《 備考指南 物理 》課件-第10章 能力課

電磁感應(yīng)第十章能力課電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用欄目導(dǎo)航01題點各個擊破02配套訓(xùn)練題點各個擊破11．用“四步法”分析電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題解決電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題的一般思路是“先電后力”，具體思路如力：命題點一電磁感應(yīng)與電路規(guī)律的綜合應(yīng)用[師生共研類]2．動態(tài)分析的基本思路解決這類問題的關(guān)鍵是通過對運動狀態(tài)的分析，尋找過程中的臨界狀態(tài)，如速度、加速度最大或最小的條件．具體思路如下：3．處理電磁感應(yīng)電路問題的一般思路【答案】AC1．(2020年浙江卷)如圖所示，固定在水平面上的半徑為r的金屬圓環(huán)內(nèi)存在方向豎直向上、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場．長為l的金屬棒，一端與圓環(huán)接觸良好，另一端固定在豎直導(dǎo)電轉(zhuǎn)軸OO′上，隨軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動．在圓環(huán)的A點和電刷間接有阻值為R的電阻和電容為C、板間距為d的平行板電容器．有一帶電微粒在電容器極板間處于靜止?fàn)顟B(tài)．已知重力加速度為g，不計其他電阻和摩擦，下列說法正確的是

(

)【答案】B(1)求棒由靜止剛釋放瞬間下滑的加速度大小a；(2)若棒由靜止釋放并向下加速運動一段距離后燈L的發(fā)光亮度穩(wěn)定．求此時燈L的實際功率P和棒的速率v.1．分析圖像的關(guān)鍵命題點二電磁感應(yīng)中的圖像問題[師生共研類]2．圖像問題的解題步驟3．電磁感應(yīng)中圖像類選擇題的兩個常用方法排除法定性地分析電磁感應(yīng)過程中物理量的變化趨勢(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化)，特別是分析物理量的正負(fù)，以排除錯誤的選項函數(shù)法根據(jù)題目所給條件定量寫出兩個物理量之間的函數(shù)關(guān)系，然后由函數(shù)關(guān)系對圖像進(jìn)行分析和判斷例2

(多選)(2022年肇慶名校檢測)如圖甲所示，矩形導(dǎo)線框abcd固定在勻強磁場中，磁場的方向與導(dǎo)線框所在的平面垂直，磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示．規(guī)定垂直紙面向里為磁場正方向，順時針方向為感應(yīng)電流i正方向，水平向右為ad邊所受安培力F的正方向．下列圖像正確的是 (

)【答案】BD1．(多選)(2022年東北三省聯(lián)考)如圖所示，光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ放置在同一水平面內(nèi)，M、P之間接一定值電阻R，金屬棒ab垂直導(dǎo)軌放置與導(dǎo)軌接觸良好，金屬棒和導(dǎo)軌的電阻均不計，整個裝置處在豎直向上的勻強磁場中．t＝0時對金屬棒施加水平向右的外力F使金屬棒由靜止開始做勻加速直線運動．下列關(guān)于通過金屬棒的電流i、通過電阻R的電荷量q、拉力F和拉力的功率P隨時間變化的圖像，正確的是(

)【答案】AC2．(多選)(2020年山東卷)如圖所示，平面直角坐標(biāo)系的第一象限和第二象限分別存在磁感應(yīng)強度大小相等、方向相反且垂直于坐標(biāo)平面的勻強磁場．圖中虛線方格為等大正方形．一位于xOy平面內(nèi)的剛性導(dǎo)體框abcde在外力作用下以恒定速度沿y軸正方向運動(不發(fā)生轉(zhuǎn)動)．從圖示位置開始計時，4s末bc邊剛好進(jìn)入磁場．在此過程中，導(dǎo)體框內(nèi)感應(yīng)電流的大小為I,ab邊所受安培力的大小為Fab，二者與時間t的關(guān)系圖像，可能正確的是(

)【答案】BC1．兩種狀態(tài)及處理方法命題點三電磁感應(yīng)與力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用[師生共研類]狀態(tài)特征處理方法平衡態(tài)加速度為零根據(jù)平衡條件列式分析非平衡態(tài)加速度不為零根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行動態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系進(jìn)行分析2．力學(xué)對象和電學(xué)對象的相互關(guān)系3．電磁感應(yīng)中的動力學(xué)臨界問題(1)解決這類問題的關(guān)鍵是通過對運動狀態(tài)的分析尋找過程中的臨界狀態(tài)，如求速度、加速度最大值或最小值的條件．(2)兩種常見類型例3

