2022年高考物理 39電磁感應(yīng)與能量精解分析

2022年高考物理 39電磁感應(yīng)與能量精解分析 高頻考點：電磁感應(yīng)與能量 動態(tài)發(fā)布：xx天津理綜物理第12題、xx上海物理第32題、xx年北京理綜第24題 命題規(guī)律：電磁感應(yīng)與能量是高考考查的重點和熱點，考查電磁感應(yīng)與能量的試題可能為選擇題，也可能為計算題，計算題常常以壓軸題出現(xiàn)，綜合性強、難度大、分值高、區(qū)分度大。 命題分析 考查方式一 電磁感應(yīng)與能量 【命題分析】導(dǎo)體切割磁感線或磁通量變化過程，在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，機械能轉(zhuǎn)化為電能。電流通過導(dǎo)體受到安培力作用或通過電阻發(fā)熱、電能轉(zhuǎn)化為機械能或內(nèi)能。因此電磁感應(yīng)過程總是伴隨著能量的轉(zhuǎn)化。利用能量守恒定律解答電磁感應(yīng)中能量問題，快捷方便。高考對電磁感應(yīng)與能量的考查難度中等或偏難。 例1（xx天津理綜物理第12題）如圖所示，兩根足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ間距為l=0.5m，其電阻不計，兩導(dǎo)軌及其構(gòu)成的平面均與水平面成30°角。完全相同的兩金屬棒ab、cd分別垂直導(dǎo)軌放置，每棒兩端都與導(dǎo)軌始終有良好接觸，已知兩棒質(zhì)量均為m=0.02kg，電阻均為R=0.01Ω，整個裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度B=0.2T，棒ab在平行于導(dǎo)軌向上的力F作用下，沿導(dǎo)軌向上勻速運動，而棒cd恰好能夠保持靜止。取g=10m/s2，問： （1）通過棒cd的電流I是多大，方向如何？ （2）棒ab受到的力F多大？ （3）棒cd每產(chǎn)生Q=0.1J的熱量，力F做的功W是多少？ 【解析】（1）棒cd受到的安培力Fcd=IlB， 棒cd在共點力作用下平衡，則Fcd=mgsin30° 聯(lián)立上述二式，代入數(shù)據(jù)解得I=1A。 根據(jù)楞次定律可知，棒cd中電流方向由d至c。 （2）棒ab與棒cd受到的安培力大小相等，F(xiàn)ab= Fcd 對棒ab，由共點力平衡知F=mgsin30°+ IlB， 代入數(shù)據(jù)解得F=0.2N。 (3)設(shè)在時間t內(nèi)棒cd產(chǎn)生Q=0.1J的熱量，由焦耳定律知Q=I2Rt， 設(shè)棒ab勻速運動的速度大小為v，其產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=Blv， 由閉合電路歐姆定律知I=. 由運動學(xué)公式知在時間t內(nèi)，棒ab沿導(dǎo)軌的位移x=vt， 力F做的功W=Fx， 綜合上述各式，代入數(shù)據(jù)解得W=0.4J。 【點評】此題考查平衡條件、焦耳定律、閉合電路歐姆定律、功、熱量等相關(guān)知識點。 例2（xx上海物理第32題）電阻可忽略的光滑平行金屬導(dǎo)軌長S=1.15m，兩導(dǎo)軌間距L=0.75 m，導(dǎo)軌傾角為30°，導(dǎo)軌上端ab接一阻值R=1.5Ω的電阻，磁感應(yīng)強度B=0.8T的勻強磁場垂直軌道平面向上。阻值r=0.5Ω，質(zhì)量m=0.2kg的金屬棒與軌道垂直且接觸良好，從軌道上端ab處由靜止開始下滑至底端，在此過程中金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱Qr=0.1J。(取g=10m/s2)求： (1)金屬棒在此過程中克服安培力的功； (2)金屬棒下滑速度v=2m/s時的加速度． (3)為求金屬棒下滑的最大速度，有同學(xué)解答如下：由動能定理，……。由此所得結(jié)果是否正確？若正確，說明理由并完成本小題；若不正確，給出正確的解答。 【解析】（1）下滑過程中安培力的功即為在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱，由于R=3r，因此 QR=3 Qr= =0.3J。 （1分） ∴W=Q= QR + Qr=0.4J。 （2分） （2）金屬棒下滑時受重力和安培力 （1分） 由牛頓第二定律 （3分） ∴ =3.2m/s2. （2分） (3)此解法正確。 (1分) 金屬棒下滑時舞重力和安培力作用，其運動滿足 （1）求方框下落的最大速度vm（設(shè)磁場區(qū)域在豎直方向足夠長）； （2）當(dāng)方框下落的加速度為時，求方框的發(fā)熱功率P； （3）已知方框下落時間為t時，下落高度為h，其速度為vt（vt<vm）。若在同一時間t內(nèi)，方框內(nèi)產(chǎn)生的熱與一恒定電流I0在該框內(nèi)產(chǎn)生的熱相同，求恒定電流I0的表達式。 方框質(zhì)量 m=4LAd 方框電阻 R= 方框下落速度為v時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=B·2Lv 感應(yīng)電流 I=E/R= 方框下落過程，受到重力G及安培力F， G=mg=4LAdg，方向豎直向下