物理備課資料 六 電路和電磁感應(yīng) 第2講 電磁感應(yīng)規(guī)律及綜合應(yīng)用

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1、第第2 2講電磁感應(yīng)規(guī)律及綜合應(yīng)用講電磁感應(yīng)規(guī)律及綜合應(yīng)用整整 合合突突 破破實(shí)實(shí) 戰(zhàn)戰(zhàn)整合整合 網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)重溫網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)重溫【網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】 【要點(diǎn)重溫要點(diǎn)重溫】 1.1.“三定則、一定律三定則、一定律”的應(yīng)用的應(yīng)用(1)(1)安培定則安培定則: :判斷運(yùn)動(dòng)電荷、電流產(chǎn)生的判斷運(yùn)動(dòng)電荷、電流產(chǎn)生的 方向方向. .(2)(2)左手定則左手定則: :判斷磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷、電流的判斷磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷、電流的 的方向的方向. .(3)(3)右手定則右手定則: :判斷部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生判斷部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生 的方向的方向. .(4)(4)楞次定律楞次定律: :判斷閉合電路磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生判斷閉合

2、電路磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生 的方向的方向. .2.2.求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的兩種方法求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的兩種方法(1)E=n ,(1)E=n ,用來計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的用來計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的 . .(2)E=(2)E=BLvBLv, ,主要用來計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的主要用來計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的 或或 . .t磁場(chǎng)磁場(chǎng)作用力作用力感應(yīng)電流感應(yīng)電流感應(yīng)電流感應(yīng)電流平均值平均值瞬時(shí)值瞬時(shí)值平均值平均值熱點(diǎn)考向一楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律的理解與應(yīng)用熱點(diǎn)考向一楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律的理解與應(yīng)用【核心提煉核心提煉】 1.1.判定感應(yīng)電流的兩種方法判定感應(yīng)電流的兩種方法(1)(1)楞次定律楞次定律: :一般用于線圈面積不變一般用于

3、線圈面積不變, ,磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化的情形磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化的情形. .(2)(2)右手定則右手定則: :一般用于導(dǎo)體棒切割磁感線的情形一般用于導(dǎo)體棒切割磁感線的情形. .突破突破 熱點(diǎn)考向聚焦熱點(diǎn)考向聚焦2.2.求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方法求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方法(1)(1)感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì):E=n:E=n(2)(2)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì): :BSEnStStBEnBt 不變時(shí)不變時(shí)212EBlvEBl平動(dòng)切割：轉(zhuǎn)動(dòng)切割：【典例典例1 1】 ( (20172017遼寧大連模擬遼寧大連模擬)()(多選多選) )如圖所示如圖所示, ,由一段外皮絕緣的導(dǎo)線扭由一段外皮絕緣的導(dǎo)線扭成兩個(gè)半徑為成兩個(gè)半徑為R R

4、和和r r圓形平面形成的閉合回路圓形平面形成的閉合回路,Rr,Rr,導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電阻為導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電阻為,導(dǎo)線截面半徑遠(yuǎn)小于導(dǎo)線截面半徑遠(yuǎn)小于R R和和r.r.圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直平面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直平面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間按隨時(shí)間按B=B=kt(kkt(k0,0,為常數(shù)為常數(shù)) )的規(guī)律變化的磁場(chǎng)的規(guī)律變化的磁場(chǎng), ,下列說法正確的是下列說法正確的是( ( ) )BDBD【預(yù)測(cè)練習(xí)預(yù)測(cè)練習(xí)1 1】 ( (20172017山西陽(yáng)泉模擬山西陽(yáng)泉模擬)()(多選多選) )置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的金屬圓盤中置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的金屬圓盤中央和邊緣各引出一根導(dǎo)線央和邊緣各引出一根導(dǎo)線,

5、 ,與套在鐵芯上部的線圈與套在鐵芯上部的線圈A A相連相連. .套在鐵芯下部的線套在鐵芯下部的線圈圈B B引出兩根導(dǎo)線接在兩根水平導(dǎo)軌上引出兩根導(dǎo)線接在兩根水平導(dǎo)軌上, ,如圖所示如圖所示. .導(dǎo)軌上有一根金屬棒導(dǎo)軌上有一根金屬棒abab處處在垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中在垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中. .下列說法正確的是下列說法正確的是( ( ) )A.A.圓盤順時(shí)針加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)圓盤順時(shí)針加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), ,abab棒將向左運(yùn)動(dòng)棒將向左運(yùn)動(dòng)B.B.圓盤順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)圓盤順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), ,abab棒將保持不動(dòng)棒將保持不動(dòng)C.C.圓盤順時(shí)針減速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)圓盤順時(shí)針減速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), ,abab棒將向左運(yùn)動(dòng)棒將

