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*,必备知识,关键能力,-,*,-,-,*,-,-,*,-,-,*,-,-,*,-,-,*,-,*,*,专题8电磁感应现象中的动力学、动量和能量问题,专题8电磁感应现象中的动力学、动量和能量问题,-,2,-,知识梳理,考点自诊,一、两种状态及处理方法,-2-知识梳理考点自诊一、两种状态及处理方法,-,3,-,知识梳理,考点自诊,二、电磁感应现象中的动力学问题,1,.,安培力的大小,2,.,安培力的方向,(1),先用,右手定则,判定感应电流方向,再用,左手定则,判定安培力方向。,(2),根据楞次定律,安培力的方向一定和导体切割磁感线运动方向,相反,。,-3-知识梳理考点自诊二、电磁感应现象中的动力学问题2.安培,-,4,-,知识梳理,考点自诊,三、电磁感应现象中的能量问题,1,.,能量的转化,感应电流在磁场中受安培力,外力克服安培力,做功,将机械能转化为,电能,电流做功再将电能转化为,内能或其他形式的能,。,2,.,实质,电磁感应现象的能量转化,实质是其他形式的能和,电能,之间的转化。,-4-知识梳理考点自诊三、电磁感应现象中的能量问题,-,5,-,知识梳理,考点自诊,3,.,电磁感应现象中能量的三种计算方法,-5-知识梳理考点自诊3.电磁感应现象中能量的三种计算方法,-,6,-,知识梳理,考点自诊,1,.,金属棒,ab,静止在倾角为,的平行导轨上,导轨上端有导线相连,垂直于导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为,B,0,方向如图所示。从,t=,0,时刻开始,B,0,均匀增加,到,t=t,1,时,金属棒开始运动。则在,0,t,1,这段时间内,金属棒受到的摩擦力将,(,),A.,不断增大,B.,不断减小,C.,先增大后减小,D.,先减小后增大,答案,解析,解析,关闭,由楞次定律可判知,导体棒中有从,a,b,的感应电流,由左手定则可知,安培力方向沿斜面向上。由于,B,0,均匀增加,感应电流恒定,由公式,F=BIl,知安培力逐渐增大,而棒所受摩擦力初始状态时沿斜面向上,故摩擦力先减小到零又反方向增大。故选项,D,正确。,答案,解析,关闭,D,-6-知识梳理考点自诊1.金属棒ab静止在倾角为的平行导轨,-,7,-,知识梳理,考点自诊,2,.,(,多选,)(2017,四川成都模拟,),如图所示,水平固定放置的足够长的,U,形金属导轨处于竖直向上的匀强磁场中,在导轨上放着金属棒,ab,开始时,ab,棒以水平初速度,v,0,向右运动,最后静止在导轨上。就导轨光滑和导轨粗糙的两种情况相比较,这个过程,(,),A.,安培力对,ab,棒所做的功不相等,B.,电流所做的功相等,C.,产生的总内能相等,D.,通过,ab,棒的电荷量相等,答案,解析,解析,关闭,答案,解析,关闭,-7-知识梳理考点自诊2.(多选)(2017四川成都模拟),-,8,-,命题点一,命题点二,命题点三,电磁感应中的动力学问题,电学对象与力学对象的转换及关系,-8-命题点一命题点二命题点三电磁感应中的动力学问题,-,9,-,命题点一,命题点二,命题点三,例,1,(2016,全国卷,),如图,两固定的绝缘斜面倾角均为,上沿相连。两细金属棒,ab,(,仅标出,a,端,),和,cd,(,仅标出,c,端,),长度均为,L,质量分别为,2,m,和,m,;,用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路,abdca,并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上,使两金属棒水平。右斜面上存在匀强磁场,磁感应强度大小为,B,方向垂直于斜面向上。已知两根导线刚好不在磁场中,回路电阻为,R,两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为,重力加速度大小为,g,。已知金属棒,ab,匀速下滑。求,:,(1),作用在金属棒,ab,上的安培力的大小,;,(2),金属棒运动速度的大小。