物理總第十章 電磁感應(yīng) 專題講座八 電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用(一) 教科版

專題講座八電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用專題講座八電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用(一一)核心探究核心探究演練提升演練提升 核心探究核心探究 分類探究分類探究各個擊破各個擊破考點一電磁感應(yīng)中的電路問題考點一電磁感應(yīng)中的電路問題1.1.分析電磁感應(yīng)電路問題的基本思路分析電磁感應(yīng)電路問題的基本思路(1)(1)確定電源確定電源:用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電動勢用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電動勢的大小和電源的大小和電源“正負正負”極極,電源內(nèi)部電流從低電勢流向高電勢電源內(nèi)部電流從低電勢流向高電勢;(2)(2)分析電路結(jié)構(gòu)分析電路結(jié)構(gòu):根據(jù)根據(jù)“等效電源等效電源”和電路中其他元件的連接方式畫出等效和電路中其他元件的連接方式畫出等效電路電路.注意區(qū)別內(nèi)外電路注意區(qū)別內(nèi)外電路,區(qū)別路端電壓、電動勢區(qū)別路端電壓、電動勢;(3)(3)利用電路規(guī)律求解利用電路規(guī)律求解:根據(jù)根據(jù)E=E=BLvBLv或或E=n E=n 結(jié)合閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)結(jié)合閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路知識和電功率、焦耳定律等關(guān)系式聯(lián)立求解電路知識和電功率、焦耳定律等關(guān)系式聯(lián)立求解.2.2.電磁感應(yīng)電路的幾個等效問題電磁感應(yīng)電路的幾個等效問題【典典例例1 1】(2018(2018蕪蕪湖湖模模擬擬)如如圖圖所所示示,在在勻勻強強磁磁場場中中豎豎直直放放置置兩兩條條足足夠夠長長的的平平行行導(dǎo)導(dǎo)軌軌,磁磁場場方方向向與與導(dǎo)導(dǎo)軌軌所所在在平平面面垂垂直直,磁磁感感應(yīng)應(yīng)強強度度大大小小為為B B0 0,導(dǎo)導(dǎo)軌軌上上端端連連接接一一阻阻值值為為R R的的電電阻阻和和開開關(guān)關(guān)S,S,導(dǎo)導(dǎo)軌軌電電阻阻不不計計,兩兩金金屬屬棒棒a a和和b b的的電電阻阻都都為為R,R,質(zhì)質(zhì)量量分分別別為為m ma a=0.02=0.02 kgkg和和m mb b=0.01=0.01 kg,kg,它它們們與與導(dǎo)導(dǎo)軌軌接接觸觸良良好好,并并可可沿沿導(dǎo)導(dǎo)軌軌無無摩摩擦擦地地運運動動,若若將將b b棒棒固固定定,開開關(guān)關(guān)S S斷斷開開,用用一一豎豎直直向向上上的的恒恒力力F F拉拉a a棒棒,穩(wěn)穩(wěn)定定后后a a棒棒以以v v1 1=10=10 m/sm/s的的速度向上勻速運動速度向上勻速運動,此時再釋放此時再釋放b b棒棒,b,b棒恰能保持靜止棒恰能保持靜止.(g=10 m/s.(g=10 m/s2 2)(1)(1)求拉力求拉力F F的大小的大小;核心點撥核心點撥(1)(1)開關(guān)開關(guān)S S斷開斷開,a,a棒向上勻速運動時棒向上勻速運動時,a,ba,b棒組成閉合電路棒組成閉合電路,b,b棒釋放后恰能靜止棒釋放后恰能靜止,說明說明b b棒所受安培力與重力合力為棒所受安培力與重力合力為0.0.答案答案:(1)0.3 N(1)0.3 N 核心點撥核心點撥 (2)a(2)a棒固定棒固定,開關(guān)開關(guān)S S閉合閉合,釋放釋放b b棒時的等效電路如圖棒時的等效電路如圖1 1所示所示.b.b棒下滑棒下滑,當安培力與重力合力為當安培力與重力合力為0 0時時,下滑速度最大下滑速度最大.