高考物理一轮复习课件电磁感应电容与单杆

高中物理解题模型高中物理

一轮复习电磁感应（5/9）高中物理

一轮复习电磁感应（5/9）1楞次定律2电磁感应定律3电路分析4线框模型5单杆模型6双杆模型7功能及动量8图像问题9电磁感应应用相关知识：1.电容放电式（不计摩擦，初状态静止）：电磁感应

—单杆模型（单杆与电容）电路分析：受力及加速度分析：运动性质：加速度a减小的加速直线运动，最终匀速直线运动；vtOvmtBLU0R+-最终状态：动量关系：能量关系：相关知识：2.电容无外力充电式（不计摩擦，初速度v0）：电磁感应

—单杆模型（单杆与电容）电路分析：受力及加速度分析：运动性质：加速度a减小的减速直线运动，最终匀速直线运动；动量关系：能量关系：最终状态：BLRv0vtOv0tv相关知识：电磁感应

—单杆模型（单杆与电容）电路分析：受力及加速度分析：运动性质：加速度恒定的匀加速直线运动；3.电容有外力充电式（受恒力F作用，不计摩擦及导棒电阻，初状态静止）：最终状态：vtOvt动量关系：能量关系：BLF相关知识：电磁感应

—单杆模型（单杆与电容）方法二：微元法（面积表示做功）4.电容器电能表达式：方法一：克服安培力做功转化为电容器电能BLF【例题1】如图所示水平面内有两个平行光滑金属导轨，导轨I宽度为L，内有垂直导轨平面向里的磁感应强度为B1的匀强磁场；导轨II足够长，内有垂直导轨平面的匀强磁场。导体棒A、B分别垂直于导轨I、II静止放置且与导轨接触良好。电源的电动势为E，电容器的电容为C，均匀导体棒A、B的阻值相同，质量均为m，两个导轨的电阻都忽略不计。现将开关S由1掷到2，经过时间t电容器放电结束、导体棒A此时刚好飞离轨道I。求：①导体棒A离开轨道I的速度；②导体棒A离开轨道I后，刚好进入右侧轨道II，导体棒A与轨道II接触时无动能损失，则此过程在导体棒B中产生的热能是多少？总结：1.电容器放电结束时单杆匀速；2.电容放电结合动量关系处理单杆速度；3.双杆模型为完全非弹性碰撞模型；电磁感应

—单杆模型（单杆与电容）①②【例题2】如图所示，两光滑平行金属导轨MN与PQ，其间距为L，质量为m，电阻为r的直导线ab垂直跨在导轨上，且与导轨接触良好，整个装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。电路中电容器电容为C，定值电阻阻值为R，其它电阻不计。现给直导线ab一水平向右的初速度，当电路稳定后，直导线ab以速度v向右匀速运动；求：①最终电容器所带电荷量；②直导线ab初速度大小；③电容器是一种储能装置，当电容两极间电压为U时，它所储存电能A=CU2/2。那么在整个运动过程中电路中产生的焦耳热Q为多少？总结：1.单杆匀速时动生电动势大小与电容电压相等；2.单杆与电容模型中的电荷量是解题的纽带；3.掌握电容器储能公式；电磁感应

—单杆模型（单杆与电容）①②③【例题3】如图所示，MN和M′N′为两竖直放置的平行光滑长直金属导轨，两导轨间的距离为L。在导轨的下部有垂直于导轨所在平面、方向向里的匀强磁场，磁感应强度为B。在导轨的MM′端连接电容为C、击穿电压为Ub、正对面积为S、极板间可认为是真空、极板间距为d的平行板电容器。在t＝0时无初速度地释放金属棒ef，金属棒ef的长度为L、质量为m、电阻可忽略不计。假设导轨足够长，磁场区域足够大，金属棒ef与导轨垂直并接触良好，导轨和各接触处的电阻不计，电路的电感、空气的阻力可忽略，已知重力加速度为g。①求电容器两端的电压达到击穿电压所用的时间；②金属棒ef下落的过程中，速度逐渐变大，感应电动势逐渐变大，电容器极板上的电荷量逐渐增加，两极板间存储的电场能也逐渐增加。单位体积内所包含的电场能称为电场的能量密度。已知两极板间为真空时平行板电容器的电容大小可表示为C＝ε0S/d。试证明平行板电容器两极板间的空间内的电场能量密度ω与电场强度E的平方成正比，并求出比例系数(结果用ε0和数字的组合表示)。总结：1.恒力驱动单杆导致单杆匀加速运动，电容器两端电压增大；2.理解电容器储能是把能量以电场能的形式进行存储；电磁感应