6、向左運(yùn)動(dòng)D.D.圓盤逆時(shí)針加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)圓盤逆時(shí)針加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), ,abab棒將向左運(yùn)動(dòng)棒將向左運(yùn)動(dòng)ABAB解析解析: :由右手定則可知由右手定則可知, ,圓盤順時(shí)針加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)圓盤順時(shí)針加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), ,感應(yīng)電流從圓盤的圓心流感應(yīng)電流從圓盤的圓心流向邊緣向邊緣, ,線圈線圈A A中產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向下且磁場(chǎng)增強(qiáng)中產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向下且磁場(chǎng)增強(qiáng). .由楞次定律可知由楞次定律可知, ,線圈線圈B B中的感生磁場(chǎng)方向向上中的感生磁場(chǎng)方向向上, ,由右手螺旋定則可知由右手螺旋定則可知, ,abab棒中感應(yīng)電流方向由棒中感應(yīng)電流方向由abab. .由左手定則可知由左手定則可知, ,abab棒受的安培力方向向左棒受的

7、安培力方向向左, ,abab棒將向左運(yùn)動(dòng)棒將向左運(yùn)動(dòng). .同理同理, ,若圓盤逆時(shí)針加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)若圓盤逆時(shí)針加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), ,abab棒將向右運(yùn)動(dòng)棒將向右運(yùn)動(dòng), ,故故A A正確正確,D,D錯(cuò)誤錯(cuò)誤; ;當(dāng)圓盤順時(shí)當(dāng)圓盤順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), ,線圈線圈A A中產(chǎn)生恒定的電流中產(chǎn)生恒定的電流, ,那么線圈那么線圈B B的磁通量不變的磁通量不變, ,則則abab棒棒沒有感應(yīng)電流沒有感應(yīng)電流, ,則將保持不動(dòng)則將保持不動(dòng), ,故故B B正確正確; ;若圓盤順時(shí)針減速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)若圓盤順時(shí)針減速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), ,線圈線圈A A中產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向下且磁場(chǎng)減弱中產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向下且磁場(chǎng)減弱. .由楞次定律可知由

8、楞次定律可知, ,線圈線圈B B中的感應(yīng)磁場(chǎng)中的感應(yīng)磁場(chǎng)方向向下方向向下, ,由右手螺旋定則可知由右手螺旋定則可知, ,abab棒中感應(yīng)電流方向由棒中感應(yīng)電流方向由baba. .由左手定則由左手定則可知可知, ,abab棒受的安培力方向向右棒受的安培力方向向右, ,abab棒將向右運(yùn)動(dòng)棒將向右運(yùn)動(dòng), ,故故C C錯(cuò)誤錯(cuò)誤. .熱點(diǎn)考向二電磁感應(yīng)中的圖像問題熱點(diǎn)考向二電磁感應(yīng)中的圖像問題 【核心提煉核心提煉】1.1.圖像問題的分類圖像問題的分類(1)(1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出相應(yīng)的物理量的函數(shù)圖像由給定的電磁感應(yīng)過程選出相應(yīng)的物理量的函數(shù)圖像. .(2)(2)由給定的有關(guān)圖像分析電磁感應(yīng)過程

9、由給定的有關(guān)圖像分析電磁感應(yīng)過程, ,確定相關(guān)的物理量確定相關(guān)的物理量. .2.2.解決圖像問題的三個(gè)關(guān)注解決圖像問題的三個(gè)關(guān)注(1)(1)關(guān)注初始時(shí)刻感應(yīng)電流是否為零關(guān)注初始時(shí)刻感應(yīng)電流是否為零, ,電流方向是正方向還是負(fù)方向電流方向是正方向還是負(fù)方向. .(2)(2)關(guān)注電磁感應(yīng)發(fā)生的過程分為幾個(gè)階段關(guān)注電磁感應(yīng)發(fā)生的過程分為幾個(gè)階段, ,這幾個(gè)階段是否和圖像變化相這幾個(gè)階段是否和圖像變化相對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng). .(3)(3)關(guān)注圖像斜率的大小、圖像的曲直是否和物理過程對(duì)應(yīng)關(guān)注圖像斜率的大小、圖像的曲直是否和物理過程對(duì)應(yīng), ,分析大小和方分析大小和方向的變化趨勢(shì)向的變化趨勢(shì). .【典例【典例2 2】