(2021年濟(jì)南模擬)如圖甲所示，間距為L＝0.5m的兩條平行金屬導(dǎo)軌水平放置在豎直向下的勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)強度B＝0.2T，軌道左側(cè)連接一定值電阻R＝1Ω.垂直導(dǎo)軌的導(dǎo)體棒ab在水平外力F作用下沿導(dǎo)軌運動，并始終與導(dǎo)軌接觸良好．t＝0時刻，導(dǎo)體棒從靜止開始做勻加速直線運動，力F隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示．已知導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.5，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻均不計．g取10m/s2.求：(1)導(dǎo)體棒的加速度大??；(2)導(dǎo)體棒的質(zhì)量．1．(多選)(2020年全國卷Ⅰ)如圖，U形光滑金屬框abcd置于水平絕緣平臺上，ab和dc邊平行，和bc邊垂直．a(chǎn)b、dc足夠長，整個金屬框電阻可忽略．一根具有一定電阻的導(dǎo)體棒MN置于金屬框上．用水平恒力F向右拉動金屬框，運動過程中，裝置始終處于豎直向下的勻強磁場中，MN與金屬框保持良好接觸，且與bc邊保持平行．經(jīng)過一段時間后

(

)A．金屬框的速度大小趨于恒定值B．金屬框的加速度大小趨于恒定值C．導(dǎo)體棒所受安培力的大小趨于恒定值D．導(dǎo)體棒到金屬框bc邊的距離趨于恒定值【答案】BC整個運動過程用速度—時間圖像描述如圖所示．綜上可得，金屬框的加速度趨于恒定值，安培力也趨于恒定值，B、C正確．金屬框的速度會一直增大，導(dǎo)體棒到金屬框bc邊的距離也會一直增大，A、D錯誤．2．(2022年長沙模擬)如圖所示，兩條平行的光滑金屬導(dǎo)軌相距L＝1m，金屬導(dǎo)軌由傾斜與水平兩部分組成，傾斜部分與水平方向的夾角為θ＝37°，整個裝置處在豎直向上的勻強磁場中．金屬棒EF和MN的質(zhì)量均為m＝0.2kg，電阻均為R＝2Ω.EF置于水平導(dǎo)軌上，MN置于傾斜導(dǎo)軌上，兩根金屬棒均與導(dǎo)軌垂直且接觸良好．現(xiàn)在外力作用下使EF棒以速度v0＝4m/s向左勻速運動，MN棒恰能在傾斜導(dǎo)軌上保持靜止?fàn)顟B(tài)．傾斜導(dǎo)軌上端接一阻值也為R的定值電阻．重力加速度g取10m/s2.sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.(1)求磁感應(yīng)強度B的大?。?2)若將EF棒固定，將MN棒由靜止釋放，MN棒沿斜面下滑距離d＝5m時達(dá)到穩(wěn)定速度．求此過程中通過MN棒的電荷量．(3)求在(2)過程中整個電路產(chǎn)生的焦耳熱．命題點四電磁感應(yīng)中的能量問題[師生共研類]2．求解焦耳熱Q的三種方法3．動量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的應(yīng)用在雙金屬棒切割磁感線的系統(tǒng)中，雙金屬棒和導(dǎo)軌構(gòu)成閉合回路，安培力充當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)力，如果它們受到的安培力的合力為0，則滿足動量守恒定律，運用動量守恒定律求解比較方便．例4如圖所示，傾角θ＝37°、間距l(xiāng)＝0.1m的足夠長金屬導(dǎo)軌底端接有阻值R＝0.1Ω的電阻．質(zhì)量m＝0.1kg的金屬棒ab垂直導(dǎo)軌放置，與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ＝0.45.建立原點位于底端、方向沿導(dǎo)軌向上的坐標(biāo)軸x.在0.2m≤x≤0.8m區(qū)間有垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場．從t＝0時刻起，棒ab在沿x軸正方向的外力F作用下從x＝0處由靜止開始沿斜面向上運動，其速度v與位移x滿足v＝kx(可導(dǎo)出a＝kv)，k＝5s－1.當(dāng)棒ab運動至x1＝0.2m處時，電阻R消耗的電功率P＝0.12W，運動至x2＝0.8m處時撤去外力F，此后棒ab將繼續(xù)運動，最終返回至x＝0處．棒ab始終保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，不計其他電阻，求：(提示：可以用F－x圖像下的“面積”代表力F做的功，sin37°＝0.6，g取10m/s2)(1)磁感應(yīng)強度B的大??；(2)外力F隨位移x變化的關(guān)系式；(3)在棒ab的整個運動過程中，電阻R產(chǎn)生的焦耳熱Q.1．(多選)(2021年天津名校模擬)如圖所示，固定在水平面上的光滑平行導(dǎo)軌間距為L，右端接有阻值為R的電阻，空間存在方向豎直向上、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場．一質(zhì)量為m、電阻為r的導(dǎo)體棒ab與左端固定的彈簧相連并垂直導(dǎo)軌放置．初始時刻，彈簧處于自然長度．現(xiàn)給導(dǎo)體棒水平向右的初速度v0，導(dǎo)體棒開始沿導(dǎo)軌往復(fù)運動直至停止．運動過程中導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，此過程中彈簧一直在彈性限度內(nèi)．若導(dǎo)體棒電阻r與導(dǎo)軌右端電阻R的阻值關(guān)系為R＝2r，不計導(dǎo)軌電阻，則下列說法正確的是

