第四板块 层级Ⅱ 微专题Ⅱ 电磁感应中的动力学、能量、动量问题（课件PPT）-【创新方案】2024年高考物理二轮复习专题辅导与测试（新教材 江苏北京专用）

微专 题Ⅱ 电磁感应中的动力学、能量、动量问题 |强化“科学思维”·强调应用建模·综合考法“精细研” 01 02 03 目 录 命题视角(一)　电磁感应中的动力学问题 命题视角(二)　电磁感应中的能量问题 命题视角(三)　电磁感应中的动量问题 2 01 命题视角(一)　 电磁感应中的动力学问题 [典例]　(2023·山东高考改编)足够长U形导轨平置在光滑水平绝缘桌面上，宽为1 m，电阻不计。质量为1 kg、长为1 m、电阻为1 Ω的导体棒MN放置在导轨上，与导轨形成矩形回路并始终接触良好。Ⅰ和Ⅱ区域内分别存在竖直方向的匀强磁场，磁感应强度分别为B1和B2，其中B1＝2 T，方向向下。用不可伸长的轻绳跨过固定轻滑轮将导轨CD段中点与质量为0.1 kg的重物相连，绳与CD垂直且平行于桌面。 如图所示，某时刻MN、CD同时分别进入磁场区域Ⅰ和Ⅱ并做匀速直线运动，MN、CD与磁场边界平行。MN的速度v1＝2 m/s，CD的速度为v2，且v2>v1，MN和导轨间的动摩擦因数为0.2。重力加速度大小取10 m/s2，下列说法正确的有(　 ) ①B2的方向向上 ②B2的方向向下 ③v2＝5 m/s ④v2＝3 m/s A．①③　　B．②④　　C．②③　　D．①④ [答案]　B [解析]　导轨的速度v2>v1，因此导体棒受到向右的摩擦力，又因导体棒做匀速直线运动，可知导体棒受到向左的安培力，摩擦力大小为f＝μmg＝2 N，导体棒所受安培力大小为F1＝f＝2 N，由左手定则可知导体棒的电流方向为N→M，导轨受到向左的摩擦力f′＝f＝2 N、向右的拉力FT＝m0g＝1 N，因导轨做匀速直线运动，故受到的向右的安培力大小为F2＝f′－FT＝1 N， [思维建模] 1．两种状态及处理方法 状态 特征 处理方法 平衡态 加速度为零 根据平衡条件列式分析 非平衡态 加速度不为零 根据牛顿第二定律结合运动学公式进行分析 2．“四步法”分析电磁感应中的动力学问题 1．由相同材料的导线绕成边长相同的甲、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，可能出现的有(　 ) [应用体验] ①甲和乙都加速运动　②甲和乙都减速运动　③甲加速运动，乙减速运动　④甲减速运动，乙加速运动 A．①②　 　B．①③　 　C．②③　 　D．②④ 答案：A　 解析：两线圈的质量相等，线圈所用材料相同，则体积相同，甲线圈的匝数是乙线圈的2倍，则甲线圈所用导线的横截面积是乙的一半，长度是乙的2倍，由电阻定律可知，甲的电阻是乙的电阻的4倍； 2．(2023·兴化高三模拟)如图所示，MN、PQ为水平放置的电阻不计的光滑平行金属导轨，其间距为L，一阻值为R的定值电阻与导轨左端相连，空间存在磁感应强度为B的匀强磁场，磁场和导轨平面夹角为θ，一根垂直导轨放置的导体棒ab在平行导轨方向的外力F的作用下由静止开始做加速度为a的匀加速直线运动，导体棒质量为m、长度为L、电阻为R，求该过程中： (1)t时刻，导体棒所受外力F的大小； (2)0～t时间段内，通过电阻R的电荷量。 02 命题视角(二)　 电磁感应中的能量问题 [典例]　(2022·湖北高考)如图所示，高度足够的匀 强磁场区域下边界水平、左右边界竖直，磁场方向垂直 于纸面向里。正方形单匝线框abcd的边长L＝0.2 m、回 路电阻R＝1.6 × 10 －3 Ω、质量m＝0.2 kg。线框平面与 磁场方向垂直，线框的ad边与磁场左边界平齐，ab边与磁场下边界的距离也为L。 [典例示法] [解析]　(1)ab边进入磁场前，对线框进行受力分析，在水平方向有max＝Fcos θ 代入数据得ax＝20 m/s2 在竖直方向有may＝Fsin θ－mg 代入数据得ay＝10 m/s2。 (2)根据题意，从ab边进入磁场开始，ab边在竖直方向切割磁感线；ad边和bc边的一部分也开始进入磁场，且在水平方向切割磁感线，但ad和bc边的切割磁感线部分产生的感应电动势相互抵消，则整个回路的电源为ab。根据右手定则可知回路的电流方向为adcba，则ab边受到的安培力竖直向下，ad边受到的安培力水平向右，bc边受到的安培力水平向左，则ad边和bc边受到的安培力相互抵消，故线框abcd受到的安培力的合力为ab边受到的竖直向下的安培力。从ab边进入磁场开始，在竖直方向线框做匀速运动，有 [答案]　(1)20 m/s2　10 m/s2　(2)