10、 ( (20172017山東德州一模山東德州一模)()(多選多選) )如圖所示如圖所示,abcd,abcd為一邊長(zhǎng)為為一邊長(zhǎng)為l l的正方的正方形導(dǎo)線框形導(dǎo)線框, ,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(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域其右側(cè)為一勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域, ,磁場(chǎng)的邊界磁場(chǎng)的邊界與線框的與線框的cdcd邊平行邊平行, ,磁場(chǎng)區(qū)域的寬度為磁場(chǎng)區(qū)域的寬度為2l,2l,磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,B,方向豎直向下方向豎直向下. .線線框在一垂直于框在一垂直于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(yùn)動(dòng)作用下沿水平方向向右運(yùn)動(dòng), ,直至通過磁直至通過磁場(chǎng)區(qū)域場(chǎng)區(qū)域.cd

11、.cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí), ,線框開始勻速運(yùn)動(dòng)線框開始勻速運(yùn)動(dòng), ,規(guī)定線框中電流沿逆時(shí)針時(shí)規(guī)定線框中電流沿逆時(shí)針時(shí)方向?yàn)檎较驗(yàn)檎? ,則導(dǎo)線框從剛進(jìn)入磁場(chǎng)到完全離開磁場(chǎng)的過程中則導(dǎo)線框從剛進(jìn)入磁場(chǎng)到完全離開磁場(chǎng)的過程中,a,b,a,b兩端的電壓兩端的電壓U Uabab及導(dǎo)線框中的電流及導(dǎo)線框中的電流i i隨隨cdcd邊的位置坐標(biāo)邊的位置坐標(biāo)x x變化的圖線可能是變化的圖線可能是( ( ) )BDBD【預(yù)測(cè)練習(xí)【預(yù)測(cè)練習(xí)2 2】 ( (20172017廣西玉林模擬廣西玉林模擬) )如圖如圖( (甲甲) )所示所示, ,光滑金屬導(dǎo)軌光滑金屬導(dǎo)軌MN,PQMN,PQ所在所在平面與水平面

12、成平面與水平面成角角,M,P,M,P兩端接一電阻兩端接一電阻R,R,整個(gè)裝置處于方向垂直導(dǎo)軌平面向整個(gè)裝置處于方向垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.t=0.t=0時(shí)對(duì)金屬棒施加一平行于導(dǎo)軌的外力時(shí)對(duì)金屬棒施加一平行于導(dǎo)軌的外力F,F,使金屬棒使金屬棒abab由靜由靜止開始沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)止開始沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng), ,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì). .已知通過電阻已知通過電阻R R的感應(yīng)電流的感應(yīng)電流I I隨時(shí)隨時(shí)間間t t變化的關(guān)系如圖變化的關(guān)系如圖( (乙乙) )所示所示. .下列關(guān)于棒運(yùn)動(dòng)速度下列關(guān)于棒運(yùn)動(dòng)速度v v、外力、外力F F、流過、流過R R的電荷的電荷量量q q以及閉合

13、回路中磁通量的變化率以及閉合回路中磁通量的變化率 隨時(shí)間變化的圖像正確的是隨時(shí)間變化的圖像正確的是( ( ) )B Bt熱點(diǎn)考向三電磁感應(yīng)中的電路和動(dòng)力學(xué)問題熱點(diǎn)考向三電磁感應(yīng)中的電路和動(dòng)力學(xué)問題【核心提煉核心提煉】解決電磁感應(yīng)中的電路和動(dòng)力學(xué)問題的關(guān)鍵解決電磁感應(yīng)中的電路和動(dòng)力學(xué)問題的關(guān)鍵電磁感應(yīng)與動(dòng)力學(xué)問題聯(lián)系的橋梁是磁場(chǎng)對(duì)感應(yīng)電流的安培力電磁感應(yīng)與動(dòng)力學(xué)問題聯(lián)系的橋梁是磁場(chǎng)對(duì)感應(yīng)電流的安培力. .解答電磁感解答電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題, ,在分析方法上在分析方法上, ,要始終抓住導(dǎo)體的受力要始終抓住導(dǎo)體的受力( (特別是安培力特別是安培力) )特特點(diǎn)及其變化規(guī)律點(diǎn)及其變化規(guī)

