步步高2016年高考物理人教版一轮复习《第九章 电磁感应》学案47

步步高2016年高考物理人教版一轮复习《第九章 电磁感应》学案47内容摘要：

1、学案 47 电磁感应中的动力学和能量问题一、概念规律题组1如图 1 所示，图 1固定在水平绝缘平面上且足够长的金属导轨不计电阻，但表面粗糙，导轨左端连接一个电阻 R，质量为 m 的金属棒( 电阻也不计)放在导轨上并与导轨垂直，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直用水平恒力 F 把 从静止起向右拉动的过程中，下列说法正确的是()A恒力 F 做的功等于电路产生的电能B恒力 F 和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能C克服安培力做的功等于电路中产生的电能D恒力 F 和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能和棒获得的动能之和图 22光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图 2 所示，抛物线的 2、方程为 yx 2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是 ya 的直线(图中的虚线所示) ，一个质量为 m 的小金属块从抛物线 yb(ba)处以速度 v 沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是( )AB. mg(ba) Dmg(ba) 想方法题组图 33如图 3 所示，先后两次将同一个矩形线圈由匀强磁场中拉出，两次拉动的速度相同第一次线圈长边与磁场边界平行，将线圈全部拉出磁场区，拉力做功 过导线截面的电荷量为 二次线圈短边与磁场边界平行，将线圈全部拉出磁场区域，拉力做功为 过导线截面的电荷量为 ()AW 1W2，q 1q 2 BW 1W 2 3、，q 1 1W2，q 14如图 4 所示，电阻为 R，其他电阻均可忽略， 一电阻可不计的水平放置的导体棒，质量为 m，棒的两端分别与 ab、持良好接触，又能沿框架无摩擦下滑，整个装置放在与框架垂直的匀强磁场中，当导体棒 静止下滑经一段时间后闭合开关 S，则 S 闭合后( )A导体棒 加速度可能大于 体棒 加速度一定小于 体棒 终速度随 S 闭合时刻的不同而不同D导体棒 机械能与回路内产生的电能之和一定守恒一、电磁感应中的动力学问题1电磁感应与动力学、运动学结合的动态分析，分析方法是：导体受力运动产生感应电动势感应电流通电导线受安培力合外力变化加速度变化速度变化感应电动势变化周而复始地循环，直至 4、达到稳定状态2分析动力学问题的步骤(1)用电磁感应定律和楞次定律、右手定则确定感应电动势的大小和方向(2)应用闭合电路欧姆定律求出电路中感应电流的大小(3)分析研究导体受力情况，特别要注意安培力方向的确定(4)列出动力学方程或平衡方程求解3两种状态处理(1)导体处于平衡态静止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)导体处于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或结合功能关系分析图 5【例 1】 如图 5 甲所示，两根足够长的直金属导轨 Q 平行放置在倾角为 的绝缘斜面上，两导轨间距为 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 在 5、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，磁场方向垂直斜面向下导轨和金属杆的电阻可忽略让 沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦(1)由 b 向 a 方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出 下滑过程中某时刻的受力示意图(2)在加速下滑过程中，当 的速度大小为 v 时，求此时 中的电流及其加速度的大小(3)求在下滑过程中，可以达到的速度最大值规范思维二、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电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用，因此要维持感应电流存在，必须有“外力”克服安培力做功此过程中，其他形式的能 6、转化为电能， “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；当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能可以简化为下列形式：其 他 形 式 的 能 如 ：机 械 能 安 培 力 做 负 功 电 能 电 流 做 功 其 他 形 式 的 能 如 ：内 能 同理，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能2电能求解的思路主要有三种(1)利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功；(2)利用能量守恒求解：机械能的减少量等于产生的电能；(3)利用电路特征求解：通过电路中所产生的电能来计算图 6【例 2】 如图 7、6 所示，两根足够长的平行导轨处在与水平方向成 37角的斜面上，导轨电阻不计，间距 L0.3 m，导轨两端各接一个阻值 的电阻；在斜面上加有磁感应强度 B1 T、方向垂直于导轨平面的匀强磁场一质量为 m1 阻 r2 的金属棒横跨在平行导轨间，棒与导轨间的动摩擦因数 0 m/s 的初速度上滑，直至上升到最高点的过程中，通过上端电阻的电荷量 q，求上端电阻 生的焦耳热 Q.