2019屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 熱點題型 專題4.9 電磁感應(yīng)中的能量問題學(xué)案.doc
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專題4.9 電磁感應(yīng)中的能量問題 1.電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化 2.求解焦耳熱Q的三種方法 3. 解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量問題的一般步驟 (1)在電磁感應(yīng)中,切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源。 (2)分析清楚有哪些力做功,就可以知道有哪些形式的能量發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化。 (3)根據(jù)能量守恒列方程求解?! ? 題型1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象與能量守恒定律的綜合 【典例1】如圖所示,兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角θ=30的斜面上,導(dǎo)軌電阻不計,間距L=0.4 m,導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域Ⅰ和Ⅱ,兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN。Ⅰ中的勻強磁場方向垂直斜面向下,Ⅱ中的勻強磁場方向垂直斜面向上,兩磁場的磁感應(yīng)強度大小均為B=0.5 T。在區(qū)域Ⅰ中,將質(zhì)量m1=0.1 kg、電阻R1=0.1 Ω的金屬條ab放在導(dǎo)軌上,ab剛好不下滑。然后,在區(qū)域Ⅱ中將質(zhì)量m2=0.4 kg,電阻R2=0.1 Ω的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上,由靜止開始下滑。cd在滑動過程中始終處于區(qū)域Ⅱ的磁場中,ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸,取g=10 m/s2,問: (1)cd下滑的過程中,ab中的電流方向; (2)ab剛要向上滑動時,cd的速度v多大? (3)從cd開始下滑到ab剛要向上滑動的過程中,cd滑動的距離x=3.8 m,此過程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少? 【答案】 (1)由a流向b (2)5 m/s (3)1.3 J 【解析】 (1)由右手定則可判斷出cd中的電流方向為由d到c,則ab中電流方向為由a流向b。 (2)開始放置時ab剛好不下滑,ab所受摩擦力為最大靜摩擦力, 設(shè)其為Fmax,有Fmax=m1gsin θ① 設(shè)ab剛要上滑時,cd棒的感應(yīng)電動勢為E,由法拉第電磁感應(yīng)定律有E=BLv② 綜合①②③④⑤式,代入數(shù)據(jù)解得v=5 m/s (3)設(shè)cd棒運動過程中在電路中產(chǎn)生的總熱量為Q總,由能量守恒定律有m2gxsin θ=Q總+m2v2 又Q=Q總 解得Q=1.3 J 【跟蹤訓(xùn)練】 1.(2019屆云南省玉溪市峨山一中高三9月份考試) 如圖所示,兩根光滑的平行金屬導(dǎo)軌位于水平面內(nèi),勻強磁場與導(dǎo)軌所在平面垂直,兩根金屬桿甲和乙可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動,滑動過程中與導(dǎo)軌接觸良好且保持垂直.起初兩根桿都靜止.現(xiàn)突然給甲一個沖量使其獲得速度v而開始運動,回路中的電阻不可忽略,那么在以后的運動中,下列說法正確的是( ) A. 甲克服安培力做的功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱 B. 甲動能的減少量等于系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱 C. 甲機械能的減少量等于乙獲得的動能與系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱之和 D. 最終兩根金屬桿都會停止運動 【答案】C 【解析】給甲一個沖量使其獲得速度v而開始運動,回路中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流,根據(jù)左手定則,甲棒受到向左的安培力而減速,乙棒受到向右的安培力而加速,根據(jù)能量守恒定律,故甲棒減小的動能等于系統(tǒng)增加的內(nèi)能和乙棒增加的動能之和,故A、B、D錯誤,C正確.故選C。 2.如圖所示,在傾角為的光滑斜面上,存在著兩個磁感應(yīng)強度相等的勻強磁場,方向一個垂直斜面向上,另一個垂直斜面向下,寬度均為L,一個質(zhì)量為m,邊長為L的正方形線框以速度v剛進入上邊磁場時,即恰好做勻速直線運動,求: (1)當(dāng)邊剛越過時,線框的加速度多大?