(2)(2)若將若將a a棒固定棒固定,開關(guān)開關(guān)S S閉合閉合,釋放釋放b b棒棒,求求b b棒滑行的最大速度棒滑行的最大速度v v2 2;答案答案:(2)7.5(2)7.5 m/sm/s 核心點撥核心點撥 (3)a,b(3)a,b棒都固定棒都固定,開關(guān)開關(guān)S S斷開斷開,由由a a棒受安培力與重力大小相棒受安培力與重力大小相等可求出電流等可求出電流,通過磁感應(yīng)強度的變化率即可求出兩棒的間距通過磁感應(yīng)強度的變化率即可求出兩棒的間距.(3)(3)若若將將a a棒棒和和b b棒棒都都固固定定,開開關(guān)關(guān)S S斷斷開開,使使磁磁感感應(yīng)應(yīng)強強度度從從B B0 0隨隨時時間間均均勻勻增增加加,經(jīng)經(jīng)0.1 0.1 s s后后磁磁感感應(yīng)應(yīng)強強度度增增大大到到2B2B0 0時時,a,a棒棒受受到到的的安安培培力力大大小小正正好好等等于于a a棒棒的的重重力力,求兩棒間的距離求兩棒間的距離.答案答案:(3)1 m(3)1 m方法技巧方法技巧 電磁感應(yīng)中電路問題的題型特點電磁感應(yīng)中電路問題的題型特點閉合電路中磁通量發(fā)生變化或有部分導(dǎo)體做切割磁感線運動閉合電路中磁通量發(fā)生變化或有部分導(dǎo)體做切割磁感線運動,在回路中將產(chǎn)生在回路中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流.從而考題中常涉及電流、電壓、電功等的計算從而考題中常涉及電流、電壓、電功等的計算,也可能也可能涉及電磁感應(yīng)與力學、電磁感應(yīng)與能量的綜合問題分析涉及電磁感應(yīng)與力學、電磁感應(yīng)與能量的綜合問題分析.多維訓(xùn)練多維訓(xùn)練AC AC 2.2.導(dǎo)學號導(dǎo)學號 58826217 58826217 用用E=E=BLvBLv求電動勢求電動勢(2018(2018河南商丘模擬河南商丘模擬)()(多選多選)如圖如圖(甲甲)所示所示,MN,PQ,MN,PQ兩條平行的光滑金屬軌道與水平面成兩條平行的光滑金屬軌道與水平面成=30=30固定在地面上固定在地面上,M,P,M,P之間接電阻箱之間接電阻箱R,R,電阻箱的阻電阻箱的阻值范圍為值范圍為0 04,4,導(dǎo)軌所在空間存在勻強磁場導(dǎo)軌所在空間存在勻強磁場,磁場方向垂直于軌道平面向上磁場方向垂直于軌道平面向上,磁感應(yīng)強度為磁感應(yīng)強度為B=0.5 T.B=0.5 T.質(zhì)量為質(zhì)量為m m的金屬桿的金屬桿abab水平放置在軌道上水平放置在軌道上,其接入電路的電阻值為其接入電路的電阻值為r.r.現(xiàn)從靜止釋放桿現(xiàn)從靜止釋放桿abab,測得最大速度為測得最大速度為v vm m.改變電阻箱的阻值改變電阻箱的阻值R,R,得到得到v vm m與與R R的關(guān)系如圖的關(guān)系如圖(乙乙)所示所示.已知軌道間距為已知軌道間距為L=2 m,L=2 m,重力加速度取重力加速度取g=10 m/sg=10 m/s2 2,軌道足夠長且電阻不計軌道足夠長且電阻不計.則則()A.A.金屬桿滑動時產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向是金屬桿滑動時產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向是abMPaabMPaB.B.當當R=0R=0時時,桿桿abab勻速下滑過程中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的大小為勻速下滑過程中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的大小為2 V2 VC.C.金屬桿的質(zhì)量為金屬桿的質(zhì)量為m=0.2 kg,m=0.2 kg,電阻電阻r=2 r=2 D.D.當當R=4 R=4 時時,回路瞬時電功率每增加回路瞬時電功率每增加1 W1 W的過程中合外力對桿做的功為的過程中合外力對桿做的功為0.6 J0.6 JBCDBCD考點二電磁感應(yīng)的圖像問題考點二電磁感應(yīng)的圖像問題1.1.