人教版高考物理一轮总复习精品课件 第十一章 电磁感应 专题6 电磁感应现象中的综合应用问题 (4).ppt

考题点睛考点考向点睛电磁感应中动量问题能量守恒问题模型:双杆模型分析用动量关系规律:对a、b用动量关系和能量关系列方程解决问题方法:分段分析进入水平轨道后a、b系统动量守恒,分析出谁先离开磁场易错:注意动量守恒定律和动量定理中的方向问题【对点演练】10.如图甲所示,绝缘水平面上固定着两根足够长的光滑金属导轨PQ、MN,相距为L=0.5m,ef右侧导轨处于匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向下,磁感应强度B的大小如图乙变化。开始时ab棒和cd棒锁定在导轨如图甲位置,ab棒与cd棒平行,ab棒离水平面高度为h=0.2m,cd棒与ef之间的距离也为L,ab棒的质量为m1=0.2kg,有效电阻为R1=0.05Ω,cd棒的质量为m2=0.1kg,有效电阻为R2=0.15Ω,设a、b棒在运动过程中始终与导轨垂直,两棒与导轨接触良好,导轨电阻不计,重力加速度g取10m/s2。(1)求0~1s时间段通过cd棒的电流大小与方向。(2)假如在1s末,同时解除对ab棒和cd棒的锁定,稳定后ab棒和cd棒将以相同的速度做匀速直线运动,试求这一速度的大小。(3)在第(2)问的条件下,ab棒和cd棒从解除锁定到开始以相同的速度做匀速运动的过程中,ab棒产生的热量为多少?11.如图所示,空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T。在匀强磁场区域内,有一对光滑平行金属导轨,处于同一水平面内,导轨足够长,导轨间距L=1m,电阻可忽略不计。质量均为m=1kg,电阻均为R=2.5Ω的金属导体棒MN和PQ垂直放置于导轨上,且与导轨接触良好。先将PQ暂时锁定,金属棒MN在垂直于棒的拉力F作用下,由静止开始以加速度a=0.4m/s2向右做匀加速直线运动,5s后保持拉力F的功率不变,直到棒以最大速度vm做匀速直线运动。(1)求棒MN的最大速度vm。(2)当棒MN达到最大速度vm时,解除PQ锁定,同时撤去拉力F,两棒最终均匀速运动。求解除PQ棒锁定后,到两棒最终匀速运动的过程中,电路中产生的总焦耳热。(3)若PQ始终不解除锁定,当棒MN达到最大速度vm时,撤去拉力F,棒MN继续运动多远后停下来?(运算结果可用根式表示)解析(1)棒MN做匀加速运动,由牛顿第二定律得F-BIL=ma棒MN做切割磁感线运动,产生的感应电动势为E=BLv棒MN做匀加速直线运动,5s末的速度为v=at1=2m/s在两棒组成的回路中,由闭合电路欧姆定律得联立可得F=ma+代入数据解得F=0.5N拉力F的功率为P=Fv代入数据解得P=1W棒MN最终做匀速运动,设棒最大速度为vm,棒受力平衡,(2)解除棒PQ锁定后,两棒运动过程中动量守恒,最终两棒以相同的速度做匀速运动,设共同速度大小为v,则有mvm=2mv设从PQ棒解除锁定到两棒达到相同速度这个过程中,电路中产生的总焦耳热为Q,由能量守恒定律可得代入数据解得Q=5J。(3)以棒MN为研究对象,设某时刻棒中电流为i,在极短时间Δt内,由动量定理得-BiLΔt=mΔv对式子两边求和有∑(-BiLΔt)=∑(mΔv)而Δq=iΔt对式子两边求和,有∑Δq=∑(iΔt)联立各式解得BLq=mvm本课结束考题点睛考点考向点睛动生与感应问题导体棒动力学分析规律:画好等效电路图,明确感应电动势的大小,充分挖掘隐含条件,选取恰当状态或过程列方程分析具体的大小方法:导体棒受力分析后正交分解力注重过程分析,抓住题目中的条件素养点拨分析电磁感应现象中动力学问题的基本步骤解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是“先电后力”,具体思路如下:【对点演练】4.如图所示,间距L=0.5m的光滑U形金属导轨固定在绝缘斜面上,斜面倾角θ=37°。区域Ⅰ、Ⅱ中磁场方向均垂直斜面向上,Ⅰ区中磁场的磁感应强度均匀增加,Ⅱ区中为匀强磁场,磁感应强度B2=0.5T。质量m=0.1kg、电阻R=2Ω的导体棒垂直导轨放置,从无磁场区域由静止释放,经t=2s进入Ⅱ区匀速下滑。运动中棒与导轨始终保持良好接触,导轨足够长,电阻不计。重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。求:(1)进入Ⅱ区后,导体棒中的电流I;(2)前2s导体棒产生的焦耳热Q。答案(1)2.4A(2)3.24J解析(1)进入Ⅱ区后,导体棒匀速下滑,故有B2IL=mgsinθ,解得I=2.4A。(2)进入Ⅱ区前,导体棒加速下滑,加速度a1=gsinθ棒刚进入Ⅱ区时速度v=a1t动生电动势E2=B2Lv设感应电动势为E1,则E1+E2=IR前2s导体棒产生的焦耳热解得Q=3.24