《廣東省高中物理第一輪總復(fù)習(xí) 第10章第4講電磁感應(yīng)規(guī)律與力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用 粵教版 新課標(biāo)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《廣東省高中物理第一輪總復(fù)習(xí) 第10章第4講電磁感應(yīng)規(guī)律與力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用 粵教版 新課標(biāo)（29頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、1.電磁感應(yīng)規(guī)律與牛頓運(yùn)動(dòng)規(guī)律的綜合問題.從導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)入手，當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受的安培力發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)致導(dǎo)體所受合外力發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致加速度、速度等發(fā)生變化.而速度的變化又反過來(lái)影響安培力的變化.周而復(fù)始可能使導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài).2.用功能觀點(diǎn)分析電磁感應(yīng)問題.電磁感應(yīng)的過程通常對(duì)應(yīng)著機(jī)械能、電能、內(nèi)能間的轉(zhuǎn)化.注意結(jié)合能量守恒定律、功能原理和動(dòng)能定理分析問題. 主題(1)電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題 光滑的平行金屬導(dǎo)軌長(zhǎng)L=2.0m，兩導(dǎo)軌間距離d=0.5m，導(dǎo)軌平面與圖圖10-4-1水平面的夾角為水平面的夾角為=30，導(dǎo)軌上端接一阻值為，導(dǎo)軌上端接一阻值為R=0.5的電阻，其余

2、電阻不計(jì)，軌道所在空間的電阻，其余電阻不計(jì)，軌道所在空間有垂直軌道平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度有垂直軌道平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T，如圖如圖10-4-1所示所示. 有一不計(jì)電阻、質(zhì)量為m=0.5kg的金屬棒ab，放在導(dǎo)軌最上端且與導(dǎo)軌垂直.當(dāng)金屬棒ab由靜止開始自由下滑到底端脫離軌道的過程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量為Q=1J，g=10m/s2，則： (1)指出金屬棒ab中感應(yīng)電流的方向. (2)棒在下滑的過程中達(dá)到的最大速度是多少？ (3)當(dāng)棒的速度為v=2m/s時(shí)，它的加速度是多大？ (1)由右手定則，棒中感應(yīng)電流方向由b指向a. (2)棒做加速度逐漸減小的變加速運(yùn)動(dòng)，棒到達(dá)底端時(shí)速度最大

3、，由能量守恒定律得 mgLsin=+Q，解得vm=4m/s (3)當(dāng)棒的速度為v時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Bdv212mmv感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)運(yùn)動(dòng)分析感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)運(yùn)動(dòng)分析 感應(yīng)電流 棒所受安培力F=BId= 當(dāng)棒的速度為v=2m/s時(shí)，F(xiàn)=1N 由牛頓第二定律得mgsin-F=ma 解得棒的加速度a=3m/s2 棒做變加速運(yùn)動(dòng),加速度是變化的，要抓住特殊狀態(tài)求解.EIR 22B d vR注意受力分析的完整性注意受力分析的完整性. 如圖10-4-2所示，abcd為質(zhì)量M=2kg的導(dǎo)軌，放在光滑絕緣的水平面圖圖10-4-2上，另有一根重量上，另有一根重量m=0.6kg的金屬棒的金屬棒PQ平行于平行于bc放在水平導(dǎo)軌

4、放在水平導(dǎo)軌上，上，PQ棒左邊靠著絕緣的豎直立柱棒左邊靠著絕緣的豎直立柱ef(豎直立柱光滑，且固定豎直立柱光滑，且固定不動(dòng)不動(dòng))，導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)以，導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)以O(shè)O為界，左側(cè)的磁場(chǎng)方為界，左側(cè)的磁場(chǎng)方向豎直向上，右側(cè)的磁場(chǎng)方向水平向右，磁感應(yīng)強(qiáng)度向豎直向上，右側(cè)的磁場(chǎng)方向水平向右，磁感應(yīng)強(qiáng)度B大小都大小都為為0.8T. 導(dǎo)軌的bc段長(zhǎng)L=0.5m，其電阻r=0.4，金屬棒PQ的電阻R=0.2，其余電阻均可不計(jì).金屬棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.2.若在導(dǎo)軌上作用一個(gè)方向向左、大小為F=2N的水平拉力，設(shè)導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，重力加速度g取10m/s2，試求： (1)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的最大加

5、速度； (2)導(dǎo)軌的最大速度； (3)定性畫出回路中感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖線. 導(dǎo)軌在外力作用下向左加速運(yùn)動(dòng)，由于切割磁感線，在回路中要產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)軌的bc邊及金屬棒PQ均要受到安培力作用.PQ棒受到的支持力要隨電流的變化而變化，導(dǎo)軌受到PQ棒的摩擦力也要變化，因此導(dǎo)軌的加速度要發(fā)生改變.導(dǎo)軌向左切割磁感線時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv 感應(yīng)電流 即 EIRr BLvIRr 導(dǎo)軌受到向右的安培力F1=BIL，金屬棒PQ受到向上的安培力F2=BIL，導(dǎo)軌受到PQ棒對(duì)它的摩擦力f=(mg-BIL)， 根據(jù)牛頓第二定律，有 F-BIL-(mg-BIL)=Ma (1)當(dāng)剛拉動(dòng)導(dǎo)軌時(shí)，v=0，由式可知I=

