高三物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 電磁感應(yīng)本章小結(jié)課件.ppt

浙 江 專(zhuān) 用 物 理第 八 章 本 章 小 結(jié) 專(zhuān)題九電磁感應(yīng)中的“導(dǎo)軌+桿”模型1.模型概述“導(dǎo)軌+桿”模型是電磁感應(yīng)問(wèn)題在高考命題中的“基本道具”,也是高考的熱點(diǎn),考查的知識(shí)點(diǎn)多,題目的綜合性強(qiáng),物理情景變化空間大,是我們復(fù)習(xí)中的難點(diǎn)?！皩?dǎo)軌+桿”模型又分為“單桿”模型和“雙桿”模型;導(dǎo)軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜;桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為勻速運(yùn)動(dòng)、勻變速運(yùn)動(dòng)、非勻變速運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)等;磁場(chǎng)的狀態(tài)可分為恒定不變、均勻變化和非均勻變化等,情景復(fù)雜,形式多變。3.模型變異“導(dǎo)軌+桿”模型可以演變?yōu)榫€圈在軌道上運(yùn)動(dòng),其本質(zhì)還是“導(dǎo)軌+ 2.處理方法這類(lèi)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是不同形式的能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程,從功和能的觀點(diǎn)入手,弄清導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系。處理這類(lèi)問(wèn)題主要有三種觀點(diǎn),即:動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn);能量觀點(diǎn);圖像觀點(diǎn)。3.模型變異“導(dǎo)軌+桿”模型可以演變?yōu)榫€圈在軌道上運(yùn)動(dòng),其本質(zhì)還軌是“導(dǎo)+桿”模型。 典例1 如圖甲所示,間距L=1m的足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌與水平面成30角放置,導(dǎo)軌電阻不計(jì),導(dǎo)軌上端連有R=0.8的電阻和理想電流表A,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面向上。t=0時(shí)刻有一質(zhì)量m=1kg、電阻r=0.2的金屬棒,以初速度v0=10m/s從導(dǎo)軌上某一位置PP開(kāi)始沿導(dǎo)軌向上滑行,金屬棒垂直導(dǎo)軌且與導(dǎo)軌接觸良好,與此同時(shí)對(duì)金屬棒施加一個(gè)沿斜面向上且垂直于金屬棒的外力F,F隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示。已知金屬棒沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,電流表的示數(shù)是均勻變化的。g取10m/s 2。則:(1)t=0時(shí)刻金屬棒的加速度多大?(2)金屬棒運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)后,又返回到PP(棒返回PP前已經(jīng)勻速運(yùn)動(dòng))。返回過(guò)程中,電阻R上產(chǎn)生的熱量多大? 解析(1)t=0時(shí)刻金屬棒受力和等效電路如圖所示 F-mgsin-BIL=maI=ER r 0BLvR r解析(1)t=0時(shí)刻金屬棒受力和等效電路如圖所示 由上述兩式得a=-2m/s2(負(fù)號(hào)表示方向沿導(dǎo)軌向下),則加速度大小為2m/s2(2)因?yàn)殡娏鞅淼氖緮?shù)總是均勻變化的,所以金屬棒的速度均勻變化。則對(duì)金屬棒有v=v0+at金屬棒上升到導(dǎo)軌最高點(diǎn)時(shí)v=0,則t=5s,此時(shí)F-mgsin=ma,解得F=3N,此后恒有F=3N金屬棒沿導(dǎo)軌上滑的距離為x=25m金屬棒從最高點(diǎn)到返回PP前已經(jīng)達(dá)到勻速狀態(tài)mgsin=+F2002va 2 2 1B L vR r 得v1=2m/s返回過(guò)程中有mgxsin30-Fx-W安=mQ總=W安=48J電阻R上產(chǎn)生的熱量QR=Q總=38.4J答案(1)2m/s2(2)38.4J 12 21vRR r 典例2 如圖所示,足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌cd和ef水平放置,在其左端連接傾角為=37的光滑金屬導(dǎo)軌hc、ge,導(dǎo)軌間距均為L(zhǎng)=1m,在水平導(dǎo)軌和傾斜導(dǎo)軌上,各放一根與導(dǎo)軌垂直的金屬桿,金屬桿與導(dǎo)軌接觸良好。金屬桿a、b質(zhì)量均為m=0.1kg,電阻Ra=2、Rb=3,其余電阻不計(jì)。