圖像問題類型圖像問題類型類類類類型型型型據(jù)據(jù)據(jù)據(jù)電電電電磁感磁感磁感磁感應(yīng)過應(yīng)過應(yīng)過應(yīng)過程程程程選圖選圖選圖選圖像像像像據(jù)據(jù)據(jù)據(jù)圖圖圖圖像分析判斷像分析判斷像分析判斷像分析判斷電電電電磁磁磁磁感感感感應(yīng)過應(yīng)過應(yīng)過應(yīng)過程程程程求解求解求解求解流程流程流程流程2.2.解題關(guān)鍵解題關(guān)鍵弄清初始條件、正負方向的對應(yīng)變化范圍、所研究物理量的函數(shù)表達式、進弄清初始條件、正負方向的對應(yīng)變化范圍、所研究物理量的函數(shù)表達式、進出磁場的轉(zhuǎn)折點等是解決此類問題的關(guān)鍵出磁場的轉(zhuǎn)折點等是解決此類問題的關(guān)鍵.3.3.解決圖像問題的一般步驟解決圖像問題的一般步驟(1)(1)明確圖像的種類明確圖像的種類,即是即是B-tB-t圖還是圖還是-t-t圖圖,或者或者E-tE-t圖、圖、I-tI-t圖等圖等;(2)(2)分析電磁感應(yīng)的具體過程分析電磁感應(yīng)的具體過程;(3)(3)用右手定則、楞次定律、左手定則或安培定則確定有關(guān)方向的對應(yīng)關(guān)系用右手定則、楞次定律、左手定則或安培定則確定有關(guān)方向的對應(yīng)關(guān)系;(4)(4)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運動定律等知識寫出函數(shù)關(guān)系結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運動定律等知識寫出函數(shù)關(guān)系式式;(5)(5)根據(jù)函數(shù)關(guān)系式根據(jù)函數(shù)關(guān)系式,進行數(shù)學分析進行數(shù)學分析,如分析斜率的變化、截距等如分析斜率的變化、截距等;(6)(6)畫圖像或判斷圖像畫圖像或判斷圖像.4.4.解決電磁感應(yīng)圖像類選擇題的兩個常用方法解決電磁感應(yīng)圖像類選擇題的兩個常用方法排排排排除除除除法法法法定性地分析定性地分析定性地分析定性地分析電電電電磁感磁感磁感磁感應(yīng)過應(yīng)過應(yīng)過應(yīng)過程中物理量的程中物理量的程中物理量的程中物理量的變變變變化化化化趨勢趨勢趨勢趨勢(增大增大增大增大還還還還是減小是減小是減小是減小)、變變變變化快慢化快慢化快慢化快慢(均勻均勻均勻均勻變變變變化化化化還還還還是非均是非均是非均是非均勻勻勻勻變變變變化化化化),),),),特特特特別別別別是分析物理量的正是分析物理量的正是分析物理量的正是分析物理量的正負負負負,以排除以排除以排除以排除錯誤錯誤錯誤錯誤的的的的選項選項選項選項函函函函數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)法法法法根據(jù)根據(jù)根據(jù)根據(jù)題題題題目所目所目所目所給給給給條件定量地寫出兩個物理量之條件定量地寫出兩個物理量之條件定量地寫出兩個物理量之條件定量地寫出兩個物理量之間間間間的函數(shù)關(guān)系的函數(shù)關(guān)系的函數(shù)關(guān)系的函數(shù)關(guān)系,然后由函數(shù)關(guān)系然后由函數(shù)關(guān)系然后由函數(shù)關(guān)系然后由函數(shù)關(guān)系對圖對圖對圖對圖像像像像進進進進行分析和行分析和行分析和行分析和判斷判斷判斷判斷,這這這這未必是最未必是最未必是最未必是最簡簡簡簡捷的方法捷的方法捷的方法捷的方法,但卻是最有效的但卻是最有效的但卻是最有效的但卻是最有效的方法方法方法方法【典例典例2 2】(2017(2017德州一模德州一模)()(多選多選)如圖所示如圖所示,abcdabcd為一邊長為為一邊長為L L的正方形導(dǎo)線的正方形導(dǎo)線框框,導(dǎo)線框位于光滑水平面內(nèi)導(dǎo)線框位于光滑水平面內(nèi),其右側(cè)為一勻強磁場區(qū)域其右側(cè)為一勻強磁場區(qū)域,磁場的邊界與線框的磁場的邊界與線框的cdcd邊平行邊平行,磁場區(qū)域的寬度為磁場區(qū)域的寬度為2L,2L,磁感應(yīng)強度為磁感應(yīng)強度為B,B,方向豎直向下方向豎直向下.