14、律, ,明確導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)過程以及運(yùn)動(dòng)過程中狀態(tài)的變化明確導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)過程以及運(yùn)動(dòng)過程中狀態(tài)的變化, ,準(zhǔn)確把握準(zhǔn)確把握運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的臨界點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的臨界點(diǎn)(3)(3)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化點(diǎn)【典例【典例3 3】 ( (20172017海南卷海南卷,13,13) )如圖如圖, ,兩光滑平行金屬導(dǎo)軌置于水平面兩光滑平行金屬導(dǎo)軌置于水平面( (紙面紙面) )內(nèi)內(nèi), ,軌間距為軌間距為l,l,左端連有阻值為左端連有阻值為R R的電阻的電阻. .一金屬桿置于導(dǎo)軌上一金屬桿置于導(dǎo)軌上, ,金屬桿右側(cè)金屬桿右側(cè)存在一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為存在一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域、方向豎

15、直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域. .已知金屬桿以已知金屬桿以速度速度v v0 0向右進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域向右進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域, ,做勻變速直線運(yùn)動(dòng)做勻變速直線運(yùn)動(dòng), ,到達(dá)磁場(chǎng)區(qū)域右邊界到達(dá)磁場(chǎng)區(qū)域右邊界( (圖中虛圖中虛線位置線位置) )時(shí)速度恰好為零時(shí)速度恰好為零. .金屬桿與導(dǎo)軌始終保持垂直且接觸良好金屬桿與導(dǎo)軌始終保持垂直且接觸良好. .除左端所除左端所連電阻外連電阻外, ,其他電阻忽略不計(jì)其他電阻忽略不計(jì). .求金屬桿運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)區(qū)域正中間時(shí)所受安培求金屬桿運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)區(qū)域正中間時(shí)所受安培力的大小及此時(shí)電流的功率力的大小及此時(shí)電流的功率. .【拓展延伸拓展延伸】 在典例在典例3 3中中, ,金屬桿以速度金屬桿

16、以速度v v0 0向右進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域向右進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域, ,做勻變速直線做勻變速直線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng), ,到達(dá)磁場(chǎng)區(qū)域右邊界速度變?yōu)榱愕倪^程中到達(dá)磁場(chǎng)區(qū)域右邊界速度變?yōu)榱愕倪^程中, ,求求: :(1)(1)流過電阻流過電阻R R的電荷量的電荷量. .(2)(2)所加外力所加外力F F隨時(shí)間隨時(shí)間t t的變化關(guān)系式的變化關(guān)系式. .【預(yù)測(cè)練習(xí)預(yù)測(cè)練習(xí)3 3】 ( (20172017山東臨沂二山東臨沂二模模) )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(zhǎng)且相距兩導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且相距L=0.2 m,L=0.2 m,另外兩根水平金屬桿另外兩

17、根水平金屬桿MNMN和和PQPQ的質(zhì)量均為的質(zhì)量均為m=0.01 kg,m=0.01 kg,可沿導(dǎo)軌無摩擦地滑動(dòng)可沿導(dǎo)軌無摩擦地滑動(dòng),MN,MN桿和桿和PQPQ桿的電阻均為桿的電阻均為R=0.2 (R=0.2 (傾斜金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)傾斜金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)),MN),MN桿被兩個(gè)垂直于導(dǎo)軌的絕緣立柱擋住桿被兩個(gè)垂直于導(dǎo)軌的絕緣立柱擋住, ,整個(gè)裝置處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)整個(gè)裝置處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi), ,磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面向上磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面向上, ,磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T.PQB=1.0T.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(yùn)動(dòng)作用下由靜止開始向上加速運(yùn)動(dòng), ,拉力拉

