命题热点(10) 涉及电磁感应的力电综合问题 课件 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦电磁感应力电综合问题，覆盖动力学、能量、动量三大核心热点，依据高考评价体系梳理了安培力分析、焦耳热计算、动量定理应用等考查要求，通过考点权重分析明确动力学问题占比45%、能量问题占30%的高频分布，归纳单棒、双棒等常考模型，构建系统备考框架。 课件亮点在于“真题解析+模型建构+素养提升”策略，如以2026浙江选考典例为载体，运用“源-路-力-运动”四步分析法突破动力学问题，结合动量定理推导双棒共速条件，培养科学思维与模型建构素养。特设“易错警示”如安培力方向判断、动量守恒条件辨析，助力学生掌握解题技巧，教师可据此精准定位薄弱点，提升复习效率。

命题热点(十) 涉及电磁感应的力电综合问题 热点一　电磁感应的动力学问题 1.力学对象和电学对象的相互关系 2.解决电磁感应中的动力学问题的一般思路 3.解题关键:抓住力学对象和电学对象间的桥梁——感应电流I、切割速度v。 典例 如图甲所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L,M、P两点间接有阻值为R的电阻,一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于斜面向下。导轨和ab的电阻可忽略,让ab沿导轨由静止开始下滑,导轨和ab垂直且接触良好,不计它们之间的摩擦,重力加速度为g。 (1)由b向a方向看到的装置如图乙所示,请在此图中画出ab下滑过程中某时刻的受力示意图; (2)在加速下滑过程中,当ab的速度大小为v时,求ab中的电流及其加速度的大小; (3)求在下滑过程中,ab可以达到的速度最大值。 答案 (1)见解析图　(2)　gsin θ-(3) 解析 (1)由右手定则可知,ab中电流方向为a→b,如下图所示,ab受重力mg,方向竖直向下;支持力FN,方向垂直于导轨平面向上;安培力F安,方向沿导轨向上。 (2)当ab的速度大小为v时,感应电动势E=BLv 此时电路中的电流I= ab受到安培力F安=BIL= 根据牛顿第二定律,有 mgsin θ-F安=mgsin θ-=ma1 解得a1=gsin θ-。 (3)当a1=0时,ab有最大速度vm 由平衡条件得mgsin θ= 解得vm=。 热点二　电磁感应的能量问题 1.电磁感应中的能量转化 2.求解焦耳热Q的三种方法 焦耳定律 Q=I2Rt,电流、电阻都不变时适用 功能关系 Q=W克服安培力,任意情况都适用 能量转化 Q=ΔE其他能的减少量,任意情况都适用 典例　(2026浙江1月选考)如图甲所示,刚性导体线框由长为L、质量均为m的两根竖杆与长为2l的两轻质横杆组成,且L≫2l。线框通有恒定电流I0,可以绕其中心竖直轴转动。以线框中心O为原点、转轴为z轴建立空间直角坐标系,在y轴上距离O为a 处固定放置半径远小于a,面积为S、电阻为R的小圆环,其平面垂直于y轴。在外力作用下,通电线框绕转轴以角速度ω匀速转动,当线框平面与xOz平面重合时为计时零点,小圆环处的磁感应强度的y分量By与时间的近似关系如图乙所示,图乙中B0已知。 (1)求0到时间内,流过小圆环横截面的电荷量q; (2)沿y轴正方向看以逆时针为电流正方向,在0~时间内,求小圆环中的电流与时间的关系; (3)求小圆环中电流的有效值; (4)当撤去外力,线框将缓慢减速,经时间角速度减小量为Δω,设线框与小圆环的能量转换效率为k,求Δω的值[当0<x≪1,有(1-x)2≈1-2x]。 答案 (1)　(2)I=(3)　(4) 解析 (1)由法拉第电磁感应定律得E= 由闭合电路欧姆定律得I= 由电流定义式得q=∑IΔt 联立解得q=。 (2)在0~时,有I1==0 在时,有I2==-。 (3)从能量角度,有I2R 解得I有=。 (4)由能量守恒定律得k··2m[ω2l2-(ω-Δω)2l2]= 化简可得kmω2l2·R· 即kmω2l2·2 解得Δω=。 热点三　电磁感应与动量综合问题 1.导体棒在磁场中所受安培力是变力时,可用动量定理分析棒的速度变化,表达式为 I其他+LBΔt=mv-mv0 或I其他-LBΔt=mv-mv0; 若其他力的冲量和为零,则有 LBΔt=mv-mv0或-LBΔt=mv-mv0。 2.求电荷量:q=Δt=。 3.求位移:由-Δt=mv-mv0有x=Δt=。 4.“单棒+电容器”模型 比较项 无外力充电式 无外力放电式 情境 示例   导轨光滑,导体棒相当于电源   电源电动势为E,内阻不计,电容器电容为C 电流 特点 安培力为阻力,导体棒减速,E减小,有I=,电容器充电,UC变大,当BLv=UC时, I=0,F安=0,导体棒匀速运动 电容器放电时,导体棒在安培力作用下开始运动,同时阻碍放电,导致电流减小,直至电流为零,此时UC=BLvm 比较项 无外力充电式 无外力放电式 运动 特点 导体棒做加速度减小的减速运动,最终做匀速运动,此时I=0,但电容器所带的电荷量不为零 导体棒做加速度a减小的加速运动,最终匀速运动,I=0 最终 速度 电容器所带的电荷量q=CUC 最终电容器两端电压UC=BLv 对导体棒应用动量定理 mv-mv0=-BL·Δt=-BLq 得v= 电容器充电电荷量Q0=CE 放电结束时电荷量Q=CU=CBLvm 电容器放电电荷量 ΔQ=Q0-Q=CE-CBLvm 对导体棒应用动量定理 mvm-0=BL·Δt=BLΔQ 得vm= 比较项 无外力充电式 无外力放电式 v-t图像     5.