专题4-微专题3 力学三大观点在电磁感应中的应用(专题微讲)-【赢在微点·考前顶层设计】2024新高考物理大二轮专题复习（课件PPT）

考前顶层设计·物理 赢在微点 考前顶层设计 物理 第一部分 专题知识突破篇 专题四　电路和电磁感应 微专题三　力学三大观点在 电磁感应中的应用 感悟·高考真题 专题四　微专题三　力学三大观点在电磁感应中的应用 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 突破·核心考点 感悟·高考真题 1.(多选)(2023·辽宁卷)如图,两根光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上,左、右两侧导轨间距分别为d和2d,处于竖直向上的磁场中,磁感应强度大小分别为2B和B。已知导体棒MN的电阻为R、长度为d,导体棒PQ的电阻为2R、长度为2d,PQ的质量是MN的2倍。初始时刻两棒静止,两棒中点之间连接一压缩量为L的轻质绝缘弹簧。释放弹簧,两棒在各自磁场中运动直至停止,弹簧始终在弹性限度内。整个过程中两棒保持与导轨垂直并接触良好,导轨足够长且电阻不计。下列说法正确的是 (　　) A.弹簧伸展过程中,回路中产生顺时针方向的电流 B.PQ速率为v时,MN所受安培力大小为 C.整个运动过程中,MN与PQ的路程之比为2∶1 D.整个运动过程中,通过MN的电荷量为 【关键点】①利用动量定理求导体棒速度;②回路中电动势大小为两导体棒产生电动势之和。 AC 专题四　微专题三　力学三大观点在电磁感应中的应用 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 突破·核心考点 感悟·高考真题 解析　弹簧伸展的过程中,穿过闭合回路的磁通量向上增加,由楞次定律可判断回路中的电流方向为顺时针,A项正确;设MN的质量为m,则PQ的质量为2m,对PQ由动量定理得Ft-B·2dt=2mv,对MN由动量定理得Ft-2B·dt=mv',解得导体棒MN的速度为v'=2v,PQ速率为v时,回路中的感应电动势大小为E=2Bd·2v+B·2dv=6Bdv,回路中的感应电流大小为I==,则MN所受的安培力大小为FMN=2BId=,B项错误;整个运动过程中,MN的加速度为aMN=,PQ的加速度为aPQ=,则aMN∶aPQ=2∶1,由B项分析可知MN与PQ的速率之比为2∶1,则由公式v2=2ax可知MN与PQ的路程之比为2∶1,C项正确;由C项分析可知两导体棒静止时,MN的位移大小为,PQ的位移大小为,由法拉第电磁感应定律得=,又=,通过MN的电荷量为q=·Δt,整理得q=,代入数据解得q==,D项错误。 专题四　微专题三　力学三大观点在电磁感应中的应用 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 突破·核心考点 感悟·高考真题 2.(2023·全国甲卷)如图,水平桌面上固定一光滑U形金属导轨,其平行部分的间距为l,导轨的最右端与桌子右边缘对齐,导轨的电阻忽略不计。导轨所在区域有方向竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为B。一质量为m、电阻为R、长度也为l的金属棒P静止在导轨上。导轨上质量为3m的绝缘棒Q位于P的左侧,以大小为v0的速度向P运动并与P发生弹性碰撞,碰撞时间极短。碰撞一次后,P和Q先后从导轨的最右端滑出导轨,并落在地面上同一地点。P在导轨上运动时,两端与导轨接触良好,P与Q始终平行。不计空气阻力。求： (1)金属棒P滑出导轨时的速度大小; (2)金属棒P在导轨上运动过程中产生的热量; (3)与P碰撞后,绝缘棒Q在导轨上运动的时间。 【关键点】P和Q落在同一点,则滑离导轨时速度相同。 专题四　微专题三　力学三大观点在电磁感应中的应用 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 突破·核心考点 感悟·高考真题 解析　(1)Q与P发生弹性碰撞,由动量守恒定律有3mv0=mvP+3mvQ, 由能量守恒定律有×3m=m+×3m, 联立解得vQ=v0,vP=v0, 根据题述,P、Q落到地面上同一地点,结合平抛运动规律可知,金属棒P滑出导轨时的速度大小为 vP'=vQ=v0。 (2)由能量守恒定律可得,金属棒P在导轨上运动过程中产生的热量为Q=m-mvP'2=m。 (3)P在导轨上做变速运动,设速度大小为v时金属棒中产生的感应电动势大小为e,电流大小为i,在Δt时间内速度变化Δv,则由法拉第电磁感应定律有e=Blv, 由闭合电路欧姆定律有i=, 专题四　微专题三　力学三大观点在电磁感应中的应用 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 突破·核心考点 感悟·高考真题 金属棒P所受的安培力F=Bil=, 由动量定理有FΔt=mΔv,即Δt=mΔv, 方程两侧求和得∑Δt=∑mΔv, 即∑vΔt=m∑Δv, 注意到∑vΔt=x,∑Δv=vP-vP'=v0, 联立解得x=, 对绝缘棒Q有x=vQt, 解得与P碰撞后,绝缘棒Q在导轨上运动的时间为t=。 答案　(1)v0　(2)m　(3) 专题四