【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ,達(dá)到很高的速度?！景咐骄?】(2020北京海淀區(qū)摸底)電磁軌道炮利用電流和磁場(chǎng)的作用使炮彈獲得超高速度,其原理可用來研制新武器和航天運(yùn)載器。電磁軌道炮示意圖如圖所示。兩根固定于水平面內(nèi)的光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),導(dǎo)軌間存在垂直于導(dǎo)軌平面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),導(dǎo)軌電阻不計(jì)。炮彈可視為一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒MN,垂直放在兩導(dǎo)軌間處于靜止?fàn)顟B(tài),并與導(dǎo)軌良好接觸。電容器電容為C,首先開關(guān)接1,使電容器完全充電,然后將S接至2,MN由靜止開始向右加速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)MN上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電容器兩極板間的電壓相等時(shí),回路中電流為零,MN達(dá)到最大速度vm,之后離開導(dǎo)軌。問:(1)這個(gè)過程中通過MN的電荷量。(2)直流電源的電動(dòng)勢(shì)。(3)某同學(xué)想根據(jù)第一問的結(jié)果,利用公式q=ΔΦR=BLxR求MN加速過程的位移,請(qǐng)判斷這個(gè)方法是否可行,并說明理由。四、電磁剎車電磁剎車又稱渦磁剎車,當(dāng)金屬片(通常是銅或銅鋁合金)切割磁感線時(shí),會(huì)在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流,這將生成一個(gè)磁場(chǎng)來反抗運(yùn)動(dòng),由此產(chǎn)生制動(dòng)力?！景咐骄?】(2020北京朝陽(yáng)區(qū)高三上期末)某研學(xué)小組設(shè)計(jì)了一個(gè)輔助列車進(jìn)站時(shí)快速剎車的方案。如圖所示,在站臺(tái)軌道下方埋一勵(lì)磁線圈,通電后形成豎直方向的磁場(chǎng)(可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng))。在車身下方固定一矩形線框,利用線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受的安培力,輔助列車快速剎車。已知列車的總質(zhì)量為m,車身長(zhǎng)為s,線框的短邊ab和cd分別安裝在車頭和車尾,長(zhǎng)度均為L(zhǎng)(L小于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的寬度),整個(gè)線框的電阻為R。站臺(tái)軌道上勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域足夠長(zhǎng)(大于車身長(zhǎng)s),車頭進(jìn)入磁場(chǎng)瞬間的速度為v0,假設(shè)列車停止前所受鐵軌及空氣阻力的合力恒為f。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,車尾進(jìn)入磁場(chǎng)瞬間,列車恰好停止。(1)求列車車頭剛進(jìn)入磁場(chǎng)瞬間線框中的電流大小I和列車的加速度大小a。(2)求列車從車頭進(jìn)入磁場(chǎng)到停止所用的時(shí)間t。(3)請(qǐng)你評(píng)價(jià)該設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。(優(yōu)、缺點(diǎn)至少一種)五、真空高速列車真空高速列車屬于磁浮列車、飛行列車,可用于超級(jí)高鐵,未來實(shí)驗(yàn)室將推出速度600~1 000 km/h的真空管道高速列車小比例模型。【案例探究5】(2018天津高考)真空管道超高速列車的動(dòng)力系統(tǒng)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成平動(dòng)動(dòng)能的裝置。圖甲是某種動(dòng)力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型,圖中粗實(shí)線表示固定在水平面上間距為l的兩條平行光滑金屬導(dǎo)軌,電阻忽略不計(jì)。ab和cd是兩根與導(dǎo)軌垂直、長(zhǎng)度均為l、電阻均為R的金屬棒,通過絕緣材料固定在列車底部,并與導(dǎo)軌良好接觸,其間距也為l,列車的總質(zhì)量為m。列車啟動(dòng)前,ab、cd處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面向下,如圖甲所示。為使列車啟動(dòng),需在M、N間連接電動(dòng)勢(shì)為E的直流電源,電源內(nèi)阻及導(dǎo)線電阻忽略不計(jì)。列車啟動(dòng)后電源自動(dòng)關(guān)閉。甲乙(1)要使列車向右運(yùn)行,啟動(dòng)時(shí)圖甲中M、N哪個(gè)接電源正極,并簡(jiǎn)要說明理由。(2)求剛接通電源時(shí)列車加速度a的大小。