線框在一垂直線框在一垂直于于cdcd邊的水平恒定拉力邊的水平恒定拉力F F作用下沿水平方向向右運動作用下沿水平方向向右運動,直至通過磁場區(qū)域直至通過磁場區(qū)域.cdcd邊邊剛進入磁場時剛進入磁場時,線框開始勻速運動線框開始勻速運動,規(guī)定線框中電流沿逆時針時方向為正規(guī)定線框中電流沿逆時針時方向為正,則導(dǎo)則導(dǎo)線框從剛進入磁場到完全離開磁場的過程中線框從剛進入磁場到完全離開磁場的過程中,a,ba,b兩端的電壓兩端的電壓U Uabab及導(dǎo)線框中的及導(dǎo)線框中的電流電流i i隨隨cdcd邊的位置坐標邊的位置坐標x x變化的圖線可能是變化的圖線可能是()BDBD核心點撥核心點撥 線框全部進入磁場后線框全部進入磁場后,在磁場中運動過程中雖然無電流但有在磁場中運動過程中雖然無電流但有電動勢電動勢,U Uabab不為零不為零.反思總結(jié)反思總結(jié) 動生感應(yīng)電流的圖像分析技巧動生感應(yīng)電流的圖像分析技巧(1)(1)讀題明確題目中規(guī)定的正方向讀題明確題目中規(guī)定的正方向.(2)(2)對切割磁感線的過程進行分段研究對切割磁感線的過程進行分段研究,利用排除法縮小目標利用排除法縮小目標,先分析電流方向先分析電流方向后分析大小后分析大小;注意回路中無電流時是否有感應(yīng)電動勢注意回路中無電流時是否有感應(yīng)電動勢.(3)(3)對涉及與電磁感應(yīng)有關(guān)的速度、安培力、電勢差、電功等可應(yīng)用有關(guān)規(guī)律對涉及與電磁感應(yīng)有關(guān)的速度、安培力、電勢差、電功等可應(yīng)用有關(guān)規(guī)律進行分析進行分析,最后確定答案最后確定答案.多維訓(xùn)練多維訓(xùn)練1.1.由由圖圖像像分分析析電電磁磁感感應(yīng)應(yīng)過過程程(2018(2018潮潮南南區(qū)區(qū)模模擬擬)如如圖圖(甲甲)所所示示,電電阻阻不不計計、間間距距為為L L的的光光滑滑平平行行導(dǎo)導(dǎo)軌軌水水平平放放置置,左左端端連連接接定定值值電電阻阻R,R,電電阻阻可可忽忽略略的的金金屬屬桿桿abab放放在在導(dǎo)導(dǎo)軌軌上上且且與與導(dǎo)導(dǎo)軌軌接接觸觸良良好好,整整個個裝裝置置置置于于垂垂直直紙紙面面向向里里的的勻勻強強磁磁場場中中.現(xiàn)現(xiàn)對對金金屬屬桿桿abab施施加加一一外外力力,使使金金屬屬桿桿abab沿沿導(dǎo)導(dǎo)軌軌向向右右勻勻速速運運動動,已已知知外外力力對對abab桿桿做做功功的的功功率率與與桿桿的的速速率率的的二二次次方方間間的的關(guān)關(guān)系系如如圖圖(乙乙)所所示示,該該圖圖線線斜斜率率為為k,k,則則該該磁場的磁感應(yīng)強度為磁場的磁感應(yīng)強度為()C CB B 考點三電磁感應(yīng)中的動力學問題考點三電磁感應(yīng)中的動力學問題1.1.兩種狀態(tài)及處理方法兩種狀態(tài)及處理方法狀狀狀狀態(tài)態(tài)態(tài)態(tài)特征特征特征特征處處處處理方法理方法理方法理方法平衡平衡平衡平衡態(tài)態(tài)態(tài)態(tài)加速度加速度加速度加速度為為為為零零零零根據(jù)平衡條件列式分析根據(jù)平衡條件列式分析根據(jù)平衡條件列式分析根據(jù)平衡條件列式分析非平非平非平非平衡衡衡衡態(tài)態(tài)態(tài)態(tài)加速度不加速度不加速度不加速度不為為為為零零零零根據(jù)牛根據(jù)牛根據(jù)牛根據(jù)牛頓頓頓頓第二定律第二定律第二定律第二定律進進進進行行行行動態(tài)動態(tài)動態(tài)動態(tài)分析或分析或分析或分析或結(jié)結(jié)結(jié)結(jié)合功能關(guān)系合功能關(guān)系合功能關(guān)系合功能關(guān)系進進進進行分析行分析行分析行分析2.2.力學對象和電學對象的相互關(guān)系力學對象和電學對象的相互關(guān)系3.3.