高考物理复习方案 第4讲 电磁感应定律的综合应用（二）（动力学和能量）

高考物理复习方案 第4讲 电磁感应定律的综合应用（二）（动力学和能量）内容摘要：

1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 安培力的大小 F培力的方向(1)先用右手定则确定感应电流方向，再用左手定则确定安培力方向。 (2)根据楞次定律，安培力方向一定和导体切割磁感线运动方向相反。 1电磁感应中动力学问题的动态分析联系电磁感应与力学问题的桥梁是磁场对电流的安培力，由于感应电流与导体切割磁感线运动的加速度有着相互制约关系，因此导体一般不是匀变速直线运动，而是经历一个动态变化过程再趋于一个稳定状态，分析这一动态过程的基本思路是：导体受力运动 感应电动势应电流 通电导体受安培力合外力变 E F 加速度变化速度变化周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达 稳定的临界状态。 2解题步骤 2、(1)用法拉第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的感应电流的大小。 (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。 4 (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、加速度为最大值或最小值的条件。 (2)基本思路是：1如图 941 所示，金属棒 直跨搁在位于水平面上的两 3、条平行光滑金属导轨上，棒与导轨接触良好，棒 导轨的电阻均忽略不计，导轨左端接有电阻 R，垂直于导轨平面的匀强磁场向下穿过平面，现以水平向右的恒力 F 拉着棒 右移动，t 秒末棒速度为 v，移动距离为 x，且在 t 秒内速度大小一直在变化，则下列判断正确的是()图 941At 秒内 所受安培力方向水平向左且逐渐增大Bt 秒内 做加速度逐渐减小的加速运动Ct 秒内 做匀加速直线运动Dt 秒末外力 F 做功的功率为2 B 棒所受安培力 F 安 v，方向向左随 v 增大而增大，A 项正确；a 随 v 增大而减小，B 项正确，C 项错；t 秒末外力 F 做功的功F 项错误。 电磁感应中的能量问题1 ，感应 4、电流在磁场中受安培力。 外力克服安培力做功，将其它形式的能转化为电能，电流做功再将电能转化为其它形式的能。 2实质电磁感应现象的能量转化，实质是其它形式的能和电能之间的转化。 1能量转化分析(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)当磁场不动、导体做切割磁感线的运动时，导体所受安培力与导体运动方向相反，此即电磁阻尼。 在这种情况下，安培力对导体做负功，即导体克服安培力做功，将机械能转化为电能，当感应电流通过用电器时，电能又转化为其它形式的能，如通过电阻转化为内能( 焦耳热)。 即： 其 他 形 式 的 能 如 ：机 械 能 安 培 力 做 负 功 电 能 电 流 做 功 其 5、 他 形 式 的 能 如 ：内 能 (3)当导体开始时静止、磁场( 磁体)运动时，由于导体相对磁场向相反方向做切割磁感线运动而产生感应电流，进而受到安培力作用，这时安培力成为导体运动的动力，此即电磁驱动。 在这种情况下，安培力做正功，电能转化为导体的机械能。 综上所述，安培力做功是电能和其他形式的能之间相互转化的桥梁，表示如下：电能 其他形式的能。 0 02求解焦耳热 Q 的三种方法(1)直接法：Q )功能关系法：QW 克服安培力(3)能量转化法：Q E 42 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 6、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( )图 942A棒的机械能增加量 B 棒的重力势能增加量 D电阻 R 上放出的热量解析：选 A棒加速上升时受到重力、拉力 F 及安培力。 根据功能原理可知力 F 与安培力做的功的代数和等于棒的机械能的增加量，A 正确。 电磁感应中的动力学问题命题分析 本考点为高考热点，主要考查导体棒在磁场中受力与运动的关系，以选择或计算题呈现。 例 1(2012广东高考)如图 943 所示，质量为 M 的导体棒 直放在相距为l 的平行光滑金属导轨上，导轨平面与水平面的夹角为 ， 7、并处于磁感应强度大小为 B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，左侧是水平放置、间距为 d 的平行金属板，R 和 计其他电阻。 