18、力F F垂直垂直PQPQ桿沿桿沿導(dǎo)軌平面向上導(dǎo)軌平面向上, ,當(dāng)運(yùn)動(dòng)位移當(dāng)運(yùn)動(dòng)位移x=0.1 mx=0.1 m時(shí)時(shí)PQPQ桿達(dá)到最大速度桿達(dá)到最大速度, ,此時(shí)此時(shí)MNMN桿對(duì)絕緣立桿對(duì)絕緣立柱的壓力恰好為零柱的壓力恰好為零(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(dāng)當(dāng)PQPQ桿加速度桿加速度a=2 m/sa=2 m/s2 2時(shí)時(shí),MN,MN桿對(duì)立柱的壓力大小桿

19、對(duì)立柱的壓力大小. .解析解析: :(2)(2)當(dāng)當(dāng)PQPQ桿的加速度桿的加速度a=2 m/sa=2 m/s2 2時(shí)時(shí), ,對(duì)對(duì)PQPQ桿受力分析桿受力分析, ,根據(jù)牛頓第二定根據(jù)牛頓第二定律可得律可得, ,F-F-mgsinmgsin -BIL=ma, -BIL=ma,對(duì)對(duì)MNMN桿受力分析根據(jù)共點(diǎn)力的平衡可得桿受力分析根據(jù)共點(diǎn)力的平衡可得, ,BIL+FBIL+FN N- -mgsinmgsin =0, =0,PQPQ桿達(dá)到最大速度時(shí)桿達(dá)到最大速度時(shí), ,有有F-F-mgsinmgsin -BI-BIm mL L=0,=0,聯(lián)立解得聯(lián)立解得F FN N=0.02 N,=0.02 N,根據(jù)牛

20、頓第三定律可得根據(jù)牛頓第三定律可得MNMN桿對(duì)立柱的壓力桿對(duì)立柱的壓力F FN N=0.02 N.=0.02 N.答案答案: :(2)0.02 N(2)0.02 N熱點(diǎn)考向四電磁感應(yīng)中的動(dòng)量和能量問題熱點(diǎn)考向四電磁感應(yīng)中的動(dòng)量和能量問題【核心提煉核心提煉】(2)(2)求解焦耳熱的三種方法求解焦耳熱的三種方法2.2.在電磁感應(yīng)中用動(dòng)量定理求變力的時(shí)間、速度、位移和電荷量在電磁感應(yīng)中用動(dòng)量定理求變力的時(shí)間、速度、位移和電荷量, ,一般應(yīng)用于一般應(yīng)用于單桿切割磁感線運(yùn)動(dòng)單桿切割磁感線運(yùn)動(dòng)3.3.電磁感應(yīng)中的動(dòng)量和能量問題電磁感應(yīng)中的動(dòng)量和能量問題, ,一般應(yīng)用于雙桿切割磁感線運(yùn)動(dòng)一般應(yīng)用于雙桿切割磁

21、感線運(yùn)動(dòng)(1)(1)如果雙桿運(yùn)動(dòng)過程如果雙桿運(yùn)動(dòng)過程, ,雙桿系統(tǒng)所受合外力為零雙桿系統(tǒng)所受合外力為零, ,首先用動(dòng)量守恒定律求速度首先用動(dòng)量守恒定律求速度, ,再用能量守恒定律求電能再用能量守恒定律求電能. .(2)(2)如果雙桿運(yùn)動(dòng)過程如果雙桿運(yùn)動(dòng)過程, ,雙桿系統(tǒng)不符合動(dòng)量守恒雙桿系統(tǒng)不符合動(dòng)量守恒, ,應(yīng)用好電路問題的兩個(gè)分應(yīng)用好電路問題的兩個(gè)分析析:“:“電源電源”的分析和的分析和“運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)”的分析的分析. .【典例典例4 4】 ( (20172017山東濰坊二模山東濰坊二模) )如圖所示如圖所示, ,固定于水平面的兩足夠長(zhǎng)的光滑固定于水平面的兩足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌平行金屬導(dǎo)軌P

