高二寒假讲义 专题2 电磁感应定律的应用(方松禧)(1)(3)

“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能．同理，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能． 3．在利用功能关系分析电磁感应的能量问题时，首先应对研究对象进行准确的受力分析，判断各力做功情况，利用动能定理或功能关系列式求解． 4．利用能量守恒分析电磁感应问题时，应注意明确初、末状态及其能量转化，根据力做功和相应形式能的转化列式求解． 【变式训练】两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L，底端接阻值为R的电阻．将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒和导轨接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，如图所示．除电阻R外其余电阻不计．现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放．则 ( ) A．金属棒的动能、重力势能与弹簧的弹性势能的总和保持不变 B．金属棒最后将静止，静止时弹簧伸长量为 mgkB2L2vC．金属棒的速度为v时，所受的安培力大小为F＝ RD．金属棒最后将静止，电阻R上产生的总热量为mg·mg k 【解析】 【学法总结】本题考查分析、判断和推导电磁感应现象中导体的加速度、安培力、能量转化等问题的能力，是一道综合性较强的题目． 考点五：电磁感应中“杆＋导轨”模型问题 【例5】(2011·天津理综·11)如图5所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为l＝0.5 m，其电阻不11www.1smart.org 中国领先的中小学教育品牌

计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角．完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒质量均为m＝0.02 kg，电阻均为R＝0.1 Ω，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.2 T，棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd恰好能够保持静止，取g＝10 m/s，问： (1)通过棒cd的电流I是多少，方向如何？ (2)棒ab受到的力F多大？ (3)棒cd每产生Q＝0.1 J的热量，力F做的功W是多少？ 2 【解析】 【学法总结】在电磁感应中的动力学问题中有两类常见的模型. 类型 示 意 图 “电—动—电”型 “动—电—动”型 12www.1smart.org 中国领先的中小学教育品牌

已知 棒ab长L，质量m，电阻R；导轨光滑水平，电阻不计 棒ab长L，质量m，电阻R；导轨光滑，电阻不计 棒ab释放后下滑，此时a＝gsin α，棒ab速度v↑→感应电动势E＝BLv↑→电流I＝↑→安培力F＝BIL↑→加速度a↓，当安培力F＝mgsin α时，a＝0，v最大，最后匀速 BLES闭合，棒ab受安培力F＝，此时aR分 析 ＝BLE，棒ab速度v↑→感应电动势BLvmRER↑→电流I↓→安培力F＝BIL↓→加速度a↓，当安培力F＝0时，a＝0，v最大，最后匀速 运动 形式 最终 状态 变加速运动 变加速运动 匀速运动 匀速运动vm＝ EBLmgRsin αvm＝ B2L2【变式】如图所示，两根足够长的光滑直金属导轨MN、PQ平行固定在倾角θ＝37°的绝缘斜面上，两导轨间距L＝1 m，导轨的电阻可忽略．M、P两点间接有阻值为R的电阻．一根质量m＝1 kg、电阻r＝0.2 Ω的均匀直金属杆ab放在两导轨上，与导轨垂直且接触良好．整套装置处于磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下．自图示位置起，杆ab受到大小为F＝0.5v＋2(式中v为杆ab运动的速度，力F的单位为N)、方向平行导轨沿斜面向下的拉力作用，由静止开始运动，测得通过电阻R的电流随时间均匀增大．g取10 m/s，sin 37°＝0.6. (1)试判断金属杆ab在匀强磁场中做何种运动，并请写出推理过程； (2)求电阻R的阻值； (3)求金属杆ab自静止开始下滑通过位移x＝1 m所需的时间t. 2 【解析】 13www.1smart.org 中国领先的中小学教育品牌

【学法总结】本题首先根据电流与速度的关系，分析杆ab的运动情况，再根据牛顿第二定律推导出加速度与速度的表达式，根据匀加速运动加速度不变的特点，求出电阻，难度较大． 二、专题检测 1．用相同导线绕制的边长为l或2l的四个闭合导体线框a、b、c、d，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图9所示．在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud.下列判断正确的是 ( ) 图9 A．Ua

C．Ua＝Ub

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