（浙江選考）2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十章 電磁感應(yīng) 交變電流本章學(xué)科素養(yǎng)提升學(xué)案.docx

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第十章 電磁感應(yīng) 交變電流 基本模型　如圖1，兩光滑金屬導(dǎo)軌在水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間距為L，導(dǎo)體棒的質(zhì)量為m，回路總電阻為R.導(dǎo)體棒在水平力F的作用下運(yùn)動，某時(shí)刻速度為v0，導(dǎo)體棒在磁場中的運(yùn)動情況分析如下： 圖1 運(yùn)動條件 運(yùn)動情況分析 F為恒力 F＝ 合力為零，做勻速運(yùn)動 F> v↑?BLv↑?I↑?BIL↑?a↓?a＝0，勻速運(yùn)動 F< v↓?BLv↓?I↓?BIL↓?a↓?a＝0，勻速運(yùn)動 F隨時(shí)間t按一定線性規(guī)律變化 要使棒做勻加速運(yùn)動，由牛頓第二定律：F＝ma＋ 例1　如圖2所示，兩足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距為L，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角θ＝30，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌平面向上.長為L的金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導(dǎo)軌上，且始終與導(dǎo)軌接觸良好，金屬棒的質(zhì)量為m、電阻為R.兩金屬導(dǎo)軌的上端連接一個(gè)燈泡，燈泡的電阻也為R.現(xiàn)閉合開關(guān)K，給金屬棒施加一個(gè)方向垂直于桿且平行于導(dǎo)軌平面向上的、大小為F＝2mg的恒力，使金屬棒由靜止開始運(yùn)動，當(dāng)金屬棒達(dá)到最大速度時(shí)，燈泡恰能達(dá)到它的額定功率.g為重力加速度，求： 圖2 (1)金屬棒能達(dá)到的最大速度vm； (2)燈泡的額定功率PL； (3)若金屬棒上滑距離為s時(shí)速度恰達(dá)到最大，求金屬棒由靜止開始上滑2s的過程中，金屬棒上產(chǎn)生的熱量Q1. 答案　(1)　(2)　(3)mgs－ 解析　(1)金屬棒先做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動，當(dāng)加速度為零時(shí)，金屬棒達(dá)到最大速度，此后開始做勻速直線運(yùn)動.設(shè)最大速度為vm，則速度達(dá)到最大時(shí)有： E＝BLvm，I＝，F(xiàn)＝BIL＋mgsinθ，解得：vm＝ (2)根據(jù)電功率表達(dá)式：PL＝I2R 解得：PL＝()2R＝＝ (3)設(shè)整個(gè)電路產(chǎn)生的熱量為Q，由能量守恒定律有： F2s＝Q＋mgsinθ2s＋mvm2 解得：Q＝3mgs－ 根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)，可知金屬棒上產(chǎn)生的熱量Q1＝ 解得：Q1＝mgs－. 基本模型 (1)初速度不為零，不受其他水平外力的作用 光滑的平行導(dǎo)軌 光滑不等距導(dǎo)軌 示意圖 質(zhì)量m1＝m2 電阻r1＝r2 長度L1＝L2 桿MN、PQ間距足夠長 質(zhì)量m1＝m2 電阻r1＝r2 長度L1＝2L2 桿MN、PQ間距足夠長且只在各自的軌道上運(yùn)動 規(guī)律 分析 桿MN做變減速運(yùn)動，桿PQ做變加速運(yùn)動，穩(wěn)定時(shí)，兩桿的加速度均為零，以相等的速度勻速運(yùn)動 桿MN做變減速運(yùn)動，桿PQ做變加速運(yùn)動，穩(wěn)定時(shí)，兩桿的加速度均為零，兩桿的速度大小之比為1∶2 (2)初速度為零，一桿受到恒定水平外力的作用 光滑的平行導(dǎo)軌 不光滑平行導(dǎo)軌 示意圖 質(zhì)量m1＝m2 電阻r1＝r2 長度L1＝L2 摩擦力Ff1＝Ff2 質(zhì)量m1＝m2 電阻r1＝r2 長度L1＝L2 規(guī)律 分析 開始時(shí)，兩桿做變加速運(yùn)動；穩(wěn)定時(shí)，兩桿以相同的加速度做勻加速運(yùn)動 開始時(shí)，若F≤2Ff，則PQ桿先變加速后勻速運(yùn)動；MN桿靜止.若F>2Ff，PQ桿先變加速后勻加速運(yùn)動，MN桿先靜止后變加速最后和PQ桿同時(shí)做勻加速運(yùn)動，且加速度相同 例2　間距為L＝2m的足夠長的金屬直角導(dǎo)軌如圖3所示放置，它們各有一邊在同一水平面內(nèi)，另一邊垂直于水平面.質(zhì)量均為m＝0.1kg的金屬細(xì)桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直放置形成閉合回路.細(xì)桿與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)均為μ＝0.5，導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，細(xì)桿ab、cd接入電路的電阻分別為R1＝0.6Ω，R2＝0.4Ω.整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝0.50T、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場中(圖中未畫出).當(dāng)ab桿在平行于水平導(dǎo)軌的拉力F作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌勻加速運(yùn)動時(shí)，cd桿也同時(shí)從靜止開始沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動，且t＝0時(shí)，F(xiàn)＝1.5N.g＝10m/s2. 圖3 (1)求ab桿的加速度a的大??； (2)求當(dāng)cd桿達(dá)到最大速度時(shí)ab桿的速度大??； (3)若從開始到cd桿達(dá)到最大速度的過程中拉力F做的功為5.2J，求該過程中ab桿所產(chǎn)生的焦耳熱. 答案　(1)10m/s2　(2)2 m/s　(3)2.94J 解析　(1)由題可知，在t＝0時(shí)，F(xiàn)＝1.5N 對ab桿進(jìn)行受力分析，由牛頓第二定律得F－μmg＝ma 代入數(shù)據(jù)解得a＝10m/s2. (2)從d向c看，對cd桿進(jìn)行受力分析，如圖所示.設(shè)當(dāng)cd桿速度最大時(shí)，ab桿的速度大小為v，有Ff＝mg＝μFN，F(xiàn)N＝F安，F(xiàn)安＝BIL，I＝ 聯(lián)立解得v＝2m/s (3)整個(gè)過程中，ab桿發(fā)生的位移x＝＝m＝0.2m 對ab桿應(yīng)用動能定理，有WF－μmgx－W安＝mv2 代入數(shù)據(jù)解得W安＝4.9J 根據(jù)功能關(guān)系得Q總＝W安 所以ab桿上產(chǎn)生的焦耳熱Qab＝Q總＝2.94J.