(g 取 10 m/规范思维图 7针对训练 (2009天津理综4)如图 7 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 8、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C棒的重力势能增加量 D电阻 R 上放出的热量【基础演练】图 81(2010合肥模拟)如图 8 所示，在一匀强磁场中有一 “ ”形导体框 框处于水平面内，磁场与线框平面垂直，R 为一电阻，垂直于 一根导体杆，它可以在ab、无摩擦地滑动，杆 线框中导体的电阻都可不计开始时，给 个向右的初速度，则( )A减速向右运动，但不是匀减速B匀速向右运动，最后停止C匀速向右运动D(2011福建17)如图 9 所示，足够长的 U 型光滑金属导轨平面与 9、水平面成 角(0Dv 1v 2，Q 1b，所以 1 q 2.D 开关 闭合前，导体棒只受重力而加速下滑 闭合开关时有一定的初速度 此时 F 安 F 安 mg 安 安 安 不确定， A 正确， B 错误；无论闭合开关时初速度多大， 导体棒最终的安培力和重力平衡，故 C 错误再根据能量守恒定律，D 正确思维提升1导体切割磁感线产生感应电 流时，克服安培力做的功，与电能的生成大小相等，即机械能转化为电能的量用克服安培力做的功来量度2导体棒切割磁感线运动产生感 应电流时， 导体棒所受安培力的方向判断：方法一：先判断感应电流的方向，然后利用左手定 则判断安培力的方向；方法二：利用楞次定律的第二种描述，安 10、培力的作用总是阻碍相对运动，从而判断安培力的方向【核心考点突破】例 1 (1)见解析(2) 2)(1)如图所示， 受重力 直向下；支持力 直斜面向上；安培力 F，沿斜面向上(2)当 速度为 v 时，感应电动势 E时电路中的电流 I 受到的安培力 F2maF )当 所受合外力为零，即 时， 达到最大速度 范思维 此 题为杆切割磁感 线的动力学模型，首先在垂直于导体的平面内对导体进行受力分析，然后分析导体的运 动，由于安培力随速度 变化而 变化，这个运动开始通常是变加速运动，然后做稳定的匀速直 线运动，最后用牛 顿运动定律、能量关系解题例 2 5 由于导轨电阻不计，题中感应电路等效图如图所示，故 11、升过程中通过电路的感应电荷量为：Q 2上滑的最大位移为 x，因此，B 2qLx2 m设 上滑过程中上端电阻产生的焦耳热为 Q，则整个回路中产生的焦耳热为 6Q，由能量转化和守恒定律有：7 760解得：Q5 J.规范思维 在金属棒上滑过程中， 动能、重力势能、内能和电能间发生转化，利用能量转化和守恒定律很容易求解注意求解的是电阻 是整个电路的焦耳热，要找清二者的关系，再结合能量 转化和能量守恒定律求解针对训练A由动能定理有 安 W GE k，则 安 E kW G，故 A 项 思想方法总结1电磁感应中的动力学临界问题(1)解决这类问题的关键是通过运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度 12、求最大值或最小值的条件2分析电磁感应中功能关系类问题时要牢牢抓住能量守恒这一基本规律和线索，找出研究过程中有哪些力做功，就可以确定有哪些形式的能量参与 转化，如摩擦力 对系统做负功，必然有内能出现；重力做功时，一般会有机械能参与 转化；安培力做 负功时其他形式的能转化为电能，做正功时电能转化为 其他形式的能等3求解焦耳热的途径(1)感应电路中产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即 QW 安(2)感应电路中电阻产生的焦耳热等于电流通过电阻做的功，即 QI 23)感应电流中产生的焦耳热等于电磁感应现象中其他形式能量的减少，即 QE 他4建立导体棒沿方框运动切割磁感 线问题模型导体 由静止下滑：分析其 13、受力变化、加速度 变化、速度变化各力的功的正负、能量转化关系、功率关系、最终稳 定时的状态等【课时效果检测】1A金属杆在下滑过程中先做加速度减小的加速运动，速度达到最大后做匀速运动，所以当 F 安 时 速度最大， F 安 ，所以 ，分析各选项知 正确4释放瞬间，金属棒只受重力作用，所以其加速度等于重力加速度金属棒向下切割磁感线，产生的电流由 ba 流经 R，当速度 为 v 时，感应电流 I ，则安培力 力势能的减少量等于 弹性势能的增加量与电阻 R 上5当 v 最大时导体杆水平方向受力平衡，有 FF fF 安 ，即F，v ，故 A 错；通过电阻 R 的电量 q ，故 B 对；r F R rR r FW fW F 安 E k，因为 ，故 C 错， D 对6D设单匝闭合正方形线框边长为 L，导线横截面积为 度为 ，电阻率为 ，则其刚进入磁场时的加速度a g g2。