用用“四步法四步法”分析電磁感應(yīng)中的動力學問題分析電磁感應(yīng)中的動力學問題【典例典例3 3】(2016(2016全國全國卷卷,24),24)如圖如圖,水平面水平面(紙面紙面)內(nèi)間距為內(nèi)間距為l l的平行金屬導(dǎo)的平行金屬導(dǎo)軌間接一電阻軌間接一電阻,質(zhì)量為質(zhì)量為m,m,長度為長度為l l的金屬桿置于導(dǎo)軌上的金屬桿置于導(dǎo)軌上.t=0.t=0時時,金屬桿在水平向金屬桿在水平向右、大小為右、大小為F F的恒定拉力作用下由靜止開始運動的恒定拉力作用下由靜止開始運動.t.t0 0時刻時刻,金屬桿進入磁感應(yīng)強金屬桿進入磁感應(yīng)強度大小為度大小為B B、方向垂直于紙面向里的勻強磁場區(qū)域、方向垂直于紙面向里的勻強磁場區(qū)域,且在磁場中恰好能保持勻且在磁場中恰好能保持勻速運動速運動.桿與導(dǎo)軌的電阻均忽略不計桿與導(dǎo)軌的電阻均忽略不計,兩者始終保持垂直且接觸良好兩者始終保持垂直且接觸良好,兩者之間兩者之間的動摩擦因數(shù)為的動摩擦因數(shù)為.重力加速度大小為重力加速度大小為g.g.求求:(1)(1)金屬桿在磁場中運動時產(chǎn)生的電動勢的大小金屬桿在磁場中運動時產(chǎn)生的電動勢的大小;審題指導(dǎo)審題指導(dǎo)題干關(guān)鍵題干關(guān)鍵題干關(guān)鍵題干關(guān)鍵獲取信息獲取信息獲取信息獲取信息在在在在F F F F的恒定拉力作用下的恒定拉力作用下的恒定拉力作用下的恒定拉力作用下由靜止開始運動由靜止開始運動由靜止開始運動由靜止開始運動進磁場前進磁場前進磁場前進磁場前,金屬桿做初速金屬桿做初速金屬桿做初速金屬桿做初速度為度為度為度為0 0 0 0的勻加速直線運動的勻加速直線運動的勻加速直線運動的勻加速直線運動t t t t0 0 0 0時時時時刻刻刻刻,進進進進入入入入磁磁磁磁場場場場恰恰恰恰好好好好做勻速做勻速做勻速做勻速 運動運動運動運動金屬桿所受合力為零金屬桿所受合力為零金屬桿所受合力為零金屬桿所受合力為零桿與導(dǎo)軌的電阻均忽桿與導(dǎo)軌的電阻均忽桿與導(dǎo)軌的電阻均忽桿與導(dǎo)軌的電阻均忽略不計略不計略不計略不計整個回路只考慮平行金屬整個回路只考慮平行金屬整個回路只考慮平行金屬整個回路只考慮平行金屬導(dǎo)軌間所接電阻導(dǎo)軌間所接電阻導(dǎo)軌間所接電阻導(dǎo)軌間所接電阻桿與導(dǎo)軌間的動摩擦桿與導(dǎo)軌間的動摩擦桿與導(dǎo)軌間的動摩擦桿與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為因數(shù)為因數(shù)為因數(shù)為金屬桿沿水平導(dǎo)軌運動中金屬桿沿水平導(dǎo)軌運動中金屬桿沿水平導(dǎo)軌運動中金屬桿沿水平導(dǎo)軌運動中受摩擦力作用受摩擦力作用受摩擦力作用受摩擦力作用(2)(2)電阻的阻值電阻的阻值.反思總結(jié)反思總結(jié) 解決電磁感應(yīng)動力學問題的兩個關(guān)鍵分析解決電磁感應(yīng)動力學問題的兩個關(guān)鍵分析“路路”的分析的分析:確定電磁感應(yīng)電路中的電源確定電磁感應(yīng)電路中的電源,弄清電路中的串、并聯(lián)關(guān)系弄清電路中的串、并聯(lián)關(guān)系.“運動運動”的分析的分析:準確分析運動導(dǎo)體的受力準確分析運動導(dǎo)體的受力,特別是安培力特別是安培力;確定導(dǎo)體的運動確定導(dǎo)體的運動性質(zhì)性質(zhì),是加速、減速、還是勻速是加速、減速、還是勻速,從而運用相應(yīng)的運動規(guī)律解題從而運用相應(yīng)的運動規(guī)律解題.多維訓(xùn)練多維訓(xùn)練1.1.電電磁磁感感應(yīng)應(yīng)中中的的平平衡衡問問題題 (2016(2016浙浙江江1010月月選選考考)為為了了探探究究電電動動機機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速與與彈彈簧簧伸伸長長量量之之間間的的關(guān)關(guān)系系,小小明明設(shè)設(shè)計計了了如如圖圖所所示示的的裝裝置置.半半徑徑為為l l的的圓圓形形金金屬屬導(dǎo)導(dǎo)軌軌固固定定在在水水平平面面上上,一一根根長長也也為為l l、電電阻阻為為R R的的金金屬屬棒棒abab一一端端與與導(dǎo)導(dǎo)軌軌接接觸觸良良好好,另另一一端端固固定定在在圓圓心心處處的的導(dǎo)導(dǎo)電電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸OOOO上上,由由電電動動機機A A帶帶動動旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn).在在金金屬屬導(dǎo)導(dǎo)軌軌區(qū)區(qū)域域內(nèi)內(nèi)存存在在垂垂直直于于導(dǎo)導(dǎo)軌軌平平面面,大大小小為為B B1 1、方方向向豎豎直直向向下下的的勻勻強強磁磁場場.另另有有一一質(zhì)質(zhì)量量為為m m、電電阻阻為為R R的的金金屬屬棒棒cdcd用用輕輕質(zhì)質(zhì)彈彈簧簧懸懸掛掛在在豎豎直直平平面面內(nèi)內(nèi),并并與與固固定定在在豎豎直直平平面面內(nèi)內(nèi)的的“U”U”形形導(dǎo)導(dǎo)軌軌保保持持良良好好接接觸觸,導(dǎo)導(dǎo)軌軌間間距距為為l,l,底底部部接接阻阻值值也也為為R R的的電電阻阻,處處于于大大小小為為B B2 2、方方向向垂垂直直導(dǎo)導(dǎo)軌軌平平面面向向里里的的勻勻強強磁磁場場中中.從從圓圓形形金金屬屬導(dǎo)導(dǎo)軌軌引引出出導(dǎo)導(dǎo)線線和和通通過過電電刷刷從從轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸引引出出導(dǎo)導(dǎo)線線經(jīng)經(jīng)開開關(guān)關(guān)S S與與“U”U”形形導(dǎo)導(dǎo)軌軌連連接接.當當開開關(guān)關(guān)S S斷斷開開,棒棒cdcd靜靜止止時時,彈彈簧簧伸伸長長量量為為x x0 0;當當開開關(guān)關(guān)S S閉閉合合,電電動動機機以以某某一一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速勻勻速速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動,棒棒cdcd再再次次靜靜止止時時,彈彈簧伸長量變?yōu)榛缮扉L量變?yōu)閤(x(不超過彈性限度不超過彈性限度).).不計其余電阻和摩擦等阻力不計其余電阻和摩擦等阻力,求此時求此時:(1)(1)通過棒通過棒cdcd的電流的電流I Icdcd;解析解析:(1)S(1)S斷開斷開,cdcd棒靜止棒靜止,有有mg=kxmg=kx0 0S S閉合閉合,cdcd棒靜止時受到的安培力棒靜止時受到的安培力F=IF=IcdcdB B2 2l lcdcd棒靜止有棒靜止有mg+Img+IcdcdB B2 2l=l=kxkx得得I Icdcd=.=.答案答案:(1)(1)見解析見解析(2)(2)電動機對該裝置的輸出功率電動機對該裝置的輸出功率P;P;答案答案:(2)(2)見解析見解析(3)(3)電動機轉(zhuǎn)動角速度電動機轉(zhuǎn)動角速度與彈簧伸長量與彈簧伸長量x x之間的函數(shù)關(guān)系之間的函數(shù)關(guān)系.答案答案:(3)(3)見解析見解析2.2.導(dǎo)學號導(dǎo)學號 58826219 58826219 導(dǎo)體桿切割的動力學問題導(dǎo)體桿切割的動力學問題(2017(2017臨沂二模臨沂二模)如圖所示如圖所示,一與水平面夾角為一與水平面夾角為=37=37的傾斜平行金屬導(dǎo)軌的傾斜平行金屬導(dǎo)軌,兩導(dǎo)軌足夠長且相距兩導(dǎo)軌足夠長且相距L=0.2 L=0.2 m,m,另外兩根水平金屬桿另外兩根水平金屬桿MNMN和和PQPQ的質(zhì)量均為的質(zhì)量均為m m=0.01=0.01 kg,kg,可沿導(dǎo)軌無摩擦地滑動可沿導(dǎo)軌無摩擦地滑動,MN,MN桿和桿和PQPQ桿的電阻均為桿的電阻均為R R=0.2 (=0.2 (傾斜金屬導(dǎo)軌電阻不計傾斜金屬導(dǎo)軌電阻不計),MN),MN桿被兩個垂直于導(dǎo)桿被兩個垂直于導(dǎo)軌的絕緣立柱擋住軌的絕緣立柱擋住,整個裝置處于勻強磁場內(nèi)整個裝置處于勻強磁場內(nèi),磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向上磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向上,磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度B=1.0 B=1.0 T,PQT,PQ桿在恒定拉力桿在恒定拉力F F作用下由靜止開始向上加速運動作用下由靜止開始向上加速運動,拉力拉力F F垂直垂直PQPQ桿沿導(dǎo)軌平面向上桿沿導(dǎo)軌平面向上,當運動位移當運動位移x x=0.1 m=0.1 m時時PQPQ桿達到最大速度桿達到最大速度,此時此時MNMN桿桿對絕緣立柱的壓力恰好為零對絕緣立柱的壓力恰好為零(g(g取取10 m/s10 m/s2 2,sin 37,sin 37=0.6,cos 37=0.6,cos 37=0.8).