备考2019年高考物理一轮复习文档:第十章 第4讲 电磁感应规律的综合应用(二)动力学和能量、动量 讲义解析
更新时间:2023-08-08 11:16:01 阅读量: 实用文档 文档下载
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第4讲电磁感应规律的综合应用(二)——动力学和能量、动
量
板块一主干梳理·夯实基础
【知识点1】电磁感应现象中的动力学问题Ⅱ
1.安培力的大小
2.安培力的方向
(1)先用右手定则或楞次定律确定感应电流方向,再用左手定则确定安培力方向。
(2)根据楞次定律,安培力方向一定和导体切割磁感线运动方向相反。
3.分析导体受力情况时,应做包含安培力在内的全面受力分析。
4.根据平衡条件或牛顿第二定律列方程。
【知识点2】电磁感应现象中的能量问题Ⅱ
1.电磁感应中的能量转化
闭合电路的部分导体做切割磁感线运动产生感应电流,通有感应电流的导体在磁场中受安培力。外力克服安培力做功,将其他形式的能转化为电能,通有感应电流的导体在磁场中受安培力作用或通过电阻发热,使电能转化为其他形式的能。
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。
板块二考点细研·悟法培优
考点1电磁感应中的动力学问题[解题技巧]
导体棒的运动学分析
电磁感应现象中产生的感应电流在磁场中受到安培力的作用,从而影响导体棒(或线圈)的受力情况和运动情况。
1.两种状态及处理方法
2.力学对象和电学对象的相互关系
3.动态分析的基本思路
例1[2016·安徽模拟]如图所示,固定的光滑金属导轨间距为L,导轨电阻不计,上端a、b 间接有阻值为R的电阻,导轨平面与水平面的夹角为θ,且处在磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中。质量为m、电阻为r的导体棒与固定弹簧相连后放在导轨上。初始时刻,弹簧恰处于自然长度,导体棒具有沿轨道向上的初速度v0。整个运动过程中导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触,弹簧的中心轴线与导轨平行。
(1)求初始时刻通过电阻R 的电流I 的大小和方向;
(2)当导体棒第一次回到初始位置时,速度变为v ,求此时导体棒的加速度大小a 。
导体棒向上运动和向下运动过程中流过R 的电流方向
相同吗?
提示:不同。
(2)下降过程的牛顿第二定律。
提示:mg sin θ+F 弹-F 安=ma 。
尝试解答 (1)BL v 0R +r b →a (2)g sin θ-B 2L 2v m (R +r )
。 (1)导体棒产生的感应电动势E 1=BL v 0
通过R 的电流大小I 1=
E 1
R +r =BL v 0R +r 电流方向为b →a 。
(2)导体棒产生的感应电动势为E 2=BL v
感应电流I 2=E 2R +r =BL v R +r 导体棒受到的安培力大小F =BIL =B 2L 2v R +r
,方向沿斜面向上。 根据牛顿第二定律有mg sin θ-F =ma
解得a =g sin θ-B 2L 2v m (R +r )
。 总结升华
单棒切割磁感线的两种模型
模型一:导体棒ab 先自由下落再进入匀强磁场,如图甲所示。
模型二:导体棒ab 沿光滑的倾斜导轨自由下滑,然后进入匀强磁场(磁场垂直于轨道平面),如图乙所示。
两类模型中的临界条件是导体棒ab 受力平衡。以模型一为例,有mg =F 安=B 2l 2v 0R
,即v 0=mgR B 2l 2。 若线框进入磁场时v >v 0,则线框先减速再匀速;若v <v 0,线框先加速再匀速(都假设线框和磁场区域长度足够长)。
[跟踪训练] (多选)如图所示,相距L 的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为θ,上端接有定值电阻R ,匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B 。将质量为m 的导体棒由静止释放,当速度达到v 时开始匀速运动,此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力,并保持拉力的功率恒为P ,导体棒最终以2v 的速度匀速运动。导体棒始终与导轨垂直且接触良好,不计导轨和导体棒的电阻,重力加速度为g 。下列选项正确的是( )
A .P =2mg v sin θ
B .P =3mg v sin θ
C .当导体棒速度达到v 2时加速度大小为g 2
sin θ D .在速度达到2v 以后的匀速运动过程中,R 上产生的焦耳热等于拉力所做的功 答案 AC
解析 当导体棒第一次匀速运动时,沿导轨方向有mg sin θ=B 2L 2v R ;当导体棒第二次匀速运
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