【文章內(nèi)容簡介】 ,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,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,導(dǎo)軌電阻不計。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。當(dāng)MN上的感應(yīng)電動勢與電容器兩極板間的電壓相等時,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)這個過程中通過MN的電荷量。(2)直流電源的電動勢。(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,請判斷這個方法是否可行,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,會在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流,這將生成一個磁場來反抗運(yùn)動,由此產(chǎn)生制動力。【案例探究4】(2020北京朝陽區(qū)高三上期末)某研學(xué)小組設(shè)計了一個輔助列車進(jìn)站時快速剎車的方案。如圖所示,在站臺軌道下方埋一勵磁線圈,通電后形成豎直方向的磁場(可視為勻強(qiáng)磁場)。在車身下方固定一矩形線框,利用線框進(jìn)入磁場時所受的安培力,輔助列車快速剎車。已知列車的總質(zhì)量為m,車身長為s,線框的短邊ab和cd分別安裝在車頭和車尾,長度均為L(L小于勻強(qiáng)磁場的寬度),整個線框的電阻為R。站臺軌道上勻強(qiáng)磁場區(qū)域足夠長(大于車身長s),車頭進(jìn)入磁場瞬間的速度為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)入磁場瞬間,列車恰好停止。(1)求列車車頭剛進(jìn)入磁場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)入磁場到停止所用的時間t。(3)請你評價該設(shè)計方案的優(yōu)點和缺點。(優(yōu)、缺點至少一種)五、真空高速列車真空高速列車屬于磁浮列車、飛行列車,可用于超級高鐵,未來實驗室將推出速度600~1 000 km/h的真空管道高速列車小比例模型?！景咐骄?】(2018天津高考)真空管道超高速列車的動力系統(tǒng)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成平動動能的裝置。圖甲是某種動力系統(tǒng)的簡化模型,圖中粗實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。ab和cd是兩根與導(dǎo)軌垂直、長度均為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。列車啟動前,ab、cd處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向下,如圖甲所示。為使列車啟動,需在M、N間連接電動勢為E的直流電源,電源內(nèi)阻及導(dǎo)線電阻忽略不計。列車啟動后電源自動關(guān)閉。甲乙(1)要使列車向右運(yùn)行,啟動時圖甲中M、N哪個接電源正極,并簡要說明理由。(2)求剛接通電源時列車加速度a的大小。(3)列車減速時,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)磁場區(qū)域,磁場寬度和相鄰磁場間距均大于l。若某時刻列車的速度為v0,此時ab、cd均在無磁場區(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?　　　　　　　　　　　　　　　　　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,考查的知識點多,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?！皸U+導(dǎo)軌”模型又分為“單桿”型和“雙桿”型(“單桿”型為重點)。導(dǎo)軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜。桿的運(yùn)動狀態(tài)可分為勻速、勻變速、非勻變速運(yùn)動等。物理模型勻強(qiáng)磁場與導(dǎo)軌垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,棒ab長為L,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,其他電阻不計動態(tài)分析設(shè)運(yùn)動過程中某時刻棒的速度為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,v最大,I=BLvR恒定收尾狀態(tài)運(yùn)動形式勻速直線運(yùn)動力學(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(如圖)動態(tài)分析棒ab釋放后下滑,此時a=gsin α,棒ab速度v↑→感應(yīng)電動勢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)動形式勻速直線運(yùn)動力學(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“一動一靜”,甲桿靜止不動,乙桿運(yùn)動,其實質(zhì)是單桿問題,不過要注意問題包含著一個條件:甲桿靜止,受力平衡。另一種情況是兩桿都在運(yùn)動,對于這種情況,要注意兩桿切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是相加還是相減分析方法動力學(xué)觀點通常情況下一個金屬桿做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動,而另一個金屬桿做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動,最終兩金屬桿以共同的速度勻速運(yùn)動能量觀點其中一個金屬桿機(jī)械能的減少量等于另一個金屬桿機(jī)械能的增加量與回路中產(chǎn)生的焦耳熱之和動量觀點對于兩金屬桿在平直的光滑導(dǎo)軌上運(yùn)動的情況,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,可應(yīng)用動量定理來解決問題,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。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。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 處同時由靜止開始釋放,運(yùn)動過程中它們都能勻速穿過磁場區(qū)域,當(dāng)b剛穿出磁場時,a正好進(jìn)入磁場(g取10 m/s2,不計a、b之間電流的相互作用)。求:(1)當(dāng)a、b分別穿越磁場的過程中,通過R的電荷量之比。(2)在穿越磁場的過程中,a、b兩導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動的速度大小之比。(3)磁場區(qū)域沿導(dǎo)軌方向的寬度d。(4)在整個過程中產(chǎn)生的總焦耳熱。思維點撥由法拉第電磁感應(yīng)定律求得感應(yīng)電動勢,由受力平衡求得導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動的速度,根據(jù)能量守恒求焦耳熱。【典例2】(2020遼寧部分重點中學(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,磁感應(yīng)強(qiáng)度B= T。在勻強(qiáng)磁場區(qū)域內(nèi),有一對光滑平行金屬導(dǎo)軌,處于同一水平面內(nèi),導(dǎo)軌足夠長,導(dǎo)軌間距L=1 m,電阻可忽略不計。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,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。(1)求棒MN的最大速度。(2)當(dāng)棒MN達(dá)到最大速度時,解除PQ鎖定,同時撤去拉力F,兩棒最終均勻速運(yùn)動。求解除PQ棒鎖定后,到兩棒最終勻速運(yùn)動的過程中,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,撤去拉力F,棒MN繼續(xù)運(yùn)動多遠(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)磁場區(qū)域內(nèi),有一對光滑平行金屬導(dǎo)軌,處于同一水平面內(nèi),導(dǎo)軌足夠長,導(dǎo)軌間距L=1m,電阻可忽略不計導(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)動單桿運(yùn)動,先做勻加速直線運(yùn)動,再保持牽引力功率不變、做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動,最大速度時加速度為零,受力平衡當(dāng)棒MN達(dá)到最大速度vm時,解除PQ鎖定,同時撤去拉力F,兩棒最終均勻速運(yùn)動雙桿運(yùn)動,系統(tǒng)動量守恒、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,撤去拉力F單桿運(yùn)動,僅在安培力作用下做加速度減小的減速運(yùn)動,加速度和速度同時小到零破題(1)僅導(dǎo)體棒MN運(yùn)動時,導(dǎo)體棒MN運(yùn)動情景可類比機(jī)車先恒定加速度啟動、再恒定功率啟動的模型,求解方法也與之相同。(2)雙桿都運(yùn)動后,由動量、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,不能用運(yùn)動學(xué)公式求解,可巧妙使用動量定理,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,鋼管處于交變磁場中,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錯誤,D正確?！〗馕龈鶕?jù)楞次定律可