图 943(1)调节 ，释放导体棒，当棒沿导轨匀速下滑时，求通过棒的电流 I 及棒的速率v。 (2)改变 棒沿导轨再次匀速下滑后，将质量为 m、带电荷量为q 的微粒水平射入金属板间，若它能匀速通过，求此时的 思维流程第一步：抓信息关键点关键点 信息获取(1)棒沿导轨匀速下滑 棒受的合外力为零(2)微粒水平匀速通过金属板 微粒在金属板间所受合力为零第二步：找解题突破口由棒在斜导轨上匀速下滑可知下滑力等于安培力，从而推知通过棒的电流在(1)(2)问中是相同的，再由闭合电路欧姆 8、定律可求得(1)问中的 v 及(2)问中的 三步：条理作答解析(1)导体棒匀速下滑时， 0l v 由闭合电路欧姆定律得I ，得 v 2)改变 式可知电流不变。 设带电微粒在金属板间匀速通过时，板间电压为U，电场强度大小为 R x E 联立，得答案(1) (2) 1电磁感应动力学问题中，要抓好受力情况、运动情况的动态分析。 导体受力运动产生感应电动势感应电流通电导体受安培力合外力变化加速度变化速度变化，最终加速度为零，导体达到匀速运动的稳定状态。 2这类问题要抓住“速度变化引起安培力变化”这个关系，并从分析物体的受力情况与运动情况入手解决问题，这是解题的关键。 变式训练如图 944 所示，有两根和水平方 9、向成 角的光滑平行的金属轨道， ，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为 B，一根质量为m 的金属杆(电阻忽略不计)从轨道上由静止滑下，经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度 ()图 944A如果 B 增大，v m 将变大B如果 增大，v m 将变大C如果 R 变小，v m 将变大D如果 m 变小，v m 将变大解析：选 B金属杆从轨道上由静止滑下，经足够长时间后，速度达最大值 后金属杆做匀速运动。 杆受重力、轨道的支持力和安培力如图所示。 安培力 F 金属杆列平衡方程式：mg。 由此式可知，B 增大，v m 减小； 增大，v m 增大；R 变小，小；m 变小，v 10、m 变小。 因此 A、C、D 选项错，B 选项正确。 电磁感应中的能量问题命题分析 本考点为高考热点，属力电综合题。 主要考查学生灵活运用电磁感应定律和能量的转化与守恒解决实际问题的能力，以选择或计算题呈现。 例 2(2012天津高考)如图 945 所示，一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内，导轨间距 l0.5 m，左端接有阻值 R 的电阻。 一质量 m0.1 阻 r 的金属棒 置在导轨上，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B。 棒在水平向右的外力作用下，由静止开始以 a2 m/加速度做匀加速运动，当棒的位移 x 9 m 时撤去外力，棒继续运动一段距离后停下来，已知撤去外力前后回路中产 11、生的焦耳热之比 22图 94。 导轨足够长且电阻不计，棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。 求：(1)棒在匀加速运动过程中，通过电阻 R 的电荷量 q；(2)撤去外力后回路中产生的焦耳热 3)外力做的功 解析(1)设棒匀加速运动的时间为 t，回路的磁通量变化量为 ，回路中的平均感应电动势为 ，由法拉第电磁感应定律得 E 设回路中的平均电流为 ，由闭合电路的欧姆定律得I 的电荷量为 q t 式，代入数据得 q (2)设撤去外力时棒的速度为 v，对棒的匀加速运动过程，由运动学公式得设棒在撤去外力后的运动过程中安培力做功为 W，由动能定理得 W0 12撤去外力后回路中产生的焦耳热 W 联立式，代入数据得 (3)由题意知，撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比 22 1，可得 10 在棒运动的整个过程中，由功能关系可知 1Q 2 由式得 答案(1)(2)(3) (1)电磁感应过程产生的感应电量 q 与 t 无关。 )分析电磁感应能量问题的基本步骤： 用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向。 画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率的表达式。 分析导体机械能的变化，用动能定理或能量守恒定律，得到机械功率的改变所满足的方程。