届高三物理一轮复习第九章电磁感应本章小结课件资料.ppt

专题九　电磁感应中的“导轨+杆”模型 1.模型概述 “导轨+杆”模型是电磁感应问题在高考命题中的“基本道具”,也是高考的热点,考查的知识点多,题目的综合性强,物理情景变化空间大,是 我们复习中的难点。“导轨+杆”模型又分为“单杆”模型和“双杆”模型;导轨放置方式可分为水平、竖直和倾斜;杆的运动状态可分为匀速运动、匀变速运动、非匀变速运动或转动等;磁场的状态可分为恒定不变、均匀变化和非均匀变化等,情景复杂,形式多变。 3.模型变异 “导轨+杆”模型可以演变为线圈在轨道上运动,其本质还是“导轨+ 2.处理方法 这类问题的实质是不同形式的能量的转化过程,从功和能的观点入手,弄清导体切割磁感线运动过程中的能量转化关系。处理这类问题主要有三种观点,即:①动力学观点;②能量观点;③图像观点。 3.模型变异 “导轨+杆”模型可以演变为线圈在轨道上运动,其本质还轨是“导+杆”模型。 典例1????如图甲所示,间距L=1 m的足够长的光滑平行金属导轨与水平面成 30°角放置,导轨电阻不计,导轨上端连有R=0.8 Ω的电阻和理想电流表A,磁感应强度为B=1 T的匀强磁场垂直导轨平面向上。t=0时刻有一质量m=1 kg、电阻r=0.2 Ω的金属棒,以初速度v0=10 m/s从导轨上某一位置PP‘开始沿导轨向上滑行,金属棒垂直导轨且与导轨接触良好,与此同时对金属棒施加一个沿斜面向上且垂直于金属棒的外力F,F随时间t的变化关系如图乙所示。已知金属棒沿导轨向上运动的过程中,电流表的示数是均匀变化的。g取 10 m/s2。则: (1)t=0时刻金属棒的加速度多大? (2)金属棒运动到最高点后,又返回到 PP(棒返回PP前已经匀速运动)。返回过程中,电阻R上产生的热量多大? ? ?解析????(1)t=0时刻金属棒受力和等效电路如图所示 F-mg sin θ-BIL=ma I=?=? ?解析????(1)t=0时刻金属棒受力和等效电路如图所示 由上述两式得a=-2 m/s2(负号表示方向沿导轨向下),则加速度大小为2 m/s2 (2)因为电流表的示数总是均匀变化的,所以金属棒的速度均匀变化。 则对金属棒有v=v0+at 金属棒上升到导轨最高点时v=0,则t=5 s,此时F-mg sin θ=ma,解得F=3 N,此后恒有F=3 N 金属棒沿导轨上滑的距离为 x=?=25 m 金属棒从最高点到返回PP前已经达到匀速状态 mg sin θ=?+F 得v1=2 m/s 返回过程中有mg·x sin 30°-Fx-W安=?m? Q总=W安=48 J 电阻R上产生的热量QR=?Q总=38.4 J ?答案????(1)2 m/s2????(2)38.4 J 典例2????如图所示,足够长的光滑平行金属导轨cd和ef水平放置,在其左端连接倾角为θ=37°的光滑金属导轨hc、ge,导轨间距均为L=1 m,在水平导轨和倾斜导轨上,各放一根与导轨垂直的金属杆,金属杆与导轨接触良好。金属杆a、b质量均为m=0.1 kg,电阻Ra=2 Ω、Rb=3 Ω,其余电阻不计。在水平导轨和斜面导轨区域分别有竖直向上和竖直向下的匀强磁场B1、B2,且B1=B2=0.5 T。已知从t=0时刻起,杆a在外力F1作用下由静止开始水平向右运动,杆b在水平向右的外力F2作用下始终保持静止状态,且F2=0.75+0.2t (N)。(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2) ? (1)通过计算判断杆a的运动情况; (2)从t=0时刻起,求1 s内通过杆b的电荷量; (3)若从t=0时刻起,2 s内作用在杆a上的外力F1做功为13.2 J,则这段时间内杆b上产生的热量为多少? ?解析????(1)因为杆b静止,所以有F2-B2IL=mg tan 37° 而F2=0.75+0.2t (N) 解得I=0.4t (A) 整个电路中的电动势由杆a运动产生,故 E=I(Ra+Rb) E=B1Lv 解得v=4t (m/s) 所以,杆a做加速度为4 m/s2的匀加速运动。 (2)杆a在1 s内运动的距离x=?at2=2 m q=?Δt ?=? 则q=?=?=0.2 C 即1 s内通过杆b的电荷量为0.2 C (3)设整个电路中产生的热量为Q,由能量守恒定律得 W1-Q=?m? v1=4×2 m/s=8 m/s 解得Q=10 J 从而Qb=?Q=6 J ?答案????(1)以4 m/s2的加速度做匀加速运动????(2)0.2 C (3)6 J 针对训练 1.如图,光滑斜面的倾角为θ,斜面上放置一矩形导线框abcd,ab边的边长为l1,bc边的边长为l2,线框的质量为m,电阻为R,线框通过绝缘细线绕过光滑的滑轮与重物相连,重