(3)列車減速時(shí),需在前方設(shè)置如圖乙所示的一系列磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)寬度和相鄰磁場(chǎng)間距均大于l。若某時(shí)刻列車的速度為v0,此時(shí)ab、cd均在無磁場(chǎng)區(qū)域,試討論:要使列車停下來,前方至少需要多少塊這樣的有界磁場(chǎng)?　　　　　　　　　　　　　　　　　素養(yǎng)提升微課堂　電磁感應(yīng)中的“桿+導(dǎo)軌”模型核心歸納“桿+導(dǎo)軌”模型是高考的熱點(diǎn),考查的知識(shí)點(diǎn)多,題目的綜合性強(qiáng),物理情景變化空間大,也是復(fù)習(xí)中的難點(diǎn)。“桿+導(dǎo)軌”模型又分為“單桿”型和“雙桿”型(“單桿”型為重點(diǎn))。導(dǎo)軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜。桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為勻速、勻變速、非勻變速運(yùn)動(dòng)等。物理模型勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,棒ab長(zhǎng)為L(zhǎng),質(zhì)量為m,初速度為零,拉力恒為F,水平導(dǎo)軌光滑,除電阻R外,其他電阻不計(jì)動(dòng)態(tài)分析設(shè)運(yùn)動(dòng)過程中某時(shí)刻棒的速度為v,由牛頓第二定律知棒ab的加速度為a=FmB2L2vmR,a、v同向,隨速度的增加,棒的加速度a減小,當(dāng)a=0時(shí),v最大,I=BLvR恒定收尾狀態(tài)運(yùn)動(dòng)形式勻速直線運(yùn)動(dòng)力學(xué)特征a=0,v恒定不變電學(xué)特征I恒定物理模型勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,導(dǎo)軌間距L,導(dǎo)體棒質(zhì)量m,電阻R,導(dǎo)軌光滑,電阻不計(jì)(如圖)動(dòng)態(tài)分析棒ab釋放后下滑,此時(shí)a=gsin α,棒ab速度v↑→感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv↑→電流I=ER↑→安培力F=BIL↑→加速度a↓,當(dāng)安培力F=mgsin α?xí)r,a=0,v最大收尾狀態(tài)運(yùn)動(dòng)形式勻速直線運(yùn)動(dòng)力學(xué)特征a=0,v最大,vm=mgRsinαB2L2電學(xué)特征I恒定物理模型“雙桿”模型分為兩類:一類是“一動(dòng)一靜”,甲桿靜止不動(dòng),乙桿運(yùn)動(dòng),其實(shí)質(zhì)是單桿問題,不過要注意問題包含著一個(gè)條件:甲桿靜止,受力平衡。另一種情況是兩桿都在運(yùn)動(dòng),對(duì)于這種情況,要注意兩桿切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是相加還是相減分析方法動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)通常情況下一個(gè)金屬桿做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng),而另一個(gè)金屬桿做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng),最終兩金屬桿以共同的速度勻速運(yùn)動(dòng)能量觀點(diǎn)其中一個(gè)金屬桿機(jī)械能的減少量等于另一個(gè)金屬桿機(jī)械能的增加量與回路中產(chǎn)生的焦耳熱之和動(dòng)量觀點(diǎn)對(duì)于兩金屬桿在平直的光滑導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的情況,如果兩金屬桿所受的外力之和為零,則考慮應(yīng)用動(dòng)量守恒定律處理問題由BILΔt=mΔv、q=IΔt可知,當(dāng)題目中涉及電荷量或平均電流時(shí),可應(yīng)用動(dòng)量定理來解決問題,也可以結(jié)合q=ΔΦR=BLΔxR求解典例分析【典例1】如圖所示,兩根足夠長(zhǎng)且平行的光滑金屬導(dǎo)軌與水平面成53176。角固定放置,導(dǎo)軌間連接一阻值為6 Ω的電阻R,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)。在兩平行虛線m、n間有一與導(dǎo)軌所在平面垂直、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。導(dǎo)體棒a的質(zhì)量為ma= kg,電阻Ra=3 Ω。導(dǎo)體棒b的質(zhì)量為mb= kg,電阻Rb=6 Ω。它們分別垂直導(dǎo)軌放置并始終與導(dǎo)軌接觸良好。a、b從開始相距L0= m 處同時(shí)由靜止開始釋放,運(yùn)動(dòng)過程中它們都能勻速穿過磁場(chǎng)區(qū)域,當(dāng)b剛穿出磁場(chǎng)時(shí),a正好進(jìn)入磁場(chǎng)(g取10 m/s2,不計(jì)a、b之間電流的相互作用)。求:(1)當(dāng)a、b分別穿越磁場(chǎng)的過程中,通過R的電荷量之比。(2)在穿越磁場(chǎng)的過程中,a、b兩導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小之比。