方向如何? (2)當(dāng)?shù)竭_與中間位置時,線框又恰好作勻速運動,求線框從開始進入到邊到達與中間位置時,產(chǎn)生的熱量是多少? 【答案】(1),方向平行于斜面向上(2)Q= 【解析】(1)ab邊剛越過即作勻速直線運動,表明線框此時受到的合外力為零,即: (2)設(shè)線框再作勻速直線運動的速度為,則:,即 從線框越過到線框再作勻速直線運動過程中,設(shè)產(chǎn)生的熱量為Q,則由能量守恒定律得: 題型2 電磁感應(yīng)現(xiàn)象與動量守恒定律的綜合 【典例2】如圖所示,兩根間距為l的光滑金屬導(dǎo)軌(不計電阻),由一段圓弧部分與一段無限長的水平段部分組成,其水平段加有豎直向下方向的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B,導(dǎo)軌水平段上靜止放置一金屬棒cd,質(zhì)量為2m,電阻為2r。另一質(zhì)量為m,電阻為r的金屬棒ab,從圓弧段M處由靜止釋放下滑至N處進入水平段,棒與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好,圓弧段MN半徑為R,所對圓心角為60。求: (1)ab棒在N處進入磁場區(qū)速度是多大?此時棒中電流是多少? (2)cd棒能達到的最大速度是多大? (3)cd棒由靜止到達最大速度過程中,系統(tǒng)所能釋放的熱量是多少? 【答案】 (1) (2) (3)mgR 【解析】 (1)ab棒由M下滑到N過程中機械能守恒,故 mgR(1-cos 60)=mv2 解得v=。 進入磁場區(qū)瞬間,回路中電流強度 I==。 (2)ab棒在安培力作用下做減速運動,cd棒在安培力作用下做加速運動,當(dāng)兩棒速度達到相同速度v′時,電路中電流為零,安培力為零,cd達到最大速度。運用動量守恒定律得mv=(2m+m)v′ 解得v′=。 (3)系統(tǒng)釋放的熱量應(yīng)等于系統(tǒng)機械能的減少量, 故Q=mv2-3mv′2, 解得Q=mgR。 【跟蹤訓(xùn)練】 如圖所示,MN、PQ兩平行光滑水平導(dǎo)軌分別與半徑r=0.5 m 的相同豎直半圓導(dǎo)軌在N、Q端平滑連接,M、P端連接定值電阻R,質(zhì)量M=2 kg的cd絕緣桿垂直且靜止在水平導(dǎo)軌上,在其右側(cè)至N、Q端的區(qū)域內(nèi)充滿豎直向上的勻強磁場。現(xiàn)有質(zhì)量m=1 kg的ab金屬桿以初速度v0=12 m/s水平向右運動,與cd絕緣桿發(fā)生正碰后,進入磁場并最終未滑出,cd絕緣桿則恰好能通過半圓導(dǎo)軌最高點,不計除R以外的其他電阻和摩擦,ab金屬桿始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,g取10 m/s2,(不考慮cd桿通過半圓導(dǎo)軌最高點以后的運動)求: (1)cd絕緣桿通過半圓導(dǎo)軌最高點時的速度大小v; (2)電阻R產(chǎn)生的焦耳熱Q。 【答案】 (1) m/s (2)2 J 【解析】 (1)cd絕緣桿通過半圓導(dǎo)軌最高點時, 由牛頓第二定律有Mg=M 解得v= m/s。 (2)發(fā)生正碰后cd絕緣桿滑至最高點的過程中,由動能定理有 -Mg2r=Mv2-Mv, 解得碰撞后cd絕緣桿的速度v2=5 m/s, 兩桿碰撞過程中動量守恒,有 mv0=mv1+Mv2, 解得碰撞后ab金屬桿的速度v1=2 m/s, ab金屬桿進入磁場后由能量守恒定律有mv=Q, 解得Q=2 J。 高考+模擬綜合提升訓(xùn)練 1.(2018江蘇卷)如圖所示,豎直放置的形光滑導(dǎo)軌寬為L,矩形勻強磁場Ⅰ、Ⅱ的高和間距均為d,磁感應(yīng)強度為B.質(zhì)量為m的水平金屬桿由靜止釋放,進入磁場Ⅰ和Ⅱ時的速度相等.金屬桿在導(dǎo)軌間的電阻為R,與導(dǎo)軌接觸良好,其余電阻不計,重力加速度為g.金屬桿( ) A. 剛進入磁場Ⅰ時加速度方向豎直向下 B. 穿過磁場Ⅰ的時間大于在兩磁場之間的運動時間 C. 穿過兩磁場產(chǎn)生的總熱量為4mgd D. 釋放時距磁場Ⅰ上邊界的高度h可能小于 【答案】BC 【解析】由于金屬棒進入兩個磁場的速度相等,而穿出磁場后金屬桿做加速度為g的加速運動,所以金屬能全部轉(zhuǎn)化為焦耳熱,所以Q1=mg.2d,所以穿過兩個磁場過程中產(chǎn)生的熱量為4mgd,選項C正確;若金屬桿進入磁場做勻速運動,則,得,有前面分析可知金屬桿進入磁場的速度大于,根據(jù)得金屬桿進入磁場的高度應(yīng)大于,選項D錯誤。 2.(2018-2019云南省峨山一中高三第一次月考) 如圖所示,相距為d的邊界水平的勻強磁場,磁感應(yīng)強度水平向里、大小為B.質(zhì)量為m、電阻為R、邊長為L的正方形線圈abcd,將線圈在磁場上方高h處由靜止釋放,已知cd邊剛進入磁場時和cd邊剛離開磁場時速度相等,不計空氣阻力,則( ) A. 在線圈穿過磁場的整個過程中,克服安培力做功為mgd B. 若L=d,則線圈穿過磁場的整個過程所用時間為 C. 若L- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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