（优化方案）2016年高三物理大一轮复习 第九章　电磁感应 第四节电磁感应中的动力学和能量问题

（优化方案）2016年高三物理大一轮复习 第九章　电磁感应 第四节电磁感应中的动力学和能量问题内容摘要：

1、高中物理资源下载平台世昌的博客 电磁感应中的动力学和能量问题一、电磁感应现象中的动力学问题1安培力的大小 F培力的方向(1)先用右手定则判定感应电流方向，再用左手定则判定安培力方向(2)根据楞次定律，安培力的方向一定和导体切割磁感线运动方向相反1.(多选)(2014高考四川卷)如图所示，不计电阻的光滑 U 形金属框水平放置，光滑、竖直玻璃挡板 H、 P 固定在框上，H 、P 的间距很小质量为 0.2 细金属杆好无挤压地放在两挡板之间，与金属框接触良好并围成边长为 1 m 的正方形，其有效电阻为 0 角且与金属杆垂直的匀强磁场，磁感应强度随时间变化规律是 B(T，图示磁场方向为正方向框、挡板和杆 2、不计形变则( )At1 s 时，金属杆中感应电流方向从 C 到 DBt3 s 时，金属杆中感应电流方向从 D 到 CCt1 s 时，金属杆对挡板 P 的压力大小为 Dt3 s 时，金属杆对挡板 H 的压力大小为 答案：磁感应中的能量转化1过程分析(1)电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质上是能量的转化过程(2)感应电流在磁场中受安培力，若安培力做负功，则其他形式的能转化为电能；若安培力做正功，则电能转化为其他形式的能(3)当感应电流通过用电器时，电能转化为其他形式的能2安培力做功和电能变化的对应关系“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能；安培力做多少功，就有多少电能转化为 3、其他形式的能2.(单选)如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻 R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力 F 作用下加速上升的一段时间内，力 F 做的功与安培力做的功的代数和等于()A棒的机械能增加量B棒的动能增加量高中物理资源下载平台世昌的博客 棒的重力势能增加量D电阻 R 上放出的热量答案：磁感应中的动力学问题分析1导体的平衡态静止状态或匀速直线运动状态处理方法：根据平衡条件(合外力等于零 )列式分析2导体的非平衡态加速度不为零处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析 4、或结合功能关系分析(2014高考江苏卷)如图所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为 L，长为 3d，导轨平面与水平面的夹角为 ，在导轨的中部刷有一段长为 d 的薄绝缘涂层匀强磁场的磁感应强度大小为 B，方向与导轨平面垂直质量为 m 的导体棒从导轨的顶端由静止释放， 在滑上涂层之前已经做匀速运动， 并一直匀速滑到导轨底端. 导体棒始终与导轨垂直，且仅与涂层间有摩擦，接在两导轨间的电阻为 R，其他部分的电阻均不计，重力加速度为 1)导体棒与涂层间的动摩擦因数 ； (2)导体棒匀速运动的速度大小 v；(3)整个运动过程中，电阻产生的焦耳热 Q.解析(1)在绝缘涂层上导体棒受力平衡： 解 5、得导体棒与涂层间的动摩擦因数 .(2)在光滑导轨上感应电动势：E应电流： I 安 力平衡的条件是：F 安 mg 解得导体棒匀速运动的速度 v )摩擦生热：Q f根据能量守恒定律知：3QQ f 2 案(1)(2)2世昌的博客 总结提升 分析电磁感应中的动力学问题的一般思路(1)先进行“源”的分析分离出电路中由电磁感应所产生的电源，求出电源参数 E和 r；(2)再进行“路”的分析分析电路结构，弄清串、并联关系，求出相关部分的电流大小，以便求解安培力；(3)然后是“力”的分析分析研究对象( 常是金属杆、导体线圈等)的受力情况，尤其注意其所受的安培力；(4)最后进行“运动”状态的分析根据力和运动的关系 6、，判断出正确的运动模型1.