,-9-命题点一命题点二命题点三例1(2016全国卷)如图,-,10,-,命题点一,命题点二,命题点三,解析,:,(1),设导线的张力的大小为,F,T,右斜面对,ab,棒的支持力的大小为,F,N1,作用在,ab,棒上的安培力的大小为,F,左斜面对,cd,棒的支持力大小为,F,N2,。对于,ab,棒,由力的平衡条件得,2,mg,sin,=F,N1,+F,T,+F,F,N1,=,2,mg,cos,对于,cd,棒,同理有,mg,sin,+F,N2,=F,T,F,N2,=mg,cos,联立,式得,F=mg,(sin,-,3,cos,),-10-命题点一命题点二命题点三解析:(1)设导线的张力的大,-,11,-,命题点一,命题点二,命题点三,(2),由安培力公式得,F=BIL,这里,I,是回路,abdca,中的感应电流。,ab,棒上的感应电动势为,=BLv,-11-命题点一命题点二命题点三(2)由安培力公式得F=BI,-,12,-,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨,(1),金属棒,ab,匀速下滑切割磁感线相当于电源吗,?,它受不受安培力的作用,?,(2),cd,棒受到哪些力的作用,?,提示,:,相当于电源,构成闭合回路,受到安培力的作用。,提示,:,重力,(,竖直向下,),、斜面的支持力,(,垂直斜面向上,),、软导线的拉力,(,沿斜面向上,),、斜面的摩擦力,(,沿斜面向下,),。,-12-命题点一命题点二命题点三思维点拨(1)金属棒ab匀速,-,13,-,命题点一,命题点二,命题点三,用,“,四步法,”,分析电磁感应中的动力学问题,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,:,-13-命题点一命题点二命题点三用“四步法”分析电磁感应中的,-,14,-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练,1,.,(2016,全国卷,),如图,水平面,(,纸面,),内间距为,l,的平行金属导轨间接一电阻,质量为,m,、长度为,l,的金属杆置于导轨上。,t=,0,时,金属杆在水平向右、大小为,F,的恒定拉力作用下由静止开始运动。,t,0,时刻,金属杆进入磁感应强度大小为,B,、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀速运动。杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为,。重力加速度大小为,g,。求,:,(1),金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小,;,(2),电阻的阻值。,-14-命题点一命题点二命题点三即学即练,-,15,-,命题点一,命题点二,命题点三,解析,:,(1),设金属杆进入磁场前的加速度大小为,a,由牛顿第二定律得,ma=F-mg,设金属杆到达磁场左边界时的速度为,v,由运动学公式有,v=at,0,当金属杆以速度,v,在磁场中运动时,由法拉第电磁感应定律,杆中的电动势为,E=Blv,-15-命题点一命题点二命题点三解析:(1)设金属杆进入磁场,-,16,-,命题点一,命题点二,命题点三,(2),设金属杆在磁场区域中匀速运动时,金属杆中的电流为,I,根据欧姆定律,式中,R,为电阻的阻值。金属杆所受的安培力为,f=BlI,因金属杆做匀速运动,由牛顿运动定律得,F-mg-f=,0,-16-命题点一命题点二命题点三(2)设金属杆在磁场区域中匀,-,17,-,命题点一,命题点二,命题点三,2,.,(2017,河北桃城区模拟,),如图所示,固定且足够长的平行光滑金属导轨,EF,、,PQ,所在平面的倾角,=,53,导轨的下端,E,、,P,之间接有,R=,1,的定值电阻,导轨间距,l=,1 m,导轨的电阻不计。在导轨的虚线上方有垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小,B=,1 T,在虚线下方的导轨上放一垂直于导轨的金属棒,ab,金属棒,ab,的质量,m=,1 kg,有效电阻,r=,0,.,5,长度也为,l=,1 m,。将金属棒,ab,与绕过导轨上端的定滑轮的细线连接,定滑轮与金属棒,ab,间的细线与导轨平行,细线的另一端吊着一个重物,重物的质量也为,m=,1 kg,。