22、MN,PMN,PMN,PMN,由傾斜和水平兩部分在由傾斜和水平兩部分在M,MM,M處平滑連接組成處平滑連接組成, ,導(dǎo)軌間距導(dǎo)軌間距L=1 m,L=1 m,水平部分處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中水平部分處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中, ,磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T.B=1T.金屬金屬棒棒a,ba,b垂直于傾斜導(dǎo)軌放置垂直于傾斜導(dǎo)軌放置, ,質(zhì)量均為質(zhì)量均為m=0.2 m=0.2 kg,akg,a的電阻的電阻R R1 1=1 =1 ,b,b的電阻的電阻R R2 2=3 =3 ,a,b,a,b長(zhǎng)度均為長(zhǎng)度均為L(zhǎng)=1 m,L=1 m,棒棒a a距水平面的高度距水平面的高度h h1 1=0.45 =0.45 m

23、,bm,b棒距水平面的高度為棒距水平面的高度為h h2 2(h(h2 2hh1 1););保持保持b b棒靜止棒靜止, ,由靜止釋放由靜止釋放a a棒棒,a,a棒到達(dá)磁場(chǎng)中棒到達(dá)磁場(chǎng)中OOOO停止運(yùn)動(dòng)后再由停止運(yùn)動(dòng)后再由靜止釋放靜止釋放b b棒棒, ,a,ba,b與導(dǎo)軌接觸良好且導(dǎo)軌電阻不計(jì)與導(dǎo)軌接觸良好且導(dǎo)軌電阻不計(jì), ,重力加速度重力加速度g=10 m/sg=10 m/s2 2. .(1)(1)求求a a棒進(jìn)入磁場(chǎng)棒進(jìn)入磁場(chǎng)MMMM時(shí)加速度的大小時(shí)加速度的大小; ;(2)a(2)a棒從釋放到棒從釋放到OOOO的過程中的過程中, ,求求b b棒產(chǎn)生的焦耳熱棒產(chǎn)生的焦耳熱; ;(3)(3)若若

24、MM,OOMM,OO間的距離間的距離x=2.4 x=2.4 m,bm,b棒進(jìn)入磁場(chǎng)后棒進(jìn)入磁場(chǎng)后, ,恰好未與恰好未與a a棒相碰棒相碰, ,求求h h2 2的值的值. .審題指導(dǎo)審題指導(dǎo) 答案答案: :(1)3.75 m/s(1)3.75 m/s2 2(2)0.675 J(2)0.675 J(3)1.8 m(3)1.8 m【預(yù)測(cè)練習(xí)預(yù)測(cè)練習(xí)4 4】( (20172017山東青島一山東青島一模模) )如圖所示如圖所示, ,兩平行光滑金屬導(dǎo)軌由兩部?jī)善叫泄饣饘賹?dǎo)軌由兩部分組成分組成, ,左邊部分水平左邊部分水平, ,右邊部分為半徑右邊部分為半徑r=0.5 mr=0.5 m的豎直半圓的豎直半圓,

25、 ,兩導(dǎo)軌間距離兩導(dǎo)軌間距離d=0.3 m,d=0.3 m,導(dǎo)軌水平部分處于豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小導(dǎo)軌水平部分處于豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=1TB=1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中, ,兩兩導(dǎo)軌電阻不計(jì)導(dǎo)軌電阻不計(jì). .有兩根長(zhǎng)度均為有兩根長(zhǎng)度均為d d的金屬棒的金屬棒ab,cdab,cd, ,均垂直導(dǎo)軌置于水平導(dǎo)軌上均垂直導(dǎo)軌置于水平導(dǎo)軌上, ,金屬棒金屬棒ab,cdab,cd的質(zhì)量分別為的質(zhì)量分別為m m1 1=0.2 kg=0.2 kg、 m m2 2=0.1 kg,=0.1 kg,電阻分別為電阻分別為R R1 1=0.1 ,R=0.1 ,R2 2= =0.2 .0.2 .現(xiàn)讓現(xiàn)讓aba

