2023版高考物理一轮总复习专题10电磁感应热点专题系列8三大观点在电磁感应模型中的应用课件

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近几年高考，电磁感应部份的内容已成为必考，是高考部分的热点和重点．其中动量定理和动量守恒定律在电磁感应中的应用会成为命题的新生点．在复习中应该对该部分的知识点引起充分的重视．杆＋导轨或导线框是常见模型，属于考查热点，该题型知识跨度大，思维综合性强，试题难度一般比较大．
处理电磁感应中的导体棒问题的选取标准：
综合类型一　电磁感应中“单杆”模型1．水平导轨上单杆的运动
2．倾斜导轨上单杆的运动
例1　(2021届常州名校期末)如图所示，竖直固定的足够长的光滑金属导轨MN、PQ，间距L＝0.2 m，其电阻不计．完全相同的两根金属棒ab、cd垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终良好接触．已知两棒质量均为m＝0.01 kg，电阻均为R＝0.2 Ω，棒cd放置在水平绝缘平台上，整个装置处在垂直于导轨平面向里的匀强磁场中，磁感应强度B＝1.0 T．棒ab在竖直向上的恒力F作用下由静止开始向上运动，当ab棒运动位移x＝0.1 m时达到最大速度，此时cd棒对绝缘平台的压力恰好为零，g取10 m/s2.求：
(1)恒力F的大小；(2)ab棒由静止到最大速度通过ab棒的电荷量q；(3)ab棒由静止到达到最大速度过程中回路产生的焦耳热Q.解：(1)当棒ab达到最大速度时，对ab和cd的整体有F＝2mg＝0.2 N.
变式1　(2021年深圳模拟)如图所示，是某同学设计的一种磁动力电梯的原理图，即在竖直平面内有两根很长的平行竖直金属轨道MN和PQ，轨道间有垂直轨道平面的匀强磁场，两导轨下端用导线相连．处于金属轨道间的导体杆ab与轨道垂直，且正下方通过绝缘装置固定电梯轿厢，当磁场向上运动时，电梯可向上运动(设运动过程中ab始终与导轨垂直且接触良好)．已知匀强磁场强度为B，电梯载人时电梯轿厢及ab杆的总质量为M，两导轨间的距离为L，导体杆电阻为R，其余部分电阻不计．当磁场以v0的速度匀速上升时，电梯轿厢刚好能离开地面．不计空气阻力，ab杆与轨道的最大静摩擦力大小与滑动摩擦力大小相等．重力加速度为g.求：
(1)此时通过ab杆电流的方向及ab杆受到轨道摩擦力的大小；(2)当电梯匀速上升的速度大小为v1时，磁场向上匀速运动速度v2的大小．
例2　如图所示，MN、PQ是两根足够长的光滑平行金属导轨，导轨间距为L＝0.5 m，导轨所在平面与水平面夹角θ＝37°，M、P间接阻值为R＝9 Ω的电阻．匀强磁场的方向与导轨所在平面垂直，磁感应强度大小为B＝2 T．质量为m＝0.1 kg、阻值为r＝1 Ω的金属棒放在两导轨上，在平行于导轨的恒定拉力F＝1 N作用下，从静止开始向上运动．已知金属棒与导轨始终垂直并且保持良好接触，导轨电阻不计，导轨和磁场足够大，g取10 m/s2.求：
(1)当金属棒的速度为2 m/s时的加速度；(2)金属棒能获得的最大速度；(3)若金属棒从开始运动到获得最大速度在导轨上滑行的距离是2.5 m，求这一过程中R上产生的焦耳热．
变式2　如图所示，两平行光滑不计电阻的金属导轨竖直放置，导轨上端接一阻值为R的定值电阻，两导轨之间的距离为d.矩形区域abdc内存在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，ab、cd之间的距离为L.在cd下方有一导体棒MN，导体棒MN与导轨垂直，与cd之间的距离为H，导体棒的质量为m，电阻为r.给导体棒一竖直向上的恒力，导体棒在恒力F作用下由静止开始竖直向上运动，进入磁场区域后做减速运动．若导体棒到达ab处的速度为v0，重力加速度大小为g.求：
(1)导体棒到达cd处时速度的大小；(2)导体棒刚进入磁场时加速度的大小；(3)导体棒通过磁场区域的过程中，通过电阻R的电荷量和电阻R产生的热量．
综合类型二　电磁感应中“双杆”模型
例3　(2021届浙大附中模拟)如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距l＝1 m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角．杆1、杆2是两根用细线连接的金属杆，分别垂直导轨放置，每杆两端都与导轨始终接触良好，其质量分别为m1＝0.1 kg和m2＝0.2 kg，两杆的总电阻R＝3 Ω，两杆在沿导轨向上的外力F作用下保持静止．整个装置处在磁感应强度B＝1 T的匀强磁场中，磁场方向与导轨所在平面垂直，在t＝0时刻将细线烧断，保持F不变，g取10 m/s2，求：
(1)细线烧断瞬间，杆1的加速度a1的大小；(2)细线烧断后，两杆最大速度v1、v2的大小；(3)两杆刚达到最大速度时，杆1上滑了0.8 m，则从t＝0时刻起到此时刻用了多长时间？(4)在(3)题情景中，电路产生的焦耳热．解：(1)细线烧断瞬间F＝(m1＋m2)gsin 30°，棒1：F－m1gsin 30°＝m1a1，解得a1＝10 m/s2.
变式3　如图所示，两根质量均为m＝2 kg的金属棒垂直地放在光滑的水平导轨上，左、右两部分导轨间距之比为1∶2，导轨间左、右两部分有大小相等、方向相反的匀强磁场，两棒电阻与棒长成正比，不计导轨电阻，现用250 N的水平拉力F向右拉CD棒，在CD棒运动0.5 m的过程中，CD棒上产生的焦耳热为30 J，此时AB棒和CD棒的速度分别为vA和vC，且vA∶vC＝1∶2，立即撤去拉力F，设导轨足够长且两棒始终在不同磁场中运动，求：
(1)在CD棒运动0.5 m的过程中，AB棒上产生的焦耳热；(2)撤去拉力F瞬间，两棒的速度vA和vC的大小；(3)撤去拉力F后，两棒最终做匀速运动时的速度vA′和vC′的大小．
点评　两导体棒不等长，则所受安培力大小不相等，系统的动量不守恒，应用动量定理综合其他的力学规律处理问题．处理此类问题的关键是分析两导体棒的运动过程，知道最终达到稳定状态时，两导体棒中产生的感应电动势大小相等、方向相反．
(3)撤去拉力F后，AB棒继续向左做加速运动，而CD棒开始向右做减速运动，两棒最终做匀速运动时，电路中电流为零，两棒切割磁感线产生的感应电动势大小相等，此时两棒的速度满足BLvA′＝B·2LvC′，即vA′＝2vC′，