—单杆模型（单杆与电容）①②【例题4】如图所示，竖直放置的两根足够长的光滑金属导轨相距为L，导轨两端分别与电源（串有一滑动变阻器R）、定值电阻、电容器（原来不带电）和开关K相连。整个空间充满了垂直于导轨平面向外的匀强磁场，其磁感应强度的大小为B。一质量为m，电阻不计的金属棒ab横跨在导轨上。已知电源电动势为E，内阻为r，电容器的电容为C，定值电阻的阻值为R0，不计导轨的电阻。①当K接1时，金属棒ab在磁场中恰好保持静止，求接入电路的滑动变阻器阻值R；②当K接2后，金属棒ab从静止开始下落，下落距离s时达到稳定速度，求稳定速度v的大小和金属棒从静止到稳定速度所需的时间；③将开关K接到3，让金属棒由静止释放，设电容器不漏电，电容器不会被击穿。a．通过推导说明ab棒此后的运动是匀加速运动；b．求ab下落距离s时，电容器储存的电能。总结：1.单杆与电源模型；2.单杆与电阻模型；3.单杆与电容模型；电磁感应

—单杆模型（单杆与电容）①②③例题1例题2例题3例题4电磁感应

—单杆模型（单杆与电容）【例题1】如图所示水平面内有两个平行光滑金属导轨，导轨I宽度为L，内有垂直导轨平面向里的磁感应强度为B1的匀强磁场；导轨II足够长，内有垂直导轨平面的匀强磁场。导体棒A、B分别垂直于导轨I、II静止放置且与导轨接触良好。电源的电动势为E，电容器的电容为C，均匀导体棒A、B的阻值相同，质量均为m，两个导轨的电阻都忽略不计。现将开关S由1掷到2，经过时间t电容器放电结束、导体棒A此时刚好飞离轨道I。求：①导体棒A离开轨道I的速度；②导体棒A离开轨道I后，刚好进入右侧轨道II，导体棒A与轨道II接触时无动能损失，则此过程在导体棒B中产生的热能是多少？①②例题1例题2例题3例题4电磁感应

—单杆模型（单杆与电容）【例题2】如图所示，两光滑平行金属导轨MN与PQ，其间距为L，质量为m，电阻为r的直导线ab垂直跨在导轨上，且与导轨接触良好，整个装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。电路中电容器电容为C，定值电阻阻值为R，其它电阻不计。现给直导线ab一水平向右的初速度，当电路稳定后，直导线ab以速度v向右匀速运动；求：①最终电容器所带电荷量；②直导线ab初速度大小；③电容器是一种储能装置，当电容两极间电压为U时，它所储存电能A=CU2/2。那么在整个运动过程中电路中产生的焦耳热Q为多少？①②③例题1例题2例题3例题4电磁感应

—单杆模型（单杆与电容）【例题3】如图所示，MN和M′N′为两竖直放置的平行光滑长直金属导轨，两导轨间的距离为L。在导轨的下部有垂直于导轨所在平面、方向向里的匀强磁场，磁感应强度为B。在导轨的MM′端连接电容为C、击穿电压为Ub、正对面积为S、极板间可认为是真空、极板间距为d的平行板电容器。在t＝0时无初速度地释放金属棒ef，金属棒ef的长度为L、质量为m、电阻可忽略不计。假设导轨足够长，磁场区域足够大，金属棒ef与导轨垂直并接触良好，导轨和各接触处的电阻不计，电路的电感、空气的阻力可忽略，已知重力加速度为g。①求电容器两端的电压达到击穿电压所用的时间；②金属棒ef下落的过程中，速度逐渐变大，感应电动势逐渐变大，电容器极板上的电荷量逐渐增加，两极板间存储的电场能也逐渐增加。单位体积内所包含的电场能称为电场的能量密度。已知两极板间为真空时平行板电容器的电容大小可表示为C＝ε0S/d。试证明平行板电容器两极板间的空间内的电场能量密度ω与电场强度E的平方成正比，并求出比例系数(结果用ε0和数字的组合表示)。①②例题1例题2例题3例题4电磁感应

—单杆模型（单杆与电容）【例题4】如图所示，竖直放置的两根足够长的光滑金属导轨相距为L，导轨两端分别与电源（串有一滑动变阻器R）、定值电阻、电容器（原来不带电）和开关K相连。整个空间充满了垂直于导轨平面向外的匀强磁场，其磁感应强度的大小为B。一质量为m，电阻不计的金属棒ab横跨在导轨上。已知电源电动势为E，内阻为r，电容器的电容为C，定值电阻的阻值为R0，不计导轨的电阻。①当K接1时，金属棒ab在磁场中恰好保持静止，求接入电路的滑动变阻器阻值R；②当K接2后，金属棒ab从静止开始下落，下落距离s时达到稳定速度，求稳定速度v的大小和金属棒从静止到稳定速度所需的时间；③将开关K接到3，让金属棒由静止释放，设电容器不漏电，电容器不会被击穿。a．通过推导说明ab棒此后的运动是匀加速运动；b．求ab下落距离s时，电容器储存的电能。①②③本节重点：电磁感应

—