=0.8).求求:(1)PQ(1)PQ桿的最大速度桿的最大速度v vm m.答案答案:(1)0.6(1)0.6 m/sm/s(2)(2)當當PQPQ桿加速度桿加速度a=2 m/sa=2 m/s2 2時時,MN,MN桿對立柱的壓力桿對立柱的壓力;解析解析:(2)(2)當當PQPQ的加速度的加速度a=2 m/sa=2 m/s2 2時時,對對PQPQ根據(jù)牛頓第二定律可得根據(jù)牛頓第二定律可得F-mgsin-F-mgsin-BIL=ma,BIL=ma,對對MNMN有有BIL+N-mgsin=0,BIL+N-mgsin=0,PQPQ達到最大速度時達到最大速度時,有有F-mgsin-BIF-mgsin-BIm mL=0,L=0,聯(lián)立解得聯(lián)立解得N=0.02 N,N=0.02 N,根據(jù)牛頓第三定律可得對立柱的壓力根據(jù)牛頓第三定律可得對立柱的壓力N=0.02 N.N=0.02 N.答案答案:(2)0.02 N(2)0.02 N(3)PQ(3)PQ桿由靜止到最大速度過程中回路產(chǎn)生的焦耳熱桿由靜止到最大速度過程中回路產(chǎn)生的焦耳熱Q.Q.答案答案:(3)4.2(3)4.21010-3-3 J J 演練提升演練提升 真題體驗真題體驗強化提升強化提升1.1.電磁感應(yīng)中的圖像問題電磁感應(yīng)中的圖像問題(2017(2017全國全國卷卷,20)(,20)(多選多選)兩條平行虛線間存兩條平行虛線間存在一勻強磁場在一勻強磁場,磁感應(yīng)強度方向與紙面垂直磁感應(yīng)強度方向與紙面垂直.邊長為邊長為0.1 m0.1 m、總電阻為、總電阻為0.005 0.005 的正方形導(dǎo)線框的正方形導(dǎo)線框abcdabcd位于紙面內(nèi)位于紙面內(nèi),cdcd邊與磁場邊界平行邊與磁場邊界平行,如圖如圖(a)(a)所示所示.已知已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運動導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運動,cdcd邊于邊于t=0t=0時刻進入磁場時刻進入磁場.線框中感應(yīng)電動線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖線如圖勢隨時間變化的圖線如圖(b)(b)所示所示(感應(yīng)電流的方向為順時針時感應(yīng)電流的方向為順時針時,感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢取正取正).).下列說法正確的是下列說法正確的是()A.A.磁感應(yīng)強度的大小為磁感應(yīng)強度的大小為0.5 T0.5 TB.B.導(dǎo)線框運動速度的大小為導(dǎo)線框運動速度的大小為0.5 0.5 m/sm/sC.C.磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外D.D.在在t=0.4 st=0.4 s至至t=0.6 st=0.6 s這段時間內(nèi)這段時間內(nèi),導(dǎo)線框所受的安培力大小為導(dǎo)線框所受的安培力大小為0.1 N0.1 NBCBC高考模擬高考模擬2.2.電電磁磁感感應(yīng)應(yīng)中中的的力力與與運運動動問問題題(2017(2017海海南南卷卷,13),13)如如圖圖,兩兩光光滑滑平平行行金金屬屬導(dǎo)導(dǎo)軌軌置置于于水水平平面面(紙紙面面)內(nèi)內(nèi),軌軌間間距距為為l,l,左左端端連連有有阻阻值值為為R R的的電電阻阻.一一金金屬屬桿桿置置于于導(dǎo)導(dǎo)軌軌上上,金金屬屬桿桿右右側(cè)側(cè)存存在在一一磁磁感感應(yīng)應(yīng)強強度度大大小小為為B B、方方向向豎豎直直向向下下的的勻勻強強磁磁場場區(qū)區(qū)域域.