《步步高》2014高考物理大一轮复习第九章 专题十 电磁感应中的动力学和能量问题.doc

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专题十 电磁感应中的动力学和能量问题 考纲解读 1.会分析计算电磁感应中有安培力参与的导体的运动及平衡问题.2.会分析计算电磁感应中能量的转化与转移.                     考点一 电磁感应中的动力学问题分析 1. 安培力的大小 由感应电动势E=Blv,感应电流I=eq \f(E,R)和安培力公式F=BIl得F=eq \f(B2l2v,R). 2. 安培力的方向判断 3. 导体两种状态及处理方法 (1)导体的平衡态——静止状态或匀速直线运动状态. 处理方法:根据平衡条件(合外力等于零)列式分析. (2)导体的非平衡态——加速度不为零. 处理方法:根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析. 例1 (2012·广东理综·35)如图1所示,质量为M的导体棒ab,垂直放在相距为l的平行光滑金属导轨上,导轨平面与水平面的夹角为θ,并处于磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中.左侧是水平放置、间距为d的平行金属板,R和Rx分别表示定值电阻和滑动变阻器的阻值,不计其他电阻. 图1 (1)调节Rx=R,释放导体棒,当导体棒沿导轨匀速下滑时,求通过导体棒的电流I及导体棒的速率v. (2)改变Rx,待导体棒沿导轨再次匀速下滑后,将质量为m、带电荷量为+q的微粒水平射入金属板间,若它能匀速通过,求此时的Rx. 解析 (1)对匀速下滑的导体棒进行受力分析如图所示. 导体棒所受安培力F安=BIl① 导体棒匀速下滑,所以F安=Mgsin θ② 联立①②式,解得I=eq \f(Mgsin θ,Bl)③ 导体棒切割磁感线产生感应电动势E=Blv④ 由闭合电路欧姆定律得I=eq \f(E,R+Rx),且Rx=R,所以I=eq \f(E,2R)⑤ 联立③④⑤式,解得v=eq \f(2MgRsin θ,B2l2) (2)由题意知,其等效电路图如图所示. 由图知,平行金属板两板间的电压等于Rx两端的电压. 设两金属板间的电压为U,因为导体棒匀速下滑时的电流仍为I,所以由欧姆定律知 U=IRx⑥ 要使带电的微粒匀速通过,则mg=qeq \f(U,d)⑦ 联立③⑥⑦式,解得Rx=eq \f(mBld,Mqsin θ). 答案 (1)eq \f(Mgsin θ,Bl) eq \f(2MgRsin θ,B2l2) (2)eq \f(mBld,Mqsin θ) 解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是  “先电后力”,即:先做“源”的分析——分离出电路中由电磁感应所产生的电源,求出电源参数E和r; 再进行“路”的分析——分析电路结构,弄清串、并联关系,求出相应部分的电流大小,以便求解安培力; 然后是“力”的分析——分析研究对象(常是金属杆、导体线圈等)的受力情况,尤其注意其所受的安培力; 最后进行“运动”状态的分析——根据力和运动的关系,判断出正确的运动模型. 突破训练1 如图2所示,两足够长平行金属导轨固定在水平面上, 匀强磁场方向垂直导轨平面向下,金属棒ab、cd与导轨构成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动,两金属棒ab、cd的质量之比为2∶1.用一沿导轨方向的恒力F水平向右拉金属棒cd,经过足够 图2 长时间以后 (  ) A.金属棒ab、cd都做匀速运动 B.金属棒ab上的电流方向是由b向a C.金属棒cd所受安培力的大小等于2F D.两金属棒间距离保持不变 答案 BC 解析 对两金属棒ab、cd进行受力分析和运动分析可知,两金属棒最终将做加速度相同的匀加速直线运动,且金属棒ab速度小于金属棒cd速度,所以两金属棒间距离是变大的,由楞次定律判断金属棒ab上的电流方向是由b到a,A、D错误,B正确;以两金属棒整体为研究对象有:F=3ma,隔离金属棒cd分析:F-F安=ma,可求得金属棒cd所受安培力的大小F安=eq \f(2,3)F,C正确;因此答案选B、C. 考点二 电磁感应中的能量问题分析 1. 过程分析 (1)电磁感应现象中产生感应电流的过程,实质上是能量的转化过程. (2)电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用,因此,要维持感应电流的存在,必须有“外力”克服安培力做功,将其他形式的能转化为电能.“外力”克服安培力做了多少功,就有多少其他形式的能转化为电能. (3)当感应电流通过用电器时,电能又转化为其他形式的能.安培力做功的过程,或通过电阻发热的过程,是电能转化为其他形式能的过程.安培力做了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能. 2. 求解思路 (1)若回路中电流恒定,可以利用电路结构及W=UIt或Q=I2Rt直接进行计算. (2)若电流变化,则:①利用安培力做的功求解:电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功;②利用能量守恒求解:若只有电能与机械能的转化,则机械能的减少

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