2024届高考物理一轮复习讲义：19.4电磁感应的动力学、能量及动量的综合问题

19.4 电磁感应的动力学、能量及动量问题 要点一. 动力学观点及原理 1．安培力的大小 ⇒F＝ 2．安培力的方向 (1)用左手定则判断： 先用右手定则判断感应电流方向，再用左手定则判定安培力方向． (2)用楞次定律判断： 安培力的方向一定与导体切割磁感线的运动方向相反． 3．导体的两种运动状态 (1)导体的平衡状态——静止状态或匀速直线运动状态． 处理方法：根据平衡条件(合力等于零)列式分析． (2)导体的非平衡状态——加速度不为零． 处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析． 4．电学对象与力学对象的转换及关系 5.解决动力学问题的一般步骤 解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是“先电后力”， 具体思路如下： 1.“电源”的分析 分离出电路中由电磁感应所产生的电源→→确定E和r 2.“电路”的分析 弄清串、并联关系→→求电流→→确定F安 3.“力”的分析 确定杆或线圈受力→→求合外力→→求加速度 4.“运动”的分析 由力和运动的关系→→确定运动模型 要点二.能量观点及原理 电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程，而能量的转化是通过安培力做功的形式实现的，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，外力克服安培力做功，则是其他形式的能转化为电能的过程．. 1．能量转化及焦耳热的求法 2．解决电磁感应能量问题的策略 “先源后路、先电后力，再是运动、能量”，即： 3.解电磁感应现象中的能量问题的一般步骤 1. 在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源. 2. 分析清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化. 3. 根据能量守恒列方程求解. 要点三.动量观点及原理 1.动量定理的应用 导体棒或金属框在感应电流所引起的安培力作用下做非匀变速直线运动时. 安培力的冲量为：I安＝BLt＝BLq 通过导体棒或金属框的电荷量为：q＝Δt＝Δt＝nΔt＝n 磁通量变化量：ΔΦ＝BΔS＝BLx. 当题目中涉及速度v、电荷量q、运动时间t、运动位移x时常用动量定理求解． 2.动量守恒的应用 对于两导体棒在相互平行的光滑水平轨道上做切割磁感线运动时： 如果这两根导体棒所受的安培力等大反向，且不受其他外力或其他外力的合力为零时，两导体棒的总动量守恒。 3.动量问题的解题步骤 感应电流在磁场中受到安培力的作用，因此电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起.解决这类问题需要综合应用电磁感应规律(法拉第电磁感应定律、楞次定律)及力学中的有关规律(牛顿运动定律、动量守恒定律、动量定理、动能定理等).解决这类问题的方法： (1)选择研究对象： 即是哪一根导体棒或几根导体棒组成的系统. (2)分析其受力情况： 安培力既跟电流方向垂直又跟磁场方向垂直. (3)分析研究对象所受的各力做功情况和合外力情况： 选定所要应用的物理规律. (4)分析研究对象(或系统)是否符合动量守恒的条件. (5)运用物理规律列方程求解.注意：加速度a＝0时，速度v达到最大值. 要点四.电磁感应的典型模型 1.单棒--导轨模型 1.仅受安培力作用的单棒模型 2.安培力与其他力共同作用的单棒模型 2.双棒—导轨模型 1.仅受安培力作用的双棒模型 2. 安培力与其他力共同作用的双棒模型 3.有摩擦力作用的双棒模型 高中物理一轮复习 贾老师：13140411520 页 2 学科网（北京）股份有限公司 题型1.电磁感应的动力学问题 经典例题 典例1 (多选)如图，水平固定的光滑U型金属导轨处于竖直向下的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，导轨间距为L.一金属棒从导轨右端以大小为v的速度滑上导轨，金属棒最终停在导轨上，已知金属棒的质量为m、长度为L、电阻为R，金属棒与导轨始终接触良好，不计导轨的电阻，则(　　) A．金属棒静止前做匀减速直线运动 B．金属棒刚滑上导轨时的加速度最大 C．金属棒速度为时的加速度是刚滑上导轨时加速度的 D．金属棒从滑上导轨到静止的过程中产生的热量为 【答案】BC 【解析】导体棒切割磁感线产生的电动势为E＝BLv，产生的电流为I＝＝，则导体棒受水平向右的安培力，产生的加速度为a＝＝＝，故导体棒做加速度减小且速度减小的变加速直线运动，而金属棒刚滑上轨道时速度最大，加速度最大，故A错误，B正确；金属棒的加速度a＝＝，a∝v，当速度变为时，加速度变为原来的，故C正确；金属棒从滑上导轨到静止，仅受安培力作用，安培力做负功，则