2017_2018学年高考物理二轮复习第5板块电学计算题教学案

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1、第5板块电学计算题第23讲电磁感应的动力学和能量问题是历年高考的热点和难点。考查的题型既有选择，又有计算，特别是高考试卷的压轴题也常常考查电磁感应的综合应用。解答这类问题时要注意从动力学和能量角度去分析，根据运动情况和能量变化情况分别列式求解。涉及的规律主要包括：①匀变速直线运动规律；②牛顿运动定律；③功能关系；④能量守恒定律。用到的思想方法主要有：①整体法和隔离法②全程法和分阶段法③条件判断法④临界问题的分析方法⑤守恒思想　　　⑥分解思想　考查点一　电磁感应中的“单杆”模型题点(一)　“单杆”水平式物理模型匀强磁场与导

2、轨垂直，磁感应强度为B，导轨间距为L，导体棒质量为m，初速度为零，拉力恒为F，水平导轨光滑，除电阻R外，其他电阻不计动态分析设运动过程中某时测得导体棒的速度为v，由牛顿第二定律知棒ab的加速度为a＝－，a、v同向，随速度的增加，棒的加速度a减小，当a＝0时，v最大，I＝不再变化收尾状态运动形式匀速直线运动力学特征受力平衡，a＝0电学特征I不再变化[例1]　(2017·江苏高考)如图所示，两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内，其右端接一阻值为R的电阻。质量为m的金属杆静置在导轨上，其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感

3、应强度大小为B、方向竖直向下。当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后，金属杆的速度变为v。导轨和金属杆的电阻不计，导轨光滑且足够长，杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。求：(1)MN刚扫过金属杆时，杆中感应电流的大小I；(2)MN刚扫过金属杆时，杆的加速度大小a；(3)PQ刚要离开金属杆时，感应电流的功率P。[解析]　(1)MN刚扫过金属杆时，金属杆的感应电动势E＝Bdv0①回路的感应电流I＝②由①②式解得I＝。③(2)金属杆所受的安培力F＝Bid④由牛顿第二定律，对金属杆F＝ma⑤由③④⑤式解得

4、a＝。⑥(3)金属杆切割磁感线的速度v′＝v0－v⑦感应电动势E＝Bdv′⑧感应电流的电功率P＝⑨由⑦⑧⑨式解得P＝。⑩[答案]　(1)　(2)　(3)题点(二)　“单杆”倾斜式物理模型匀强磁场与导轨垂直，磁感应强度为B，导轨间距为L，导体棒质量为m，电阻为R，导轨光滑，电阻不计动态分析棒ab刚释放时a＝gsinα，棒ab的速度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＝mgsinα时，a＝0，速度达到最大vm＝收尾状态运动形式匀速直线运动力学特征受力平衡，a＝0电学特征I达到最

5、大后不再变化　[例2]　如图所示，在匀强磁场中有一足够长的光滑平行金属导轨，与水平面间的夹角θ＝30°，间距L＝0.5m，上端接有阻值R＝0.3Ω的电阻，匀强磁场的磁感应强度大小B＝0.4T，磁场方向垂直导轨平面向上。一质量m＝0.2kg，电阻r＝0.1Ω的导体棒MN在平行于导轨的外力F作用下，由静止开始向上做匀加速运动，运动过程中导体棒始终与导轨垂直，且接触良好，当棒的位移d＝9m时电阻R上的消耗的功率为P＝2.7W。其他电阻不计，g取10m/s2。求：(1)此时通过电阻R的电流；(2)这一过程通过电阻R的电荷量q；(

6、3)此时作用于导体棒上的外力F的大小。[思路点拨][解析]　(1)根据热功率：P＝I2R，解得：I＝＝A＝3A。(2)回路中产生的平均感应电动势：＝，由欧姆定律得：＝，电流和电量之间关系式：q＝t＝＝＝C＝4.5C。(3)由(1)知此时感应电流I＝3A，由I＝＝，解得此时速度：v＝＝m/s＝6m/s，由匀变速运动公式：v2＝2ax，解得：a＝＝m/s2＝2m/s2，对导体棒由牛顿第二定律得：F－F安－mgsin30°＝ma，即：F－BIL－mgsin30°＝ma，解得：F＝ma＋BIL＋mgsin30°＝0.2×2N＋0

7、.4×0.5×3N＋0.2×10×N＝2N。[答案]　(1)3A　(2)4.5C　(3)2N1．“单杆”模型分析“单杆”模型是电磁感应中常见的物理模型，此类问题所给的物理情景一般是导体棒垂直切割磁感线，在安培力、重力、拉力作用下的变加速直线运动或匀速直线运动，所涉及的知识有牛顿运动定律、功能关系、能量守恒定律等。此类问题的分析要抓住三点：①杆的稳定状态一般是匀速运动(达到最大速度或最小速度，此时合力为零)。②整个电路产生的电能等于克服安培力所做的功。③电磁感应现象遵从能量守恒定律。2．力学对象和电学对象间的桥梁——感应电

8、流I、切割速度v3．用“四步法”分析电磁感应中的动力学问题考查点二　电磁感应中的“双杆”模型[典例]　如图所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ＝30°的斜面上，导轨电阻不计，间距L＝0.4m。导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ，两区域的边界与斜面的交线为MN，Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下，Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面