第十二章　第4课时　专题强化：电磁感应中的动力学和能量问题_4.2025物理总复习_2025年新高考资料_一轮复习_2025物理大一轮复习讲义+课件ppt（完结）_2025大一轮复习讲义

第 4 课时 专题强化：电磁感应中的动力学和能量问题 目标要求 1.导体棒切割磁感线运动时，能理清各物理量间的制约关系并能用动力学观点 进行运动过程分析。2.会用功能关系和能量守恒定律解决电磁感应中的能量问题。 考点一 电磁感应中的动力学问题 1．导体的两种运动状态 状态 特征 处理方法 平衡态 加速度为零 根据平衡条件列式分析 非平衡态 加速度不为零 根据牛顿第二定律结合运动学公式进行分析 2.用动力学观点解答电磁感应问题的一般步骤 3．导体常见运动情况的动态分析 若F ＝0 匀速直线运动 合 v v增大，若a恒定，拉力 ↓ F增大 E＝Blv v增大，F 安 增大，若其他 ↓ a、v同向 力恒定，F 减小，a减 合 若F ≠0 合 I＝ 小，做加速度减小的加速 ↓ ↓ 运动→a＝0，匀速直线运 F ＝ma 合 F ＝BIl 动 安 ↓ v减小，F 安 减小，a减小 F 合 a、v反向 →a＝0，静止或匀速直线 运动例1 (多选)如图所示，U形光滑金属导轨与水平面成37°角倾斜放置，现将一金属杆垂直 放置在导轨上且与两导轨接触良好，在与金属杆垂直且沿着导轨向上的外力 F的作用下， 金属杆从静止开始做匀加速直线运动。整个装置处于垂直导轨平面向上的匀强磁场中，外力 F的最小值为8 N，经过2 s金属杆运动到导轨最上端并离开导轨。已知 U形金属导轨两轨 道之间的距离为1 m，导轨电阻可忽略不计，金属杆的质量为1 kg、电阻为1 Ω，磁感应强 度大小为1 T，重力加速度g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。下列说法正确的是( ) A．拉力F是恒力 B．拉力F随时间t均匀增加 C．金属杆运动到导轨最上端时拉力F为12 N D．金属杆运动的加速度大小为2 m/s2 例2 如图所示，两平行金属导轨水平放入磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场中， 导轨间距为L，导轨左端接有一电容为C的平行板电容器。一质量为m的金属棒ab垂直放 在导轨上，在水平恒力F的作用下从静止开始运动。棒与导轨接触良好，不计金属棒和导 轨的电阻以及金属棒和导轨间的摩擦。求金属棒的加速度并分析金属棒的运动性质。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 拓展 1.若金属导轨平面与水平面成θ角，匀强磁场垂直导轨平面向上。已知重力加速度为 g，又 让金属棒从导轨上端由静止开始下滑，求金属棒下滑过程中的加速度大小。________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 2．在拓展1中，若金属棒与导轨之间的动摩擦因数为 μ(μa，只要a>a，(v－v)↑⇒I↑⇒F 2 2 1 2 1 2 1 安 运动分析 ↑⇒a↑⇒a↓ 1 2 当a＝a 时，(v－v)恒定，I恒定，F 恒定；两棒均加速 1 2 2 1 安 规律 开始时，两棒做变加速运动；稳定时，两棒以相同的加速度做匀加速运 分析 动，I恒定，Δv恒定 对等间距光滑的平行导轨：整体由牛顿第二定律得a＝a＝， 1 2 最终状态 对于导体棒1有F ＝BIL＝ma，I＝，从而可求二者速度差 安 1 考点二 电磁感应中的能量问题 1．电磁感应中的能量转化 其他形式的能量―――――――→――――→ 2．求解焦耳热Q的三种方法 3．解题的一般步骤 (1)确定研究对象(导体棒或回路)； (2)弄清电磁感应过程中哪些力做功，以及哪些形式的能量相互转化； (3)根据功能关系或能量守恒定律列式求解。例4 (2024·广东省模拟)如图甲所示，光滑的金属导轨MN和PQ平行，间距L＝1.0 m，与 水平面之间的夹角α＝37°，匀强磁场磁感应强度B＝2.0 T，方向垂直于导轨平面向上，MP 间接有阻值R＝1.6 Ω的电阻，质量m＝0.5 kg、接入电路的电阻r＝0.4 Ω的金属棒ab垂直 导轨放置，现用和导轨平行的恒力F沿导轨平面向上拉金属棒ab，使其由静止开始运动， 当金属棒上滑的位移s＝3.8 m时达到稳定状态，对应过程的v－t图像如图乙所示。取g＝10 m/s2，导轨足够长(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)。求： (1)运动过程中a、b哪端电势高，并计算恒力F的大小； (2)从金属棒开始运动到刚达到稳定状态，此过程金属棒上产生的焦耳热。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 例5 如图所示，粗细均匀的正方形导线框abcd放在倾角为θ＝30°的绝缘光滑斜面上，通 过轻质细线绕过光滑的定滑轮与木块相连，细线和线框共面、与 cd垂直且与斜面平行。距 线框cd边为L 的MNQP区域存在着垂直于斜面、大小相等、方向相反的两个匀强磁场，EF 0 为两个磁场的分界线，ME＝EP＝L 。现将木块由静止释放后，木块下降，线框沿斜面上滑， 2 恰好匀速进入和离开匀强磁场。已知线框边长为L(L