(

)【答案】AD2．(2022年石家莊模擬)相距為L＝2m足夠長的金屬直角導(dǎo)軌如圖甲所示放置，它們各有一邊在同一水平面內(nèi)，另一邊垂直于水平面．質(zhì)量均為m＝0.1kg的金屬細(xì)桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直接觸形成閉合回路，桿與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)均為μ＝0.5，導(dǎo)軌電阻不計，回路中ab、cd電阻分別為R1＝0.6Ω，R2＝0.4Ω.整個裝置處于磁感應(yīng)強度大小為B＝0.50T、方向豎直向上的勻強磁場中．當(dāng)ab桿在平行于水平導(dǎo)軌的拉力F作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌勻加速運動時，cd桿也同時從靜止開始沿導(dǎo)軌向下運動．測得拉力F與時間t的關(guān)系如圖乙所示．g取10m/s2.求：(1)ab桿的加速度a；(2)當(dāng)cd桿達(dá)到最大速度時ab桿的速度大??；(3)若從開始到cd桿達(dá)到最大速度的過程中拉力F做了5.2J的功，求該過程中ab桿所產(chǎn)生的焦耳熱．命題點五電磁感應(yīng)與動量結(jié)合的問題[師生共研類]例5如圖甲所示，光滑的水平絕緣軌道M、N上放有質(zhì)量m1＝0.2kg、電阻R1＝0.02Ω的“[”形金屬框dabc.軌道間存在一有界磁場，磁感應(yīng)強度隨時間變化關(guān)系如圖乙所示．一根長度等于ab、質(zhì)量m2＝0.1kg、電阻R2＝0.01Ω的金屬棒ef在軌道上靜止于磁場的左邊界．已知軌道間距與ab長度相等，均為L1＝0.3m，ad＝bc＝L2＝0.1m，其余電阻不計.0時刻，給“[”形金屬框一初速度v0＝3m/s，與金屬棒碰撞后合為一體成為一閉合導(dǎo)電金屬框(碰撞時間極短)．t0時刻整個框剛好全部進(jìn)入磁場，t0＋1s時刻，框右邊剛要出磁場．求：(1)碰撞結(jié)束時金屬框的速度大小；(2)0～t0時間內(nèi)整個框產(chǎn)生的焦耳熱；(3)t0～t0＋1s時間內(nèi)，安培力對ab邊的沖量．1．(多選)如圖所示，方向豎直向下的勻強磁場中有兩根位于同一水平面內(nèi)足夠長的平行金屬導(dǎo)軌，兩相同的光滑導(dǎo)體棒ab、cd靜止在導(dǎo)軌上．t＝0時，棒ab以初速度v0向右滑動．運動過程中，ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直并接觸良好，兩者速度分別用v1、v2表示，回路中的電流用I表示．下列圖像可能正確的是

(

)【答案】AC【解析】導(dǎo)體棒ab運動切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流(逆時針)，導(dǎo)體棒ab受阻力F作用，速度減??；導(dǎo)體棒cd受安培力F′作用，速度增大，最終兩棒速度相等，如圖所示．2．如圖所示，在磁感應(yīng)強度大小為