6、0時(shí)有最大加速度am，即20.4m/smFmgaM (2)隨著導(dǎo)軌速度v增大感應(yīng)電流I增大而加速度a減小，當(dāng)a=0時(shí)，導(dǎo)軌有最大速度vm，從式可得 F-(1-)BImL-mg=0 將Im=2.5A代入式，得2.5(1)mFmgIABL 3.75/mIRrvmm sBL (3)從剛拉動(dòng)導(dǎo)軌開始計(jì)時(shí)，t=0時(shí)，v=0，I=0， 當(dāng)t=t1時(shí)，v達(dá)到最大，I達(dá)到2.5A，電流I隨時(shí)間t的變化圖線如圖所示. 主題(2) 電磁感應(yīng)中的動(dòng)量問題 圖圖10-4-3 (雙選雙選)如圖如圖10-4-3所示，所示，兩根足夠長(zhǎng)的固定平行金屬光兩根足夠長(zhǎng)的固定平行金屬光滑導(dǎo)軌位于同一水平面上，導(dǎo)滑導(dǎo)軌位于同一水平面上

7、，導(dǎo)軌上橫放著兩根相同的導(dǎo)體棒軌上橫放著兩根相同的導(dǎo)體棒ab、cd與導(dǎo)軌構(gòu)與導(dǎo)軌構(gòu)成矩形回路成矩形回路.導(dǎo)體棒的兩端連接著處于壓縮狀態(tài)的兩根導(dǎo)體棒的兩端連接著處于壓縮狀態(tài)的兩根輕質(zhì)彈簧，兩棒的中間用細(xì)線綁住，它們的電阻均為輕質(zhì)彈簧，兩棒的中間用細(xì)線綁住，它們的電阻均為R，回路上其余部分的電阻不計(jì)，在導(dǎo)軌平面內(nèi)兩導(dǎo)，回路上其余部分的電阻不計(jì)，在導(dǎo)軌平面內(nèi)兩導(dǎo)軌間有一豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)軌間有一豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng). 開始時(shí)，導(dǎo)體棒處于靜止?fàn)顟B(tài).剪斷細(xì)線后，導(dǎo)體棒在運(yùn)動(dòng)過程中() A.回路中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) B.兩根導(dǎo)體棒所受安培力的方向相同 C.兩根導(dǎo)體棒和彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，機(jī)械能守恒 D.兩根導(dǎo)

8、體棒和彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，機(jī)械能不守恒 左右兩棒所受安培力大小相等方向相反,該系統(tǒng)所受合外力為零，系統(tǒng)動(dòng)量守恒.而此例中不是只有彈力做功，故機(jī)械能不守恒.選AD.AD圖圖10-4-4 (單選單選)如圖如圖10441044所示，質(zhì)量所示，質(zhì)量為為M M的條形磁鐵與質(zhì)量為的條形磁鐵與質(zhì)量為m m的鋁環(huán)，都的鋁環(huán)，都靜止在光滑的水平面上，當(dāng)在極短的靜止在光滑的水平面上，當(dāng)在極短的時(shí)間內(nèi)給鋁環(huán)以水平向右的沖量時(shí)間內(nèi)給鋁環(huán)以水平向右的沖量I I，使，使環(huán)向右運(yùn)動(dòng)，則下列說法不正確的是環(huán)向右運(yùn)動(dòng)，則下列說法不正確的是( () )A在鋁環(huán)向右運(yùn)動(dòng)的過程中磁鐵也向右運(yùn)動(dòng)在鋁環(huán)向右運(yùn)動(dòng)的過程中磁鐵也向右運(yùn)動(dòng)

9、B磁鐵運(yùn)動(dòng)的最大速度為磁鐵運(yùn)動(dòng)的最大速度為I/(M+m)C鋁環(huán)在運(yùn)動(dòng)過程中，能量最小值為鋁環(huán)在運(yùn)動(dòng)過程中，能量最小值為mI2/2(M+m)2D鋁環(huán)在運(yùn)動(dòng)過程中最多能產(chǎn)生的熱量為鋁環(huán)在運(yùn)動(dòng)過程中最多能產(chǎn)生的熱量為I2/2mD主題(3)電磁感應(yīng)中的能量問題如圖10-4-5所示，固定的水平光滑金屬導(dǎo)軌，間距為L(zhǎng)，左端接有阻值為R圖圖10-4-5的電阻，處在方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為的電阻，處在方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，質(zhì)量為質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒與固定彈簧相連，放在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌與導(dǎo)的導(dǎo)體棒與固定彈簧相連，放在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻均可忽略體棒的電阻均可忽略.初始時(shí)刻，彈簧

