（浙江選考）2020版高考物理大一輪復習 第十章 電磁感應 交變電流 專題強化五 動力學、動量和能量觀點在電學中的應用課件.ppt

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1、,第十章電磁感應交變電流,專題強化五動力學、動量和能量觀 點在電學中的應用,,NEIRONGSUOYIN,內(nèi)容索引,研透命題點,課時作業(yè),細研考綱和真題 分析突破命題點,限時訓練 練規(guī)范 練速度,,研透命題點,,,感應電流在磁場中受到安培力的作用，因此電磁感應問題往往跟力學問題聯(lián)系在一起.解決這類問題需要綜合應用電磁感應規(guī)律(法拉第電磁感應定律、楞次定律)及力學中的有關規(guī)律(牛頓運動定律、動量守恒定律、動量定理、動能定理等).解決這類問題的方法： (1)選擇研究對象.即是哪一根導體棒或幾根導體棒組成的系統(tǒng). (2)分析其受力情況.安培力既跟電流方向垂直又跟磁場方向垂直. (3)分析研

2、究對象所受的各力做功情況和合外力情況，選定所要應用的物理規(guī)律. (4)分析研究對象(或系統(tǒng))是否符合動量守恒的條件. (5)運用物理規(guī)律列方程求解.注意：加速度a0時，速度v達到最大值.,,命題點一電磁感應中的動量和能量的應用,,,類型1動量定理和功能關系的應用 例1(2017浙江4月選考22)間距為l的兩平行金屬導軌由水平部分和傾斜部分平滑連接而成，如圖1所示.傾角為的導軌處于大小為B1、方向垂直導軌平面向上的勻強磁場區(qū)間中.水平導軌上的無磁場區(qū)間靜止放置一質(zhì)量為3m的“聯(lián)動雙桿”(由兩根長為l的金屬桿cd和ef，用長度為L的剛性絕緣桿連接構成)，在“聯(lián)動雙桿”右側存在大小為B2、方向垂直導

3、軌平面向上的勻強磁場區(qū)間，其長度大于L.質(zhì)量為m、長為l的金屬,桿ab從傾斜導軌上端釋放，達到勻速后進入水平導軌(無能量損失)，桿ab與“聯(lián)動雙桿”發(fā)生碰撞，碰后桿ab和cd合在一起形成“聯(lián)動三桿”.“聯(lián)動三桿”繼續(xù)沿水平導軌進入磁場區(qū)間并從中滑出.運動過程中，,桿ab、cd和ef與導軌始終接觸良好，且保持與導軌垂直.已知桿ab、cd和ef電阻均為R0.02 ，m0.1 kg，l0.5 m，L0.3 m，30，B10.1 T，B20.2 T.不計摩擦阻力和導軌電阻，忽略磁場邊界效應，g取10 m/s2.求：,圖1,(1)桿ab在傾斜導軌上勻速運動時的速度大小v0；,答案,答案見解析,解得：v0

4、6 m/s.,(2)“聯(lián)動三桿”進入磁場區(qū)間前的速度大小v；,答案,答案見解析,解析桿ab與“聯(lián)動雙桿”碰撞時， 由動量守恒定律得mv04mv，,(3)“聯(lián)動三桿”滑過磁場區(qū)間產(chǎn)生的焦耳熱Q.,答案,答案見解析,解析設“聯(lián)動三桿”進入磁場區(qū)間時速度變化量的大小為v，,設“聯(lián)動三桿”滑出磁場區(qū)間時速度變化量的大小為v，,解得v0.25 m/s. 因此“聯(lián)動三桿”滑出磁場區(qū)間時的速度為vvvv1 m/s.,變式1(2018寧波市十校聯(lián)考)如圖2所示，兩根相距為d的粗糙平行金屬導軌放在傾角為的斜面上(電阻忽略不計)，金屬導軌上端連有阻值為R的電阻，在平行于斜面的矩形區(qū)域mnOP(mP長為l，且平行于

5、金屬導軌，不考慮磁場的邊界效應)內(nèi)存在一個垂直斜面向上的勻強磁場B(圖中未畫出)，一根電阻為r，質(zhì)量為m的金屬棒EF自磁場上邊界虛線mn處由靜止釋放， 經(jīng)過t時間離開磁場區(qū)域，金屬棒與金屬導軌間的動摩 擦因數(shù)為.求：(重力加速度為g) (1)t時間內(nèi)通過電阻R的電荷量q；,答案,圖2,(2)t時間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q；,答案,解析金屬棒向下運動的過程中受到重力、支持力、摩擦力以及安培力的作用，在沿斜面的方向上，,(3)沿著導軌向下平行移動磁場區(qū)域，從原位置釋放金屬棒，當它恰好能勻速通過磁場時，磁場的移動距離s和金屬棒通過磁場的時間t.,答案,在磁場區(qū)域外，金屬棒沿導軌向下運動的加速度為：a