(3)磁場(chǎng)區(qū)域沿導(dǎo)軌方向的寬度d。(4)在整個(gè)過程中產(chǎn)生的總焦耳熱。思維點(diǎn)撥由法拉第電磁感應(yīng)定律求得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),由受力平衡求得導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度,根據(jù)能量守恒求焦耳熱?！镜淅?】(2020遼寧部分重點(diǎn)中學(xué)協(xié)作體模擬)如圖所示,空間存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B= T。在勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi),有一對(duì)光滑平行金屬導(dǎo)軌,處于同一水平面內(nèi),導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),導(dǎo)軌間距L=1 m,電阻可忽略不計(jì)。質(zhì)量均為m=1 kg,電阻均為R= Ω的金屬導(dǎo)體棒MN和PQ垂直放置于導(dǎo)軌上,且與導(dǎo)軌接觸良好。先將PQ暫時(shí)鎖定,金屬棒MN在垂直于棒的拉力F作用下,由靜止開始以加速度a= m/s2向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng),5 s后保持拉力F的功率不變,直到棒以最大速度vm做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(1)求棒MN的最大速度。(2)當(dāng)棒MN達(dá)到最大速度時(shí),解除PQ鎖定,同時(shí)撤去拉力F,兩棒最終均勻速運(yùn)動(dòng)。求解除PQ棒鎖定后,到兩棒最終勻速運(yùn)動(dòng)的過程中,電路中產(chǎn)生的總焦耳熱。(3)若PQ始終不解除鎖定,當(dāng)棒MN達(dá)到最大速度時(shí),撤去拉力F,棒MN繼續(xù)運(yùn)動(dòng)多遠(yuǎn)后停下來?(運(yùn)算結(jié)果可用根式表示)解題指導(dǎo)審題讀取題干獲取信息在勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi),有一對(duì)光滑平行金屬導(dǎo)軌,處于同一水平面內(nèi),導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),導(dǎo)軌間距L=1m,電阻可忽略不計(jì)導(dǎo)體棒始終在水平導(dǎo)軌上。導(dǎo)軌電阻為零。導(dǎo)體棒不受摩擦力先將PQ暫時(shí)鎖定,金屬棒MN在垂直于棒的拉力F作用下,由靜止開始以加速度a=,5s后保持拉力F的功率不變,直到棒以最大速度vm做勻速直線運(yùn)動(dòng)單桿運(yùn)動(dòng),先做勻加速直線運(yùn)動(dòng),再保持牽引力功率不變、做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng),最大速度時(shí)加速度為零,受力平衡當(dāng)棒MN達(dá)到最大速度vm時(shí),解除PQ鎖定,同時(shí)撤去拉力F,兩棒最終均勻速運(yùn)動(dòng)雙桿運(yùn)動(dòng),系統(tǒng)動(dòng)量守恒、能量守恒若PQ始終不解除鎖定,當(dāng)棒MN達(dá)到最大速度vm時(shí),撤去拉力F單桿運(yùn)動(dòng),僅在安培力作用下做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng),加速度和速度同時(shí)小到零破題(1)僅導(dǎo)體棒MN運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體棒MN運(yùn)動(dòng)情景可類比機(jī)車先恒定加速度啟動(dòng)、再恒定功率啟動(dòng)的模型,求解方法也與之相同。(2)雙桿都運(yùn)動(dòng)后,由動(dòng)量、能量守恒可求電路中產(chǎn)生的總焦耳熱。(3)導(dǎo)體棒MN從最大速度僅在安培力作用下減速過程,由于不是勻減速運(yùn)動(dòng),不能用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解,可巧妙使用動(dòng)量定理,結(jié)合q=It=ΔΦR總求解。第二講　電磁感應(yīng)規(guī)律及綜合應(yīng)用體系構(gòu)建真題感悟高考真題　解析線圈中的高頻交變電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng),鋼管處于交變磁場(chǎng)中,由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生交變電流,交變電流通過接縫處,接縫處電阻很大,根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt知,接縫處會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,熔化材料。此焊接過程利用的電磁學(xué)規(guī)律是電磁感應(yīng),電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)者是法拉第,A、B、C錯(cuò)誤,D正確?！〗馕龈鶕?jù)楞次定律可