(单选)(2013高考新课标全国卷)如图，在光滑水平桌面上有一边长为 L、电阻为 R 的正方形导线框；在导线框右侧有一宽度为 d(d L )的条形匀强磁场区域，磁场的边界与导线框的一边平行，磁场方向竖直向下导线框以某一初速度向右运动t0 时导线框的右边恰与磁场的左边界重合，随后导线框进入并通过磁场区域下列 vt 图象中，可能正确描述上述过程的是()解析：选 时产生安培力阻碍导体运动，利用法拉第电磁感应定律、安培力公式及牛顿第二定律可确定线框在磁场中的运动特点线框进入和离开磁场时，安培力的作用都是阻碍线框运动，使线框速度减小，由E 及 F知安培力减小，加速度减小，当线框 7、完全进入磁场后穿过产生感应电流，不再产生安培力，线框做匀速直线运动，故选项 D 正确考点二电磁感应中的能量问题 1电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程，而能量的转化是通过安培力做功的形式实现的，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式能的过程，外力克服安培力做功，则是其他形式的能转化为电能的过程2能量转化及焦耳热的求法(1)能量转化(2)求解焦耳热 Q 的三种方法(2014高考安徽卷)如图甲所示，匀强磁场的磁感应强度 B 为 ，其方向垂直于倾角 为 30的斜面向上绝缘斜面上固定有“”形状的光滑金属导轨 阻忽略不计) ， 度均为 2.5 m，线水平，长为 3 m以 点 O 为原点，x 轴建 8、立一维坐标系 D，长度 d 为 3 m、质量 m 为 1 阻 R 为 ，在拉力 F 的作用下，从 以恒定速度 v1 m/s 在导轨上沿 x 轴正向运高中物理资源下载平台世昌的博客 (金属杆与导轨接触良好)g 取 10 m/1)求金属杆 动过程中产生的感应电动势 E 及运动到 x0.8 m 处电势差 2)推导金属杆 运动到 P 点过程中拉力 F 与位置坐标 x 的关系式，并在图乙中画出 Fx 关系图象；(3)求金属杆 运动到 P 点的全过程产生的焦耳热审题点睛 (1)由于导轨电阻不计，因此导轨两端的电压为 0，C、D 两端的电压等于导轨外金属棒产生的电动势，注意 2)回路中电流恒定，但 有效长度 9、变化，金属杆所受安培力为变力，根据 F3)外力做功使金属杆 机械能增加和产生焦耳热解析(1)金属杆 匀速运动中产生的感应电动势 Eld，解得 E当 x0.8 m 时，金属杆在导轨间的电势差为零设此时杆在导轨外的长度为 l 外 ，则l 外 d d，2 (得 l 外 1.2 点电势高，故 端电势差 v.(2)杆在导轨间的长度 l 与位置 x 的关系是l d3 2对应的电阻 安 F 安 mg F0x2)画出的 Fx 图象如图所示(3)外力 F 所做的功 x 图线下所围的面积即2 J5 Ep高中物理资源下载平台世昌的博客 W FE p.答案(1)(2)Fx2)图象见解析(3)方法提升 在解决电磁感应中 10、的能量问题时，首先进行受力分析，判断各力做功和能量转化情况，再利用功能关系或能量守恒定律列式求解2.(多选)(2015石家庄模拟)如图所示，在倾角为 的光滑斜面上，有三条水平虚线 l1、l 2、l 3，它们之间的区域、宽度均为d，两区域分别存在垂直斜面向下和垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小均为 B，一个质量为 m、边长为 d、总电阻为 R 的正方形导线框，从 方一定高度处由静止开始沿斜面下滑，当 刚越过 入磁场时，恰好以速度 匀速直线运动；当 在越过 动到前的某个时刻，线框又开始以速度 匀速直线运动，重力加速度为 列说法正确的是()A线框中感应电流的方向不变B线框 从 动到 用时间大于从 11、 动到 用时间C线框以速度 匀速直线运动时，发热功率为 框从 进入磁场到速度变为 过程中，减少的机械能 E 机 与重力做功E 机 W G 1 12 2解析：选 楞次定律可知感应电流方向先沿沿 沿 向，A 项错；线框第一次匀速运动时，由平衡条件有BId，I ，解得 平衡条件有d，I ，解得 匀速通过区域，先减速再24而两区域宽度相同，故通过区域的时间小于通过区域的时间，B 项错；由功能关系知线框第二次匀速运动时发热功率等于重力做功的功率，即 P ，C 项正确；线框从进入磁场到第二次匀速运动过程中，损失的重力势能4能损失量为 所以线框机械能损失量为 E 机12 21 12 2W G D 项正确12 21 12 2物理模型电磁感应中的“双杆”模型1模型分类“双杆”模型分为两类：一类是“一动一静” ，甲杆静止不动，乙杆运动，其实质是单杆问题，不过要注意问题包含着一个条件：甲杆静止、受力平衡另一种情况是两杆都在运动，对于这种情况，要注意两杆切割磁感线产生的感应电动势是相加还是相减2分析方法通过受力分析，确定运动状态，一般会有收尾状态对于收尾状态则有恒定的速度或者加速度等，再结合运动学规律、牛顿运动定律和能量观点分析求解(14 分)(2014高考天津卷)如图所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角 30 的斜面上，导轨电阻不计，高中物理资源下载平台-。