高考物理 電磁感應(yīng)精講精練 電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用之動(dòng)力學(xué)問題學(xué)案

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1、 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題 1．安培力的大小 ?F＝ 2．安培力的方向 (1)先用右手定則確定感應(yīng)電流方向，再用左手定則確定安培力方向． (2)根據(jù)楞次定律，安培力方向一定和導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)方向相反． 例題1．如圖所示，水平光滑的平行金屬導(dǎo)軌，左端接有電阻R，勻強(qiáng)磁場(chǎng)B豎直向下分布在導(dǎo)軌所在的空間內(nèi)，質(zhì)量一定的金屬棒PQ垂直導(dǎo)軌放置．今使棒以一定的初速度v0向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其通過位置a、b時(shí)，速率分別為va、vb，到位置c時(shí)棒剛好靜止，設(shè)導(dǎo)軌與棒的電阻均不計(jì)，a到b與b到c的間距相等，則金屬棒在由a到b和由b到c的兩個(gè)過程中(　　) A．回路中產(chǎn)生的內(nèi)能相等 B．棒運(yùn)動(dòng)的加速度相

2、等 C．安培力做功相等 D．通過棒橫截面積的電荷量相等 解析：選D.棒由a到b再到c的過程中，速度逐漸減小，根據(jù)E＝Blv，E減小，故I減小，再根據(jù)F＝IlB可知安培力減小，根據(jù)F＝ma可知加速度減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．由于a到b與b到c的間距相等，故從a到b安培力做的功大于從b到c安培力做的功，故選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤．再根據(jù)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝＝，平均感應(yīng)電流I＝＝，通過棒橫截面積的電荷量為q＝IΔt＝，故選項(xiàng)D正確． 例題2．如圖所示，水平面上有兩根光滑金屬導(dǎo)軌平行固定放置，導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，間距為l＝0.5 m，左端通過導(dǎo)線與阻值R＝3 Ω的電阻連接，右端通過導(dǎo)線與阻值為RL＝6 Ω的小燈泡L連

3、接，在CDFE矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．一根阻值r＝0.5 Ω、質(zhì)量m＝0.2 kg的金屬棒在恒力F＝2 N的作用下由靜止開始從AB位置沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過t＝1 s剛好進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域．求金屬棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)： (1)金屬棒切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)； (2)小燈泡兩端的電壓和金屬棒受到的安培力． 解析：(1)0～1 s棒只受拉力，由牛頓第二定律得F＝ma，金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)前的加速度a＝＝10 m/s2. 設(shè)其剛要進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度為v，v＝at＝10×1 m/s＝10 m/s. 金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)切割磁感線，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Blv＝0.2×0.5×10 V＝1 V.

4、 (2)小燈泡與電阻R并聯(lián)，R并＝＝2 Ω，通過金屬棒的電流大小I＝＝0.4 A，小燈泡兩端的電壓U＝E－Ir＝1 V－0.4×0.5 V＝0.8 V. 金屬棒受到的安培力大小FA＝BIl＝0.2×0.4×0.5 N＝0.04 N，由右手定則和左手定則可判斷安培力方向水平向左． 答案：(1)1 V　(2)0.8 V　0.04 N，方向水平向左 例題3． (多選)兩根足夠長(zhǎng)的平行光滑導(dǎo)軌豎直固定放置，頂端接一電阻R，導(dǎo)軌所在平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直．將一金屬棒與下端固定的輕彈簧的上端拴接，金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好，重力加速度為g，如圖所示．現(xiàn)將金屬棒從彈簧原長(zhǎng)位置由靜止釋放，則(　　) A．金

5、屬棒在最低點(diǎn)的加速度小于g B．回路中產(chǎn)生的總熱量等于金屬棒重力勢(shì)能的減少量 C．當(dāng)彈簧彈力等于金屬棒的重力時(shí)，金屬棒下落速度最大 D．金屬棒在以后運(yùn)動(dòng)過程中的最大高度一定低于靜止釋放時(shí)的高度 解析：選AD.金屬棒先向下做加速運(yùn)動(dòng)，后向下做減速運(yùn)動(dòng)，假設(shè)沒有磁場(chǎng)，金屬棒運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性可知，最低點(diǎn)的加速度等于剛釋放時(shí)的加速度g，由于金屬棒向下運(yùn)動(dòng)的過程中產(chǎn)生感應(yīng)電流，受到安培力，而安培力是阻力，則知金屬棒下降的高度小于沒有磁場(chǎng)時(shí)的高度，故金屬棒在最低點(diǎn)的加速度小于g.故A正確．根據(jù)能量守恒定律得知，回路中產(chǎn)生的總熱量等于金屬棒重力勢(shì)能的減少量與彈簧彈性勢(shì)能增加量之差

6、，故B錯(cuò)誤，金屬棒向下運(yùn)動(dòng)的過程中，受到重力、彈簧的彈力和安培力三個(gè)力作用，當(dāng)三力平衡時(shí)，速度最大，即當(dāng)彈簧彈力、安培力之和等于金屬棒的重力時(shí)，金屬棒下落速度最大，故C錯(cuò)誤．由于產(chǎn)生內(nèi)能，且彈簧具有彈性勢(shì)能，由能量守恒得知，金屬棒在以后運(yùn)動(dòng)過程中的最大高度一定低于靜止釋放時(shí)的高度，故D正確． 方法總結(jié) 1．兩種狀態(tài)及處理方法 狀態(tài) 特征 處理方法 平衡態(tài) 加速度為零 根據(jù)平衡條件列式分析 非平衡態(tài) 加速度不為零 根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系進(jìn)行分析 2.力學(xué)對(duì)象和電學(xué)對(duì)象的相互關(guān)系 3、解決動(dòng)力學(xué)問題關(guān)鍵是做好兩個(gè)分析 ①受力分析：準(zhǔn)確分析運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體的受力，特別是安培力，求出合力． ②運(yùn)動(dòng)分析：分析導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，是加速、減速，還是勻速，從而確定相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律． 3