在水平導(dǎo)軌和斜面導(dǎo)軌區(qū)域分別有豎直向上和豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1、B2,且B1=B2=0.5T。已知從t=0時(shí)刻起,桿a在外力F 1作用下由靜止開(kāi)始水平向右運(yùn)動(dòng),桿b在水平向右的外力F2作用下始終保持靜止?fàn)顟B(tài),且F2=0.75+0.2t(N)。(sin37=0.6,cos37=0.8,g取10m/s2) (1)通過(guò)計(jì)算判斷桿a的運(yùn)動(dòng)情況;(2)從t=0時(shí)刻起,求1s內(nèi)通過(guò)桿b的電荷量;(3)若從t=0時(shí)刻起,2s內(nèi)作用在桿a上的外力F 1做功為13.2J,則這段時(shí)間內(nèi)桿b上產(chǎn)生的熱量為多少? 解析(1)因?yàn)闂Ub靜止,所以有F2-B2IL=mgtan37而F2=0.75+0.2t(N)解得I=0.4t(A)整個(gè)電路中的電動(dòng)勢(shì)由桿a運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生,故E=I(Ra+Rb)E=B 1Lv解得v=4t(m/s)所以,桿a做加速度為4m/s2的勻加速運(yùn)動(dòng)。(2)桿a在1s內(nèi)運(yùn)動(dòng)的距離x=at2=2m12 q=t=則q=0.2C即1s內(nèi)通過(guò)桿b的電荷量為0.2C(3)設(shè)整個(gè)電路中產(chǎn)生的熱量為Q,由能量守恒定律得W 1-Q=mv1=42m/s=8m/s解得Q=10J II ( )a bR R t a bR R 1a bB LxR R12 21v從而Q b=Q=6J答案(1)以4m/s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng)(2)0.2C(3)6Jba bRR R 針對(duì)訓(xùn)練1.如圖,光滑斜面的傾角為,斜面上放置一矩形導(dǎo)線框abcd,ab邊的邊長(zhǎng)為l1,bc邊的邊長(zhǎng)為l2,線框的質(zhì)量為m,電阻為R,線框通過(guò)絕緣細(xì)線繞過(guò)光滑的滑輪與重物相連,重物質(zhì)量為M,斜面上ef線(ef平行底邊)的右方有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,如果線框從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),進(jìn)入磁場(chǎng)的最初一段時(shí)間做勻速運(yùn)動(dòng),且線框的ab邊始終平行底邊,則下列說(shuō)法正確的是() B.線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)的速度為C.線框做勻速運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為D.該勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的焦耳熱為(Mg-mgsin)l2答案D設(shè)線框進(jìn)入磁場(chǎng)前的加速度大小為a,則T-mgsin=ma,Mg-T=Ma,解得a=,A錯(cuò)誤。線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng),T=Mg=mgsin+BIl 1,又I=得v=,B錯(cuò)誤。線框做勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t應(yīng)為=,C錯(cuò)誤。由能量守恒,M減少的機(jī)械能與m增加的機(jī)械能之差即為產(chǎn)生的焦耳熱,即Mgl2-mgl2sin,D正確。 1( sin )Mg mg RBl2 21( sin )B lMg mg RsinMg mg M m 1Bl vR 2 21( sin )Mg mg RB l 2lv2 21 2( sin )B l lMg mg RA.線框進(jìn)入磁場(chǎng)前運(yùn)動(dòng)的加速度為 sinMg mg m 2.如圖所示,質(zhì)量m1=0.1kg,電阻R1=0.3,長(zhǎng)度l=0.4m的導(dǎo)體棒ab橫放在U形金屬框架上。框架質(zhì)量m2=0.2kg,放在絕緣水平面上,與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.2。相距0.4m的MM、NN相互平行,電阻不計(jì)且足夠長(zhǎng)。電阻R2=0.1的MN垂直于MM。整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T。垂直于ab施加F=2N的水平恒力,ab從靜止開(kāi)始無(wú)摩擦地運(yùn)動(dòng),始終與MM、NN保持良好接觸。當(dāng)ab運(yùn)動(dòng)到某處時(shí),框架開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。設(shè)框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,g取10m/s 2。 (1)求框架開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)ab速度v的大小;(2)從ab開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到框架開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,MN上產(chǎn)生的熱量Q=0.1J,求該過(guò)程ab位移x的大小。答案(1)6m/s(2)1.1m解析(1)ab對(duì)框架的壓力F 1=m1g框架受水平面的支持力FN=m2g+F1依題意,最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,則框架受到最大靜摩擦力F2=FNab中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BlvMN中電流I=1 2ER R MN受到的安培力F安=IlB框架開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)F安=F2由上述各式代入數(shù)據(jù)解得v=6m/s(2)閉合回路中產(chǎn)生的總熱量Q 總=Q由能量守恒定律得1 22R RRFx=m1v2+Q總代入數(shù)據(jù)解得x=1.1m12 3.如圖所示,寬為L(zhǎng)=2m、足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌MN和MN放在傾角為=30的斜面上,在N和N之間連有一個(gè)0.8的電阻R。在導(dǎo)軌上AA處放置一根與導(dǎo)軌垂直、質(zhì)量為m=0.8kg、電阻r=0.8的金屬滑桿,導(dǎo)軌的電阻不計(jì)。用輕繩通過(guò)定滑輪將電動(dòng)小車(chē)與滑桿的中點(diǎn)相連。繩與滑桿的連線平行于斜面,開(kāi)始時(shí)小車(chē)位于滑輪的正下方水平面上的P處(小車(chē)可視為質(zhì)點(diǎn)),滑輪離小車(chē)的高度H=4.0m。在導(dǎo)軌之間NN和OO所圍的區(qū)域(包括邊界)存在一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T、方向垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),此區(qū)域滑桿和導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為=,此區(qū)域外導(dǎo)軌是光滑的。若電動(dòng)小車(chē)沿PS以v=1.2m/s的速度勻速前進(jìn)時(shí),滑桿由AA滑到OO位置過(guò)程中,通過(guò)電阻R的電荷量q=1.25C。g取10m/s 2。34 (1)求位置AA與OO的距離d;(2)若滑桿在細(xì)繩作用下通過(guò)OO位置時(shí)加速度為a=2m/s2,求此時(shí)細(xì)繩拉力的大小;(3)若滑桿運(yùn)動(dòng)到OO位置時(shí)繩子突然斷了,設(shè)導(dǎo)體足夠長(zhǎng),若滑桿返回到AA后恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng),求從斷繩到滑桿回到AA位置過(guò)程中,電阻R上產(chǎn)生的熱量Q。 答案(1)1m(2)10.4N(3)0.57J解析(1)滑桿由AA滑到OO的過(guò)程中切割磁感線,產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=/t=BLd/t平均電流I=E/R+r通過(guò)電阻R的電荷量q=It聯(lián)立解得d=q(R+r)/BL。代入數(shù)據(jù),可得d=1m。(2)滑桿運(yùn)動(dòng)到OO位置時(shí),小車(chē)的速度為v=1.2m/s,設(shè)系小車(chē)的繩與水平方向的夾角為,則-H=d,解得sin=0.8,=53sinH HH d 小車(chē)的速度可視為繩端沿繩伸長(zhǎng)方向的速度與垂直于繩伸長(zhǎng)方向的速度的合速度,此時(shí)滑桿向上運(yùn)動(dòng)的速度與繩端沿繩伸長(zhǎng)方向的速度大小相等:v1=vcos=0.72m/s,滑桿通過(guò)OO位置時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E1=BLv1產(chǎn)生的感應(yīng)電流為I1=,滑桿受到的安培力為F安=BI1L=代入數(shù)據(jù),可得F安=1.8N,滑桿通過(guò)OO位置時(shí)所受摩擦力f=mgcos=0.810=3N由F-mgsin-f-F 安=ma,解得F=10.4N(3)滑桿運(yùn)動(dòng)到OO位置時(shí)繩子突然斷了,滑桿將繼續(xù)沿斜面上滑,由機(jī)械能守恒定律,可知它再通過(guò)OO時(shí)的速度大小為0.72m/s,滑桿運(yùn)動(dòng)到AA位置1ER r 1BLvR r 2 2 1B L vR r 3432 后做勻速運(yùn)動(dòng)的速度設(shè)為v2,有mgsin=mgcos+,代入數(shù)據(jù),可得v2=0.4m/s由能量守恒和功能關(guān)系有Q=m(-)+mgdsin-mgdcos,代入數(shù)據(jù),可得Q=1.14JQ R=Q=0.57J 2 2 2B L vR r12 21v 22vRR r