释放重物,细线带着金属棒,ab,向上运动,金属棒,ab,始终与导轨垂直,且与导轨接触良好,开始时金属棒,ab,到虚线的距离,s=,0,.,5 m,重力加速度,g,取,10 m/s,2,sin 53,=,0,.,8,cos 53,=,0,.,6,求,:,-17-命题点一命题点二命题点三2.(2017河北桃城区模,-,18,-,命题点一,命题点二,命题点三,(1),金属棒,ab,刚进入磁场时的速度大小,;,(2),金属棒,ab,刚进入磁场时的加速度大小,;,(3),金属棒,ab,在磁场中做匀速运动时的速度大小。,-18-命题点一命题点二命题点三(1)金属棒ab刚进入磁场时,-,19,-,命题点一,命题点二,命题点三,(2),刚进入磁场时,对于重物有,mg-F,T,=ma,对于金属棒,ab,有,F,T,-mg,sin,-F,安,=ma,-19-命题点一命题点二命题点三(2)刚进入磁场时,对于重物,-,20,-,命题点一,命题点二,命题点三,电磁感应现象中的能量问题,1,.,电磁感应现象中的能量转化,2,.,求解焦耳热,Q,的三种方法,-20-命题点一命题点二命题点三电磁感应现象中的能量问题2.,-,21,-,命题点一,命题点二,命题点三,例,2,(2017,江苏卷,),如图所示,两条相距,d,的平行金属导轨位于同一水平面内,其右端接一阻值为,R,的电阻。质量为,m,的金属杆静置在导轨上,其左侧的矩形匀强磁场区域,MNPQ,的磁感应强度大小为,B,、方向竖直向下。当该磁场区域以速度,v,0,匀速地向右扫过金属杆后,金属杆的速度变为,v,。导轨和金属杆的电阻不计,导轨光滑且足够长,杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。求,:,(1),MN,刚扫过金属杆时,杆中感应电流的大小,I,;,(2),MN,刚扫过金属杆时,杆的加速度大小,a,;,(3),PQ,刚要离开金属杆时,感应电流的功率,P,。,-21-命题点一命题点二命题点三例2(2017江苏卷)如图,-,22,-,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨,本题的关键在于导体切割磁感线产生电动势,E=Blv,切割的速度,(,v,),是导体与磁场的相对速度,分析这类问题,通常是先电后力,再能量。,-22-命题点一命题点二命题点三思维点拨本题的关键在于导体切,-,23,-,命题点一,命题点二,命题点三,能量转化问题的分析程序,:,先电后力再能量,-23-命题点一命题点二命题点三能量转化问题的分析程序:先电,-,24,-,命题点一,命题点二,命题点三,即学即练,3,.,(2017,四川德阳一模,),如图所示,四条水平虚线等间距地分布在同一竖直面上,间距为,h,在,、,两区间分布着完全相同、方向水平向内的磁场,磁场大小按,B,-,t,图象变化,(,图中,B,0,已知,),。现有一个长方形金属框,ABCD,质量为,m,电阻为,R,AB=CD=l,AD=BC=,2,h,。用一轻质的细线把线框,ABCD,竖直悬挂着,AB,边恰好在,区的中央。,t,0,(,未知,),时刻细线恰好松弛,之后剪断细线,当,CD,边到达,M,3,N,3,时线框恰好匀速运动。,(,空气阻力不计,g,取,10 m/s,2,),-24-命题点一命题点二命题点三即学即练,-,25,-,命题点一,命题点二,命题点三,(1),求,t,0,的值。,(2),求线框,AB,边到达,M,2,N,2,时的速率,v,。,(3),从剪断细线到整个线框通过两个磁场区的过程中产生的电能为多大,?,-25-命题点一命题点二命题点三(1)求t0的值。,-,26,-,命题点一,命题点二,命题点三,-26-命题点一命题点二命题点三,-,27,-,命题点一,命题点二,命题点三,(3),线框由静止开始下落到,CD,边刚离开,M,4,N,4,的过程中线框中产生电能为,E,电,线框下落高度为,4,.,5,h,根据能量守恒得重力势能减少量,-27-命题点一命题点二命题点三(3)线框由静止开始下落到C,-,28,-,命题点一,命题点二,命题点三,4,.,(,多选,)(2017,河南联考,),如图所示,固定放置在同一水平面内的两
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