6、g(sin cos ) 又：v m22as，,類型2動量守恒定律和功能關系的應用 例2(2018寧波市3月選考)如圖3甲所示，絕緣 水平面上固定著兩根足夠長的光滑金屬導軌PQ、 MN，相距為L0.5 m，ef右側導軌處于勻強磁 場中，磁場方向垂直導軌平面向下，磁感應強 度B的大小如圖乙變化.開始時ab棒和cd棒鎖定 在導軌如圖所示位置，ab棒與cd棒平行，ab棒離水平 面高度為h0.2 m，cd棒與ef之間的距離也為L，ab棒 的質(zhì)量為m10.2 kg，有效電阻R10.05 ，cd棒的質(zhì) 量為m20.1 kg，有效電阻為R20.15 .(設ab、cd棒在運動過程中始終與導軌垂直，兩棒與導軌接觸

7、良好，導軌電阻不計，空氣阻力不計，g取10 m/s2).問：,圖3,(1)01 s時間段內(nèi)通過cd棒的電流大小與方向；,答案,答案見解析,解析由楞次定律可得，cd棒中的電流方向為由d到c,代入數(shù)據(jù)得：E0.25 V,代入數(shù)據(jù)得：I1.25 A,(2)假如在第1 s末，同時解除對ab棒和cd棒的鎖定，穩(wěn)定后ab棒和cd棒將以相同的速度做勻速直線運動，試求這一速度的大??；,答案,答案見解析,解析設ab棒剛進入磁場時的速度為v0，,得v02 m/s 由題意可知，ab棒進入磁場后做加速度減小的減速運動，cd棒做加速度減小的加速運動，而由ab、cd棒組成的回路感應電動勢越來越小，最終ab、cd棒達到共同

8、速度做勻速直線運動，系統(tǒng)穩(wěn)定.以ab、cd棒構成的系統(tǒng)為研究對象，水平方向上只受到大小時刻相等、方向時刻相反的安培力作用，系統(tǒng)在磁場中運動時動量守恒. m1v0(m1m2)v共,(3)對ab棒和cd棒從解除鎖定到開始以相同的速度做勻速直線運動的過程，ab棒上產(chǎn)生的熱量；,答案,答案見解析,解析以ab、cd棒構成的系統(tǒng)為研究對象，從解除鎖定開始到ab、cd棒以相同的速度穩(wěn)定運動的過程中，系統(tǒng)損失的機械能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)兩電阻上的熱量.,(4)ab棒和cd棒速度相同時，它們之間的距離大小.,答案,答案見解析,解析以ab棒為研究對象，ab棒從進入磁場到達到穩(wěn)定速度過程中，,分析可知x為這個過程中兩棒相對靠

9、近的距離，,變式2如圖4所示，一個質(zhì)量為m、電阻不計、足夠長的光滑U形金屬框架MNQP，位于光滑絕緣水平桌面上，平行導軌MN和PQ相距為L.空間存在著足夠大的方向豎直向下的勻強磁場，磁感應強度的大小為B.另有質(zhì)量也為m的金屬棒CD，垂直于MN放置在導軌上，并用一根絕緣細線系在定點A.已知，細線能承受的最大拉力為FT0，CD棒接入導軌間的有效電阻為R.現(xiàn)從t0時刻開始對U形框架施加水平向右的拉力F(大小未知)，使其從靜止開始做加速度為a的勻加速直線運動. (1)求從框架開始運動到細線斷開所需的時間 t0及細線斷開時框架的瞬時速度v0大小；,答案,圖4,解析細線斷開時，對CD棒有FT0F安，,(2

10、)若在細線斷開時，立即撤去拉力F，求此后過程回路中產(chǎn)生的總焦耳熱Q.,答案,解析在細線斷開時立即撤去拉力F，框架向右減速運動，CD棒向右加速運動， 設二者最終速度大小為v，由系統(tǒng)動量守恒可得mv02mv,撤去拉力F后，系統(tǒng)總動能的減少量等于回路消耗的電能，,動量與電磁學知識綜合應用類問題的求解與一般的力學問題求解思路并無差異，只是問題的情景更復雜多樣；分析清楚物理過程，正確識別物理模型是解決問題的關鍵.,,命題點二電場、磁場中動量和能量觀點的應用,,,類型1電場中動量和能量觀點的應用 例3如圖5所示，光滑絕緣水平面上方分布著場強大小為E、方向水平向右的勻強電場.質(zhì)量為3m、電荷量為q的球A由靜