10、恰處于自然長(zhǎng)度，導(dǎo)體初始時(shí)刻，彈簧恰處于自然長(zhǎng)度，導(dǎo)體棒具有水平向右的初速度棒具有水平向右的初速度v0. 在沿導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過程中，導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸. (1)求初始時(shí)刻導(dǎo)體棒受到的安培力; (2)若導(dǎo)體棒從初始時(shí)刻到速度第一次為零時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能為Ep，則這一過程中安培力所做的功W1和電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q1分別為多少？ (3)導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終將靜止于何處？從導(dǎo)體棒開始運(yùn)動(dòng)直到最終靜止的過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q為多少？ 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)功能原理 導(dǎo)體棒以初速度v0做切割磁感線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，回路中的感應(yīng)電流使導(dǎo)體棒受到安培力的作用安培力做功使系統(tǒng)機(jī)械能減少，最終將

11、全部機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱.由平衡條件知，棒最終靜止時(shí)，彈簧的彈力為零，即此時(shí)彈簧處于初始的原長(zhǎng)狀態(tài). (1)初始時(shí)刻棒中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv0 棒中感應(yīng)電流I= 作用于棒上的安培力F=BIL 聯(lián)立，得 ，安培力方向：水平向左 (2)由功和能的關(guān)系，得安培力做功 電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱ER220L v BFR 21012pWEmv12012pQmvE (3)由能量轉(zhuǎn)化及平衡條件等，可判斷：棒最終靜止于初始位置， 安培力做功使系統(tǒng)機(jī)械能減少，最終將全部機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱.2012Qmv 如圖10-4-6所示，將邊長(zhǎng)為a、質(zhì)量為m、電阻為R的正方形導(dǎo)線框豎直向上拋出，穿過寬度

12、為b、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里.線框向上離開磁場(chǎng)時(shí)的速度剛好是進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)圖圖10-4-6速度的一半，線框離開磁場(chǎng)后繼續(xù)上升一段高速度的一半，線框離開磁場(chǎng)后繼續(xù)上升一段高度，然后落下并勻速進(jìn)入磁場(chǎng)度，然后落下并勻速進(jìn)入磁場(chǎng).整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中始終存在著大小恒定的空氣阻力中始終存在著大小恒定的空氣阻力f，且線框，且線框不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng).求：(1)線框在下落階段勻速進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度v2；(2)線框在上升階段剛離開磁場(chǎng)時(shí)的速度v1；(3)線框在上升階段通過磁場(chǎng)過程中產(chǎn)生的焦耳熱Q.由題意可知線框在磁場(chǎng)中一直是做變速直線運(yùn)動(dòng).所以對(duì)整個(gè)過程只能由能的觀點(diǎn)求解.(1)若

13、線框在下落階段能勻速地進(jìn)入磁場(chǎng)，則線框在進(jìn)入磁場(chǎng)的過程中受力平衡，則據(jù)平衡條件可知線框在進(jìn)入磁場(chǎng)瞬間有：，解得：222B a vmgfR 222mgf RvB a (2)線框從離開磁場(chǎng)至上升到最高點(diǎn)過程中據(jù)動(dòng)能定理有： 線框從最高點(diǎn)回落至進(jìn)入磁場(chǎng)前瞬間的過程據(jù)動(dòng)能定理有： 聯(lián)立可解得：，代入可得： 2112mgf hmv 2212mgf hmv12mgfvvmgf 22122RvmgfB a (3)設(shè)線框進(jìn)入磁場(chǎng)的速度為v0，則線框在向上通過磁場(chǎng)過程中要克服重力、空氣阻力及安培力做功，而克服安培力做功的量即是此過程中產(chǎn)生電能的量，也即是產(chǎn)生的熱量Q，根據(jù)能量守恒定律有： 又由題可知v0=2v1

14、 解得： 220111()22mvmvQmgfab， 2443()2m mgfmgf RQmg baB a圖圖10-4-7 電阻為電阻為R的矩形線框的矩形線框abcd，邊長(zhǎng)，邊長(zhǎng)ab=L，ad=h，質(zhì)，質(zhì)量為量為m，自某一高度自由落下，自某一高度自由落下，通過一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂通過一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度直紙面向里，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度為為h，如圖，如圖10-4-7所示，若線框所示，若線框恰好以恒定速度通過磁場(chǎng)，線恰好以恒定速度通過磁場(chǎng)，線框 中 產(chǎn) 生 的 焦 耳 熱 是框 中 產(chǎn) 生 的 焦 耳 熱 是_(不考慮空氣阻力不考慮空氣阻力) 線框通過磁場(chǎng)的過程中，線框通過磁場(chǎng)的過程中，動(dòng)能不變根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒，動(dòng)能不變根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒，重力對(duì)線框所做的功全部轉(zhuǎn)化為線重力對(duì)線框所做的功全部轉(zhuǎn)化為線框中感應(yīng)電流的電能，最后又全部框中感應(yīng)電流的電能，最后又全部轉(zhuǎn)化為焦耳熱所以，線框通過磁轉(zhuǎn)化為焦耳熱所以，線框通過磁場(chǎng) 過 程 中 產(chǎn) 生 的 焦 耳 熱 為場(chǎng) 過 程 中 產(chǎn) 生 的 焦 耳 熱 為Q=WG=mg2h=2mgh.2mgh