专题13 电磁感应中的单杆、双杆和导体框问题（讲义）-【高频考点解密】2024年高考物理二轮复习高频考点追踪与预测（江苏专用）

专题13　电磁感应中的单杆、双杆、导线框问题 01专题网络·思维脑图 1 02考情分析·解密高考 2 03高频考点·以考定法 2 2 5 7 考向1：导体棒平动切割磁感应线的综合问题 7 考向2：导体棒旋转切割磁感应线的综合问题 8 考向3：线框进出磁场类问题的综合应用 9 考向4：双杆在导轨上运动的综合应用 10 04核心素养·难点突破 11 05创新好题·轻松练 17 新情境1：航空航天类 17 新情境2：航洋科技类 18 新情境3：生产生活相关类 19 考点内容 要求 学习目标 电磁感应中的单杆问题 II 1. 理解并掌握电磁感应定律在单杆、双杆和导线框中的能量、动量、热量和通过横截面的电荷量等问题的综合应用； 电磁感应中的双杆问题 II 电磁感应中的导线框问题 II 一、电磁感应中的单杆模型 1．单杆模型的常见情况 v0≠0 v0＝0 示意图 质量为m、电阻不计的单杆ab以一定初速度v0在光滑水平轨道上滑动，两平行导轨间距为L 轨道水平光滑，单杆ab质量为m，电阻不计，两平行导轨间距为L 轨道水平光滑，单杆ab质量为m，电阻不计，两平行导轨间距为L，拉力F恒定 轨道水平光滑，单杆ab质量为m，电阻不计，两平行导轨间距为L，拉力F恒定 力学观点 导体杆以速度v切割磁感线产生感应电动势E＝BLv，电流I＝＝，安培力F＝BIL＝，做减速运动：v⇒F⇒a，当v＝0时，F＝0，a＝0，杆保持静止 S闭合，杆ab受安培力F＝，此时a＝，杆ab速度v⇒感应电动势BLv⇒I⇒安培力F＝BIL⇒加速度a，当E感＝E时，v最大，且vm＝ 开始时a＝，杆ab速度v⇒感应电动势E＝BLv⇒I⇒安培力F安＝BIL，由F－F安＝ma知a，当a＝0时，v最大，vm＝ 开始时a＝，杆ab速度v⇒感应电动势E＝BLv，经过Δt速度为v＋Δv，此时感应电动势E′＝BL(v＋Δv)，Δt时间内流入电容器的电荷量 Δq＝CΔU＝C(E′－E)＝CBLΔv， 电流I＝＝CBL＝CBLa， 安培力F安＝BLI＝CB2L2a， F－F安＝ma，a＝，所以杆以恒定的加速度匀加速运动 运动图像 能量观点 动能全部转化为内能：Q＝mv 电源输出的电能转化为动能： W电＝mv F做的功一部分转化为杆的动能，一部分产生电热： WF＝Q＋mv F做的功一部分转化为动能，一部分转化为电场能：WF＝mv2＋EC 2．在电磁感应中，动量定理应用于单杆切割磁感线运动，可求解变力的时间、速度、位移和电荷量。 (1)求电荷量或速度：BLΔt＝mv2－mv1，q＝Δt。 (2)求位移：－＝0－mv0，x＝Δt。 (3)求时间：①－BLΔt＋F其他·Δt＝mv2－mv1，即－BLq＋F其他·Δt＝mv2－mv1 已知电荷量q，F其他为恒力，可求出变加速运动的时间。 ②＋F其他·Δt＝mv2－mv1，Δt＝x 已知位移x，F其他为恒力，也可求出变加速运动的时间。 二、电磁感应中的双杆模型 1．双杆模型的常见情况 (1)初速度不为零，不受其他水平外力的作用 光滑的平行导轨 光滑不等距导轨 示意图 质量mb＝ma；电阻rb＝ra；长度Lb＝La 质量mb＝ma；电阻rb＝ra；长度Lb＝2La 力学观点 杆b受安培力做变减速运动，杆a受安培力做变加速运动，稳定时，两杆的加速度均为零，以相等的速度匀速运动 杆b受安培力做变减速运动，杆a受安培力做变加速运动，稳定时，两杆的加速度均为零，两杆的速度之比为1∶2 运动图像 能量观点 一部分动能转化为内能：Q＝－ΔEk 动量观点 两杆组成的系统动量守恒 两杆组成的系统动量不守恒 对单杆可以用动量定理 (2)初速度为零，一杆受到恒定水平外力的作用 光滑的平行导轨 不光滑平行导轨 示意图 质量mb＝ma；电阻rb＝ra；长度Lb＝La 摩擦力Ffb＝Ffa；质量mb＝ma；电阻rb＝ra；长度Lb＝La 力学观点 开始时，两杆受安培力做变加速运动；稳定时，两杆以相同的加速度做匀加速运动 开始时，若Ff<F≤2Ff，则a杆先变加速后匀速运动；b杆静止。若F>2Ff，a杆先变加速后匀加速运动，b杆先静止后变加速最后和a杆同时做匀加速运动，且加速度相同 运动图像 能量观点 F做的功转化为两杆的动能和内能： WF＝ΔEk＋Q F做的功转化为两杆的动能和内能(包括电热和摩擦热)：WF＝ΔEk＋Q电＋Qf 动量观点 两杆组成的系统动量不守恒 对单杆可以用动量定理 两杆组成的系统动量不守恒 对单杆可以用动量定理 2.对于不在同一平面上运动的双杆问题，动量守恒定律不适用，可以用牛顿运动定律