11、止開始運動，與相距為L、質(zhì)量為m的不帶電小球B發(fā)生對心碰撞，碰撞時間極短，碰撞后作為一個整體繼續(xù)向右運動.兩球均可視為質(zhì)點，求： (1)兩球發(fā)生碰撞前A球的速度大??；,答案,圖5,(2)A、B碰撞過程中系統(tǒng)損失的機械能；,答案,解析A、B碰撞時間極短，可認為A、B碰撞過程中系統(tǒng)動量守恒， 設向右為正方向， 由動量守恒定律得：3mv(3mm)v1,(3)A、B碰撞過程中B球受到的沖量大小.,答案,解析以B為研究對象，設向右為正方向， 由動量定理得：Imv10,類型2磁場中動量和能量觀點的應用 例4如圖6所示，ab、ef是平行的固定在水平絕緣桌面上的光滑金屬導軌，導軌間距為d.在導軌左端ae上連有

12、一個阻值為R的電阻，一質(zhì)量為3m、長為d、電阻為r的金屬棒恰能置于導軌上并和導軌良好接觸.起初金屬棒靜止于MN位置，MN距離ae邊足夠遠，整個裝置處于方向垂直桌面向下、磁感應強度為B的勻強磁場中，現(xiàn)有一質(zhì)量為m的帶電荷量為q的絕緣小球在桌面上從O點(O為導軌上的一點)以與ef成60角斜向右上方射向ab，隨后小球直接垂直地打在金屬棒的中點上，并和棒黏合在一起(設小球與棒之 間沒有電荷轉(zhuǎn)移).棒運動過程中始終和導軌接觸良好， 不計導軌間電場的影響，導軌的電阻不計.求： (1)小球射入磁場時的速度v0的大?。?圖6,答案,解析小球射入磁場后將做勻速圓周運動， 設圓周運動的半徑為r，其軌跡如圖所示,(

13、2)電阻R上產(chǎn)生的熱量QR.,返回,答案,解析小球和金屬棒的碰撞過程，以向左為正方向， 由動量守恒定律得：mv0(m3m)v 金屬棒切割磁感線的過程中，棒和小球的動能轉(zhuǎn)化為電能進而轉(zhuǎn)化成焦耳熱：,,課時作業(yè),,,1,2,3,4,1.如圖1所示，粗糙絕緣水平地面上方以PQ為界，左邊有水平向右的勻強電場，場強大小為 右邊有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度大小為B，磁場以MN為右邊界，一個質(zhì)量為2m的帶電荷量為q的物體從地面上O點出發(fā)，在電場力作用下運動到Q點時與另一質(zhì)量為m、不帶電的物體發(fā)生正碰，碰后兩者粘為一體，并恰好能在QN間做勻速直線運動，已知兩物體與地面間的動摩擦因數(shù)0.1，

14、g為重力加速度，sin 370.6，cos 370.8. (1)求O、Q之間的距離x1；,答案,圖1,解析設兩物體碰后的瞬間速度為v2，則有：Bqv23mg 設帶電物體碰撞前的速度為v1，取向右為正方向， 由動量守恒定律有：2mv13mv2,1,2,3,4,1,2,3,4,(2)若MN右側有一傾角37的傾斜傳送帶正以速度v0逆時針轉(zhuǎn)動，物體系統(tǒng)通過N點到傳送帶時無動能損失，且傳送帶足夠大，已知物體系統(tǒng)與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為10.5，求物體系統(tǒng)在傳送帶上上升過程中運動的最大距離.,答案,解析物體系統(tǒng)沿傳送帶向上做勻減速運動，,由牛頓第二定律得：3mgsin 13mgcos 3ma 則ag.,2

15、.(2018湖州市、衢州市、麗水市高三期末)兩根相距為d12 cm的金屬直角導軌如圖2甲所示放置，水平部分處在同一水平面內(nèi)且足夠長，豎直部分長度L24 cm，下端由一電阻連接，電阻阻值R02 .質(zhì)量m1 g、電阻R1 的金屬細桿MN與水平部分導軌垂直接觸，桿與導軌之間的動摩擦因數(shù)為0.1，導軌電阻不計.整個裝置處于磁感應強度大小為B、方向水平向右的均勻磁場中，此磁場垂直于豎直軌道平面，磁感應強度 B隨時間t變化如圖乙所示，t3 s后磁場不 變.t0時給桿MN一向左的初速度v05 m/s， t4 s時桿的速度減為零.(不計空氣阻力) (1)判斷初始時流過MN桿的電流方向；,答案,1,2,3,4,

