专题13.4　电磁感应中的动力学问题、能量问题和动量观点在电磁感应中的应用【讲】——2023年高考物理一轮复习讲练测（人教）（解析版）.docx

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专题13.4　电磁感应中的动力学问题、能量问题和动量观点在电磁感应中的应用【讲】
【讲核心素养】
1.物理观念：
①物质观：导体棒、斜面、导线框；
②运动观：匀变速直线运动、非匀变速直线运动；
③相互作用观：重力、弹力、摩擦力、安培力；
④能量观：内能、机械能、电能、焦耳热、动能定理。
2.科学思维：电磁感应规律的理解和应用。
能运用运动学、动力学、恒定电流、电磁感应和能量等知识解决导体棒、导线框的运动与能量、动量转化问题。
【讲考点题型】
【知识点一】电磁感应中的平衡和动力学问题
1．安培力的大小
⇒F＝2l2v,R＋r)
2．安培力的方向
(1)用左手定则判断：先用右手定则判断感应电流的方向，再用左手定则判定安培力的方向．
(2)用楞次定律判断：安培力的方向一定与导体切割磁感线的运动方向相反．
3．电学对象与力学对象的转换及关系
4.题型简述
感应电流在磁场中受到安培力的作用，因此电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起。解决这类问题需要综合应用电磁感应规律(法拉第电磁感应定律、楞次定律)及力学中的有关规律(共点力的平衡条件、牛顿运动定律、动能定理等)。
2.处理方法
状态
特征
处理方法
平衡态
加速度为零
根据平衡条件列式分析
非平衡态
加速度不为零
根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系进行分析
【例1】（2022·新疆·博乐市高级中学（华中师大一附中博乐分校）模拟预测）如图所示，有两根电阻不计、竖直固定的光滑金属导轨（足够长），其间距为d，上端接一阻值为R的电阻，水平虚线CD（足够高）下方区域存在磁感应强度大小为B、方向水平向里的匀强磁场。现将一电阻为R、长度为d的导体棒从虚线CD上方ab处由静止释放，导体棒下落时间t、通过虚线CD时恰好开始匀速进入磁场，此时立即对导体棒施加一个与导体棒所受重力大小相等、方向竖直向上的恒定拉力。已知重力加速度大小为g，导体棒始终与导轨垂直并接触良好，不计空气阻力。下列说法正确的是（　　）
A．导体棒到达虚线CD时的速度大小为
B．导体棒开始下落时距虚线CD的高度为
C．导体棒的质量为
D．导体棒从虚线CD运动到最低点的过程中，导体棒上产生的焦耳热为
【答案】 D
【解析】AB．根据自由落体运动的规律可知，导体棒到达虚线CD时的速度大小
导体棒开始下落时距虚线CD的高度
选项A、B均错误；
C．导体棒刚进入磁场时，切割磁感线产生的感应电动势
通过导体棒的电流
根据物体的平衡条件有
解得
选项C错误；
D．对导体棒施加一个与导体棒所受重力大小相等、方向竖直向上的恒定拉力时，导体棒做在安培力作用下做减速运动，直到最后停止，设导体棒从虚线CD运动到最低点的过程中，回路中产生的总焦耳热为Q，根据功能关系有
该过程中导体棒上产生的焦耳热
解得
选项D正确。
故选D。
【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。
【变式训练1】（2022·江苏省海头高级中学高三期末）如图所示，电阻不计的光滑金属导轨固定放置在倾角的斜面上，两导轨间距为，两侧接有阻值均为的定值电阻，范围内有垂直于斜面向下的磁场，磁感应强度为，质量为的金属棒置于轨道上，金属棒的电阻为，由静止释放金属棒，金属棒经过时间进入磁场，进入磁场后给金属棒施加沿斜面向上的恒力，金属棒恰好静止在，金属棒始终与导轨垂直并接触良好，重力加速度为，下列说法正确的是（　　）
A．金属棒刚进入磁场中的速度为
B．金属棒刚进入磁场时两端的电压为
C．整个过程流过金属棒的电荷量为
D．整个过程，电路中一个电阻R上产生的热量为
【答案】 C
【解析】A．由于金属棒未进入磁场时只受重力，有
金属棒速度
解得
A错误；
B．金属棒刚进入磁场的电动势
金属棒两端的电压
B错误；
C．金属棒进入磁场
金属棒在磁场中所受合力为安培力，由动量定理
解得
C正确；
D．由于金属棒最终静止在，由能量守恒
电路中其中一个电阻产生的热量
D错误。
故选C。
【技巧总结】用“四步法”分析电磁感应中的动力学问题
【知识点二】电磁感应中的动力学和能量问题
1．电磁感应中的能量转化
2．求解焦耳热Q的三种方法
3．求解电磁感应现象中能量问题的一般步骤
(1)在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源。
(2)分析清楚有哪些力做功，就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化。
(3)根据能量守恒列方程求解。
解决电磁感应能量问题的策略是“先源后路、先电后力，再是运动、能