度为v时,加速度为a1,最后,ab以速度3v做匀速直线运动。如果水平恒力F的功率保持恒定不变,则ab从静止开始经过时间t2,速度也达到v时,加速度为a2,最终ab也以速度3v做匀速直线运动,则下述判断正确的是 ( )
A.t1=t2 B.t1<t2
C.a2=3a1 D.a2=4a1
答案与解析
【解析】 两种情况最终都是匀速运动,因此最终都有F安培=BIL,即F=。第一种情况,拉力恒定,随着速度的增加,安培力增加,因此金属棒做加速度逐渐减小的加速运动,当速度为v时有F-BI1L=ma1,I1=,联立解得a1=;第二种情况,功率恒定,随着金属棒的速度逐渐增大,力F将逐渐减小,其最小值与第一种情况下的恒力F相等,故第二种情况下的加速度时刻比第一种情况大,故所用时间t1>t2。第二种情况下速度为v时,有P=F1v, P=F×3v=,F1-BI1L=ma2,联立解得a2=,所以有a2=4a1,D项正确。
【答案】 D
【典例2】 如图甲所示,两根间距L=1.0 m、电阻不计的足够长平行金属导轨ab、cd水平放置,一端与阻值R=2.0 Ω的电阻相连,质量m=0.2 kg的导体棒ef在恒定外力F作用下由静止开始运动,已知导体棒与两根导轨间的最大静摩擦力和滑动摩擦力均为Ff=1.0 N,导体棒电阻为r= 1.0 Ω,整个装置处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度为B,导体棒运动过程中加速度a与速度v的关系如图乙所示(g取10 m/s2)。求:
甲 乙
(1)当导体棒速度为v时,棒所受安培力F安的大小(用题中字母表示);
(2)磁场的磁感应强度B的大小;
(3)若ef棒由静止开始运动距离为s=6.9 m时,速度已达v'=3