已已知知金金屬屬桿桿以以速速度度v v0 0向向右右進進入入磁磁場場區(qū)區(qū)域域,做做勻勻變變速速直直線線運運動動,到到達達磁磁場場區(qū)區(qū)域域右右邊邊界界(圖圖中中虛虛線線位位置置)時時速速度度恰恰好好為為零零.金金屬屬桿桿與與導(dǎo)導(dǎo)軌軌始始終終保保持持垂垂直直且且接接觸觸良良好好.除除左左端端所所連連電電阻阻外外,其其他他電電阻阻忽忽略略不不計計.求求金金屬屬桿桿運運動動到到磁磁場場區(qū)區(qū)域域正正中中間間時時所所受安培力的大小及此時電流的功率受安培力的大小及此時電流的功率.3.3.電電磁磁感感應(yīng)應(yīng)中中的的電電路路問問題題(2016(2016全全國國卷卷,25),25)如如圖圖,兩兩條條相相距距l(xiāng) l的的光光滑滑平平行行金金屬屬導(dǎo)導(dǎo)軌軌位位于于同同一一水水平平面面(紙紙面面)內(nèi)內(nèi),其其左左端端接接一一阻阻值值為為R R的的電電阻阻;一一與與導(dǎo)導(dǎo)軌軌垂垂直直的的金金屬屬棒棒置置于于兩兩導(dǎo)導(dǎo)軌軌上上;在在電電阻阻、導(dǎo)導(dǎo)軌軌和和金金屬屬棒棒中中間間有有一一面面積積為為S S的的區(qū)區(qū)域域,區(qū)區(qū)域域中存在垂直于紙面向里的均勻磁場中存在垂直于紙面向里的均勻磁場,磁感應(yīng)強度大小磁感應(yīng)強度大小B B1 1隨時間隨時間t t的變化關(guān)系為的變化關(guān)系為B B1 1=kt,kt,式式中中k k為為常常量量;在在金金屬屬棒棒右右側(cè)側(cè)還還有有一一勻勻強強磁磁場場區(qū)區(qū)域域,區(qū)區(qū)域域左左邊邊界界MN(MN(虛虛線線)與與導(dǎo)導(dǎo)軌軌垂垂直直,磁磁場場的的磁磁感感應(yīng)應(yīng)強強度度大大小小為為B B0 0,方方向向也也垂垂直直于于紙紙面面向向里里.某某時時刻刻,金金屬屬棒棒在在一一外外加加水水平平恒恒力力的的作作用用下下從從靜靜止止開開始始向向右右運運動動,在在t t0 0時時刻刻恰恰好好以以速速度度v v0 0越越過過MN,MN,此此后后向向右右做做勻勻速速運運動動.金金屬屬棒棒與與導(dǎo)導(dǎo)軌軌始始終終相相互互垂垂直直并并接接觸觸良良好好,它它們們的的電電阻阻均均忽忽略不計略不計.求求(1)(1)在在t=0t=0到到t=tt=t0 0時間間隔內(nèi)時間間隔內(nèi),流過電阻的電荷量的絕對值流過電阻的電荷量的絕對值;(2)(2)在時刻在時刻t(tt(ttt0 0)穿過回路的總磁通量和金屬棒所受外加水平恒力的大小穿過回路的總磁通量和金屬棒所受外加水平恒力的大小.拓展增分拓展增分【示例示例】(2017(2017深圳二模改編深圳二模改編)如圖所示如圖所示,水平放置的光滑平行金屬導(dǎo)軌可水平放置的光滑平行金屬導(dǎo)軌可分別與定值電阻分別與定值電阻R R和平行板電容器和平行板電容器C C相連相連,質(zhì)量為質(zhì)量為m m的導(dǎo)體棒的導(dǎo)體棒MNMN置于導(dǎo)軌上且接置于導(dǎo)軌上且接觸良好觸良好,導(dǎo)軌寬度為導(dǎo)軌寬度為L;L;導(dǎo)體棒導(dǎo)體棒MNMN始終處于豎直向上的勻強磁場中始終處于豎直向上的勻強磁場中,不計導(dǎo)軌和不計導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒電阻導(dǎo)體棒電阻,則則:(1)S(1)S接接A,A,給導(dǎo)體棒給導(dǎo)體棒MNMN加以水平向右、大小為加以水平向右、大小為F F的恒定拉力的恒定拉力,導(dǎo)體棒做什么運動導(dǎo)體棒做什么運動?答案答案:(1)(1)做初速度為零的勻加速直線運動做初速度為零的勻加速直線運動(2)S(2)S接接B,B,給導(dǎo)體棒給導(dǎo)體棒MNMN加以水平向右、大小為加以水平向右、大小為v v0 0的初速度的初速度,求導(dǎo)體棒從運動到求導(dǎo)體棒從運動到停止停止,通過電阻通過電阻R R的電荷量的電荷量?(3)S(3)S接接B,B,給導(dǎo)體棒給導(dǎo)體棒MNMN加以水平向右、大小為加以水平向右、大小為v v0 0的初速度的初速度,求導(dǎo)體棒從運動到求導(dǎo)體棒從運動到停止停止,在導(dǎo)軌上運動的位移大小在導(dǎo)軌上運動的位移大小?