动量守恒定律在电磁感应中的应用 (1)在双金属棒切割磁感线的系统中,双金属棒和导轨构成闭合回路,安培力充当系统内力,如果它们不受摩擦力,且受到的安培力的合力为0时,满足动量守恒,运用动量守恒定律解题比较方便。 (2)双棒模型(不计摩擦力) 比较项 双棒无外力 双棒有外力 示意图     F为恒力 比较项 双棒无外力 双棒有外力 动力学 观点 导体棒1受安培力的作用做加速度减小的减速运动,导体棒2受安培力的作用做加速度减小的加速运动,最后两导体棒以相同的速度做匀速直线运动 导体棒1做加速度逐渐减小的加速运动,导体棒2做加速度逐渐增大的加速运动,最终两导体棒以相同的加速度做匀加速直线运动 动量观点 系统动量守恒 系统动量不守恒 能量 观点 导体棒1动能的减少量=导体棒2动能的增加量+焦耳热 外力做的功=导体棒1增加的动能+导体棒2增加的动能+焦耳热 关键能力•多维度提升 考向1　“单棒+电阻”模型 典例1　如图甲所示,相距为L=1 m的竖直平行金属轨道,上端接有一个非线性元件D,其伏安特性曲线如图乙所示。图甲中导轨间存在方向水平且垂直于纸面向里的磁场,磁感应强度大小B=0.5 T,一根质量为m=0.01 kg、长度也为L、电阻r=2 Ω的金属杆,从轨道的上端由静止开始下落,下落过程中始终与导轨接触良好并保持水平,经过一段时间后金属杆匀速运动。不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2。 甲 乙 (1)求金属杆匀速运动时通过的电流大小; (2)求最终匀速运动的速度大小; (3)测得开始下落至刚好匀速运动经历的时间为t=0.3 s,求这段时间内经过金属杆的电荷量q。 答案 (1)0.2 A　(2)2.6 m/s　(3)0.008 C 解析 (1)由题意可知,当金属杆所受重力等于安培力时,金属杆做匀速运动,则有mg=BIL 解得I==0.2 A。 (2)由题图乙可知,当I=0.2 A时,电压U=0.9 V,则有BLv=U+Ir 解得v=2.6 m/s。 (3)对金属杆,根据动量定理可得mgt-BL·t=mv 又q=t 解得q=0.008 C。 考向2　“单棒+电容器”模型 典例2　如图甲所示,两平行长直光滑金属导轨水平放置,间距为L,左端连接一个电容为C的电容器,导轨处在磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中。质量为m的金属棒垂直于导轨放置,某时刻金属棒获得一个水平向右的初速度v0,之后金属棒运动的v-t图像如图乙所示,不考虑导轨的电阻,导轨与金属棒始终垂直且接触良好。 (1)求金属棒匀速运动时的速度大小v1; (2)求金属棒匀速运动时电容器的电荷量q; (3)已知金属棒从开始到匀速运动的过程中,产生的焦耳热为Q,求电容器充电稳定后储存的电能E。 答案 (1)　(2) (3)-Q 解析 (1)金属棒匀速运动切割磁感线产生的电动势U=BLv1 电容器的电荷量q=CU 金属棒从开始到匀速运动的过程中,由动量定理有 -BLt0=mv1-mv0 电容器的电荷量q=t0 联立解得v1=。 (2)由(1)可知q=CU=CBLv1=。 (3)在0~t0时间内,金属棒的速度由v0到v1,由能量守恒定律得 E+Q= 解得E=-Q。 考向3　动量守恒定律在电磁感应中的应用 典例3　如图所示,在磁感应强度大小为B的匀强磁场区域内,垂直于磁场方向的水平面中有两根固定的足够长的金属平行导轨,在导轨上面平放着两根导体棒ab和ef,两导体棒彼此平行且相距为d,构成一矩形回路。导轨间距为L,导体棒的质量均为m,电阻均为R,长度均为L,导轨电阻可忽略不计。设导体棒可在导轨上无摩擦地滑行,初始时刻导体棒ab静止,给导体棒ef一个向右的初速度v0。 (1)当导体棒ef速度减为0.6v0时,求导体棒ab的速度大小v及加速度大小a1; (2)导体棒ab、ef间的距离从d增大到最大的过程中,求通过回路的电荷量q及两导体棒间的最大距离x。 答案 (1)0.4v0　　(2)　d+ 解析 (1)两导体棒组成的系统所受合外力为零,因此满足动量守恒定律,有 mv0=0.6mv0+mv 解得v=0.4v0 回路感应电动势E=0.6BLv0-0.4BLv0 此时回路电流I= 由牛顿第二定律得BIL=ma1 解得a1=。 (2)导体棒ab、ef间有最大距离时两导体棒速度相等,根据动量守恒定律可得mv0=2mv共 对导体棒ab,根据动量定理有BLΔt=mv共 又q=Δt 解得q= 在这段时间内,平均感应电动势 回路平均电流 因此流过某截面的电荷量q=Δt= 解得最大距离x=d+。 其他形式的能量电能焦耳热或其他形式的能量 $