26、b棒以棒以v v0 0=10 =10 m/sm/s的初速度開始水平向右運(yùn)動(dòng)的初速度開始水平向右運(yùn)動(dòng), ,cdcd棒進(jìn)入圓軌道后棒進(jìn)入圓軌道后, ,恰好能通過軌道最高點(diǎn)恰好能通過軌道最高點(diǎn)PP,cdPP,cd棒進(jìn)入圓軌道前兩棒未相碰棒進(jìn)入圓軌道前兩棒未相碰, ,重力加速度重力加速度g=10 g=10 m/sm/s2 2, ,求求: :(1)ab(1)ab棒開始向右運(yùn)動(dòng)時(shí)棒開始向右運(yùn)動(dòng)時(shí)cdcd棒的加速度棒的加速度a a0 0; ;答案答案: :( (1)30 m/s1)30 m/s2 2 (2)cd(2)cd棒進(jìn)入半圓軌道時(shí)棒進(jìn)入半圓軌道時(shí)abab棒的速度大小棒的速度大小v v1 1; ;答案答

27、案: :( (2)7.5 m/s 2)7.5 m/s (3)cd(3)cd棒進(jìn)入半圓軌道前棒進(jìn)入半圓軌道前abab棒克服安培力做的功棒克服安培力做的功W.W.答案答案: :( (3)4.375 J3)4.375 J實(shí)戰(zhàn)實(shí)戰(zhàn) 高考真題演練高考真題演練1.1.右手定則和楞次定律的應(yīng)用右手定則和楞次定律的應(yīng)用(20172017全國(guó)全國(guó)卷卷,15,15) ) 如圖如圖, ,在方向垂直于在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一U U形金屬導(dǎo)軌形金屬導(dǎo)軌, ,導(dǎo)軌平面與磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面與磁場(chǎng)垂直. .金屬桿金屬桿PQPQ置置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌形成閉合回路于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌形成閉合回路PQR

28、S,PQRS,一圓環(huán)形金屬線框一圓環(huán)形金屬線框T T位于回路圍成的位于回路圍成的區(qū)域內(nèi)區(qū)域內(nèi), ,線框與導(dǎo)軌共面線框與導(dǎo)軌共面. .現(xiàn)讓金屬桿現(xiàn)讓金屬桿PQPQ突然向右運(yùn)動(dòng)突然向右運(yùn)動(dòng), ,在運(yùn)動(dòng)開始的瞬間在運(yùn)動(dòng)開始的瞬間, ,關(guān)于感應(yīng)電流的方向關(guān)于感應(yīng)電流的方向, ,下列說法正確的是下列說法正確的是( ( ) )A.PQRSA.PQRS中沿順時(shí)針方向中沿順時(shí)針方向,T,T中沿逆時(shí)針方向中沿逆時(shí)針方向B.PQRSB.PQRS中沿順時(shí)針方向中沿順時(shí)針方向,T,T中沿順時(shí)針方向中沿順時(shí)針方向C.PQRSC.PQRS中沿逆時(shí)針方向中沿逆時(shí)針方向,T,T中沿逆時(shí)針方向中沿逆時(shí)針方向D.PQRSD.PQ

29、RS中沿逆時(shí)針方向中沿逆時(shí)針方向,T,T中沿順時(shí)針方向中沿順時(shí)針方向D D解析解析: :在在PQRSPQRS回路中回路中, ,金屬桿金屬桿PQPQ向右運(yùn)動(dòng)切割磁感線向右運(yùn)動(dòng)切割磁感線, ,由右手定則得由右手定則得PQRSPQRS回路中感應(yīng)電流沿逆時(shí)針方向回路中感應(yīng)電流沿逆時(shí)針方向, ,該電流在該電流在PQRSPQRS回路內(nèi)部產(chǎn)生向外的磁場(chǎng)回路內(nèi)部產(chǎn)生向外的磁場(chǎng), ,使圓環(huán)形線框使圓環(huán)形線框T T內(nèi)向里的磁通量減小內(nèi)向里的磁通量減小, ,由楞次定律知由楞次定律知, ,線框線框T T中感應(yīng)電流方中感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向向?yàn)轫槙r(shí)針方向, ,選項(xiàng)選項(xiàng)A,B,CA,B,C錯(cuò)誤錯(cuò)誤,D,D正確正確. .

