【文章內(nèi)容簡介】 ,達到很高的速度?！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)的光滑平行金屬導軌間距為L,導軌間存在垂直于導軌平面向里、磁感應強度大小為B的勻強磁場,導軌電阻不計。炮彈可視為一質量為m、電阻為R的金屬棒MN,垂直放在兩導軌間處于靜止狀態(tài),并與導軌良好接觸。電容器電容為C,首先開關接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動。當MN上的感應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達到最大速度vm,之后離開導軌。問:(1)這個過程中通過MN的電荷量。(2)直流電源的電動勢。(3)某同學想根據(jù)第一問的結果,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動,由此產(chǎn)生制動力?！景咐骄?】(2020北京朝陽區(qū)高三上期末)某研學小組設計了一個輔助列車進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(可視為勻強磁場)。在車身下方固定一矩形線框,利用線框進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小于勻強磁場的寬度),整個線框的電阻為R。站臺軌道上勻強磁場區(qū)域足夠長(大于車身長s),車頭進入磁場瞬間的速度為v0,假設列車停止前所受鐵軌及空氣阻力的合力恒為f。已知磁感應強度的大小為B,車尾進入磁場瞬間,列車恰好停止。(1)求列車車頭剛進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)求列車從車頭進入磁場到停止所用的時間t。(3)請你評價該設計方案的優(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軌,電阻忽略不計。ab和cd是兩根與導軌垂直、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,并與導軌良好接觸,其間距也為l,列車的總質量為m。列車啟動前,ab、cd處于磁感應強度為B的勻強磁場中,磁場方向垂直于導軌平面向下,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)阻及導線電阻忽略不計。列車啟動后電源自動關閉。甲乙(1)要使列車向右運行,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,需在前方設置如圖乙所示的一系列磁感應強度為B的勻強磁場區(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　電磁感應中的“桿+導軌”模型核心歸納“桿+導軌”模型是高考的熱點,考查的知識點多,題目的綜合性強,物理情景變化空間大,也是復習中的難點?！皸U+導軌”模型又分為“單桿”型和“雙桿”型(“單桿”型為重點)。導軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜。桿的運動狀態(tài)可分為勻速、勻變速、非勻變速運動等。物理模型勻強磁場與導軌垂直,磁感應強度為B,棒ab長為L,質量為m,初速度為零,拉力恒為F,水平導軌光滑,除電阻R外,其他電阻不計動態(tài)分析設運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a=0時,v最大,I=BLvR恒定收尾狀態(tài)運動形式勻速直線運動力學特征a=0,v恒定不變電學特征I恒定物理模型勻強磁場與導軌垂直,磁感應強度為B,導軌間距L,導體棒質量m,電阻R,導軌光滑,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↑→感應電動勢E=BLv↑→電流I=ER↑→安培力F=BIL↑→加速度a↓,當安培力F=mgsin α時,a=0,v最大收尾狀態(tài)運動形式勻速直線運動力學特征a=0,v最大,vm=mgRsinαB2L2電學特征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,乙桿運動,其實質是單桿問題,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動,對于這種情況,要注意兩桿切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢是相加還是相減分析方法動力學觀點通常情況下一個金屬桿做加速度逐漸減小的加速運動,而另一個金屬桿做加速度逐漸減小的減速運動,最終兩金屬桿以共同的速度勻速運動能量觀點其中一個金屬桿機械能的減少量等于另一個金屬桿機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軌上運動的情況,如果兩金屬桿所受的外力之和為零,則考慮應用動量守恒定律處理問題由BILΔt=mΔv、q=IΔt可知,當題目中涉及電荷量或平均電流時,可應用動量定理來解決問題,也可以結合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軌與水平面成53176。角固定放置,導軌間連接一阻值為6 Ω的電阻R,導軌電阻忽略不計。在兩平行虛線m、n間有一與導軌所在平面垂直、磁感應強度為B的勻強磁場。導體棒a的質量為ma= kg,電阻Ra=3 Ω。導體棒b的質量為mb= kg,電阻Rb=6 Ω。它們分別垂直導軌放置并始終與導軌接觸良好。a、b從開始相距L0= m 處同時由靜止開始釋放,運動過程中它們都能勻速穿過磁場區(qū)域,當b剛穿出磁場時,a正好進入磁場(g取10 m/s2,不計a、b之間電流的相互作用)。求:(1)當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兩導體棒勻速運動的速度大小之比。(3)磁場區(qū)域沿導軌方向的寬度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定律求得感應電動勢,由受力平衡求得導體棒勻速運動的速度,根據(jù)能量守恒求焦耳熱。【典例2】(2020遼寧部分重點中學協(xié)作體模擬)如圖所示,空間存在豎直向下的勻強磁場,磁感應強度B= T。在勻強磁場區(qū)域內(nèi),有一對光滑平行金屬導軌,處于同一水平面內(nèi),導軌足夠長,導軌間距L=1 m,電阻可忽略不計。質量均為m=1 kg,電阻均為R= Ω的金屬導體棒MN和PQ垂直放置于導軌上,且與導軌接觸良好。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做勻速直線運動。(1)求棒MN的最大速度。(2)當棒MN達到最大速度時,解除PQ鎖定,同時撤去拉力F,兩棒最終均勻速運動。求解除PQ棒鎖定后,到兩棒最終勻速運動的過程中,電路中產(chǎn)生的總焦耳熱。(3)若PQ始終不解除鎖定,當棒MN達到最大速度時,撤去拉力F,棒MN繼續(xù)運動多遠后停下來?(運算結果可用根式表示)解題指導審題讀取題干獲取信息在勻強磁場區(qū)域內(nèi),有一對光滑平行金屬導軌,處于同一水平面內(nèi),導軌足夠長,導軌間距L=1m,電阻可忽略不計導體棒始終在水平導軌上。導軌電阻為零。導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做勻速直線運動單桿運動,先做勻加速直線運動,再保持牽引力功率不變、做加速度逐漸減小的加速運動,最大速度時加速度為零,受力平衡當棒MN達到最大速度vm時,解除PQ鎖定,同時撤去拉力F,兩棒最終均勻速運動雙桿運動,系統(tǒng)動量守恒、能量守恒若PQ始終不解除鎖定,當棒MN達到最大速度vm時,撤去拉力F單桿運動,僅在安培力作用下做加速度減小的減速運動,加速度和速度同時小到零破題(1)僅導體棒MN運動時,導體棒MN運動情景可類比機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)雙桿都運動后,由動量、能量守恒可求電路中產(chǎn)生的總焦耳熱。(3)導體棒MN從最大速度僅在安培力作用下減速過程,由于不是勻減速運動,不能用運動學公式求解,可巧妙使用動量定理,結合q=It=ΔΦR總求解。第二講　電磁感應規(guī)律及綜合應用體系構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規(guī)律是電磁感應,電磁感應的發(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