16、圖2,答案MN,解析M到N(MN),(2)求4 s內(nèi)感應電流的平均值；,答案,1,2,3,4,答案4.8103 A,(3)求4 s內(nèi)MN桿克服摩擦力做的功；,答案,1,2,3,4,答案1.25102 J,解析04 s，桿的速度由v05 m/s減為0，只有摩擦力做功，,即克服摩擦力做的功是1.25102 J.,(4)求前3 s內(nèi)安培力對MN桿的沖量的大小.,答案,1,2,3,4,答案102 Ns,解析34 s內(nèi)：mgt20mv3 v31 m/s 03 s內(nèi)：(mgF安)t1mv3mv0 得：mgt1I安mv3mv0 I安102 Ns.,3.(2017浙江11月選考22)如圖3所示，匝數(shù)N100、

17、截面積S1.0102 m2、電阻r0.15 的線圈內(nèi)有方向垂直于線圈平面向上的隨時間均勻增加的勻強磁場B1，其變化率k0.80 T/s.線圈通過開關S連接兩根相互平行、間距d0.20 m,答案,1,2,3,4,的豎直導軌，下端連接阻值R0.50 的電阻.一根阻值也為0.50 、質(zhì)量m1.0102 kg的導體棒ab擱置在等高的擋條上，在豎直導軌間的區(qū)域僅有垂直紙面的不隨時間變化的勻強磁場B2.接通開關S后，棒對擋條的壓力恰好為零.假設棒始終與導軌垂直，且與導軌接觸良好，不計摩擦阻力和導軌電阻. (1)求磁感應強度B2的大小，并指出磁場方向；,圖3,答案0.5 T磁場垂直紙面向外,1,2,3,4,

18、根據(jù)題意，此刻棒對擋條的壓力為零， 即導體棒所受安培力等于其重力，方向豎直向上 即B2Iabdmg，解得B20.5 T， 根據(jù)左手定則可知磁場的方向應該垂直紙面向外.,代入數(shù)據(jù)得：E0.8 V,等效電路圖如圖：,(2)斷開開關S后撤去擋條，棒開始下滑，經(jīng)t0.25 s后下降了h0.29 m，求此過程棒上產(chǎn)生的熱量.,答案,1,2,3,4,答案2.3103 J,1,2,3,4,解析開關斷開之后，撤去擋條，ab下滑過程切割磁感線，從而產(chǎn)生感應電流， 根據(jù)動量定理，則(mgB2Id)tmv0,B2dh,聯(lián)立解得W4.6103 J,4.(2018浙江11月選考22)如圖4所示，在間距L0.2 m的兩光

19、滑平行水平金屬導軌間存在方向垂直于紙面(向內(nèi)為正)的磁場，磁感應強度的分布沿y方向不變，沿x方向如下：,1,2,3,4,答案,導軌間通過單刀雙擲開關S連接恒流源和電容C1 F的未充電的電容器，恒流源可為電路提供恒定電流I2 A，電流方向如圖所示.有一質(zhì)量m0.1 kg的金屬棒ab垂直導軌靜止放置于x00.7 m處.開關S擲向1，棒ab從靜止開始運動，到達x30.2 m處時，開關S擲向2.已知棒ab在運動過程中始終與導軌垂直，求： (提示：可以用Fx圖象下的“面積”代表力F所做的功) (1)棒ab運動到x10.2 m時的速度v1；,圖4,答案2 m/s,解析從x0 x1的過程，由于安培力為恒力，,1,2,3,4,得v12 m/s,(2)棒ab運動到x20.1 m時的速度v2；,1,2,3,4,答案,解析從x1x2過程中，安培力FBIL， 由于B5x，可知F2x，可知F隨x變化而變化，F(xiàn)x圖象如圖所示， 所以在這個過程中，安培力做功的大小為圖象與x軸圍成的面積，W安0.03 J,(3)電容器最終所帶的電荷量Q.,返回,答案,1,2,3,4,解析從x0.2 m處移到x0.2 m處安培力不做功，v3v12 m/s 設最后穩(wěn)定時的速度為v，則導體棒兩端電壓UBLv 電容器上所帶電荷量QCU 電路中通過的電荷量QIt 根據(jù)動量定理得BILtmvmv3,