2024届高考物理二轮复习专题讲义：电磁感应模型与力学问题的综合

专题 电磁感应模型与力学问题的综合 一．金属线框穿越磁场模型 1.不受外力 类型 光滑水平面上运动的正方形线框 运动图像（进入磁场开始计时） 电流变化图像（逆时针方向为正） 不受外力 （1）进磁场，右边线框切割磁感线，安培力会阻碍线框的运动，由牛二定律可得：物体做加速度减小的减速运动； ，由于减小，减小； 注意：由于逐渐减小，产生的感应电动势（）逐渐减小，线框电阻不变，则电流逐渐减小； （2）线框完全进入磁场中，不受安培力：物体做匀速直线运动； （3）出磁场，左边线框切割磁感线，安培力会阻碍线框的运动，由牛二定律可得：物体做加速度减小的减速运动； 注意：由于逐渐减小，产生的感应电动势（）逐渐减小，线框电阻不变，则电流逐渐减小； （4）出磁场与进磁场时，线框中的电流方向相反。 例1.如图，在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框；在导线框右侧有一宽度为d（d＞L）的条形匀强磁场区域，磁场的边界与导线框的一边平行，磁场方向竖直向下。导线框以某一初速度向右运动。t=0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合，随后导线框进入并通过磁场区域。下列-t图像中，可能正确描述上述过程的是（ ） 2.受恒定的外力 类型 光滑水平面上运动的正方形线框 运动图像（进入磁场开始计时） 电流变化图像（逆时针方向为正） 受恒力 进入磁场时，若有外力作用，要分析外力与安培力的大小关系： （1）若，物体做匀速运动，感应电流大小恒定； （2）若，则 1）先增大，先减小；线框做加速度减小的加速运动； 2）当时，减为零；线框开始匀速运动（线框完全进入磁场前）； 3）当线框完全穿过磁场时，安培力消失，只受外力，做匀加速直线运动； （3）若，则，沿负方向； 1）先减小，先减小；线框做加速度减小的减速运动； 2）当时，减为零；线框开始匀速运动（线框完全进入磁场前）； 3）当线框完全穿过磁场时，安培力消失，只受外力，做匀加速直线运动； 例2.在同一水平面内有两根平行长导轨，导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域，区域宽度均为，磁感应强度大小相等、方向交替向上向下。一边长为的正方形金属线框在导轨上从图示位置向左匀速运动。线框中感应电流随时间t变化的图线可能是（ ） A. B. C. D. 例3.（多选）如图所示，水平线MN以上空间存在足够大的匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向水平。质量为m、电阻为R粗细均匀的单匝矩形线圈，ab=L、bc=1.2L，处于匀强磁场中，线圈平面与磁感线垂直。将线圈从距离MN为h处自由释放，线圈运动过程中ab边始终保持与MN平行，当线圈ab边通过MN时刚好开始做匀速运动。若以a为轴、在纸面内将线圈顺时针旋转90°后再自由释放，线圈运动过程中ad边也始终保持与MN平行。以下判断正确的是（ ） A.线圈ad边到达MN时，仍然会开始做匀速运动 B.线圈cd边到达MN时速度的值大于bc边到达MN时速度的值 C.线圈两次穿越磁场的过程中，通过线圈横截面的电荷量相同 D.线圈两次穿越磁场的过程中，安培力对线圈冲量的大小相等 拓展： 安培力的冲量转换：或； 例4.（多选）由相同材料的导线绕成边长相同甲乙的甲、乙两个正方形闭合线圈，两线圈的质量相等，但所用导线的横截面积不同，甲线圈的匝数是乙的2倍。现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落，一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的上边界水平，如图所示。不计空气阻力，已知下落过程中线圈始终平行于纸面，上、下边保持水平。在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前，可能出现的是（ ） A.甲和乙都加速运动 B.甲和乙都减速运动 C.甲加速运动，乙减速运动 D.甲减速运动，乙加速运动 注意：匝线圈受到的安培力：； 例5.光滑水平面上有两个相邻且互不影响的有界匀强磁场Ⅰ、Ⅱ,磁场方向均垂直纸面，两磁场的磁感应强度大小相等、方向相反，如图所示，磁场区域宽度均为L=0.18m，有一边长也为L的正方形闭合线框，从磁场外以速度0=2m/s进入磁场，当线框ab边进入磁场Ⅰ时对线框施加向右的水平恒力F=2N，线框在进入磁场Ⅰ过程中做匀速运动，进入磁场Ⅱ区域到达某位置后线框又做匀速运动，已知线框的质量m=0.2kg，以下说法正确的是（ ） A.线框ab边刚进入磁场Ⅱ时线框的加速度大小为10m/s2 B.线框第二次匀速运动的速度大小为0.5m/s C.线框ab边在磁场Ⅰ、Ⅱ中的运动时间为0.3s D.线框ab边在磁场Ⅰ、Ⅱ中运动时整个线框产生的热量为0.375J 注意：（双电动势方向相同