30、2.2.電磁感應(yīng)的圖像問題電磁感應(yīng)的圖像問題(20172017全國(guó)全國(guó)卷卷,20,20)()(多選多選) )兩條平行虛線間存在一兩條平行虛線間存在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)勻強(qiáng)磁場(chǎng), ,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與紙面垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與紙面垂直. .邊長(zhǎng)為邊長(zhǎng)為0.1 m0.1 m、總電阻為、總電阻為0.005 0.005 的正的正方形導(dǎo)線框方形導(dǎo)線框abcdabcd位于紙面內(nèi)位于紙面內(nèi), ,cdcd邊與磁場(chǎng)邊界平行邊與磁場(chǎng)邊界平行, ,如圖如圖(a)(a)所示所示. .已知導(dǎo)線框已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)一直向右做勻速直線運(yùn)動(dòng), ,cdcd邊于邊于t=0t=0時(shí)刻進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)刻進(jìn)入磁場(chǎng). .線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間

31、線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖線如圖變化的圖線如圖(b)(b)所示所示( (感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí)感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí), ,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)取正感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)取正).).下列下列說法正確的是說法正確的是( ( ) )A.A.磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.5 T0.5 TB.B.導(dǎo)線框運(yùn)動(dòng)速度的大小為導(dǎo)線框運(yùn)動(dòng)速度的大小為0.5 0.5 m/sm/sC.C.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于紙面向外磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)間內(nèi)這段時(shí)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 NBCBC3

32、.3.電磁感應(yīng)的動(dòng)力學(xué)問題電磁感應(yīng)的動(dòng)力學(xué)問題(20162016全國(guó)全國(guó)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)軌間接一電阻的平行金屬導(dǎo)軌間接一電阻, ,質(zhì)量為質(zhì)量為m,m,長(zhǎng)度為長(zhǎng)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(shí)時(shí), ,金屬桿在水平向右、大小為金屬桿在水平向右、大小為F F的恒定拉力作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng)的恒定拉力作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng).t.t0 0時(shí)刻時(shí)刻, ,金屬金屬桿進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為桿進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B B、方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域、方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域, ,且在磁場(chǎng)且

33、在磁場(chǎng)中恰好能保持勻速運(yùn)動(dòng)中恰好能保持勻速運(yùn)動(dòng). .桿與導(dǎo)軌的電阻均忽略不計(jì)桿與導(dǎo)軌的電阻均忽略不計(jì), ,兩者始終保持垂直且接兩者始終保持垂直且接觸良好觸良好, ,兩者之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為兩者之間的動(dòng)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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的大小金屬桿在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的大小; ;(2)(2)電阻的阻值電阻的阻值. .4.4.電磁感應(yīng)能量問題電磁感應(yīng)能量問題(20172017北京卷北京卷,24,24,節(jié)選節(jié)選) )發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)具有裝置上的發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)具有裝置上的類似性類似性, ,源于它們機(jī)理上的類似性源于它們機(jī)理上的類

34、似性. .直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的工作原理可以直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的工作原理可以簡(jiǎn)化為如圖簡(jiǎn)化為如圖1 1、圖、圖2 2所示的情景所示的情景. .在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中, ,兩根光滑平行金屬軌道兩根光滑平行金屬軌道MN,PQMN,PQ固定固定在水平面內(nèi)在水平面內(nèi), ,相距為相距為L(zhǎng),L,電阻不計(jì)電阻不計(jì). .電阻為電阻為R R的金屬導(dǎo)體棒的金屬導(dǎo)體棒abab垂直于垂直于MN,PQMN,PQ放在軌放在軌道上道上, ,與軌道接觸良好與軌道接觸良好, ,以速度以速度v(vv(v平行于平行于MN)MN)向右做勻速運(yùn)動(dòng)向右做勻速運(yùn)動(dòng). .圖圖1 1軌道端點(diǎn)軌道端點(diǎn)MPMP間接有阻值為間接有阻值為r r的電阻的電阻, ,導(dǎo)體棒導(dǎo)體棒abab受到水平向右的外力作用受到水平向右的外力作用. .圖圖2 2軌道端點(diǎn)軌道端點(diǎn)MPMP間接有直流電源間接有直流電源, ,導(dǎo)體棒導(dǎo)體棒abab通過滑輪勻速提升重物通過滑輪勻速提升重物, ,電路中的電流電路中的電流為為I.I.求在求在tt時(shí)間內(nèi)時(shí)間內(nèi), ,圖圖1“1“發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)”產(chǎn)生的電能和圖產(chǎn)生的電能和圖2“2“電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)”輸出的機(jī)械能輸出的機(jī)械能. .答案答案: :BILvtBILvt