導(dǎo)體棒切割磁感線的綜合問題(單棒、含容和雙棒)ppt課件

電磁感應(yīng)中的導(dǎo)軌問題,受力情況分析,運動情況分析,動力學(xué)觀點,動量觀點,能量觀點,牛頓定律,平衡條件,動量定理,動量守恒,動能定理,能量守恒,電磁感應(yīng)中的導(dǎo)軌類問題,一、單棒問題,二、含容式單棒問題,三、無外力雙棒問題,四、有外力雙棒問題,細(xì)述,阻尼式單棒,1電路特點,導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源。,2安培力的特點,安培力為阻力，并隨速度減小而減小。,3加速度特點,加速度隨速度減小而減小,v0,4運動特點,a減小的減速運動,5最終狀態(tài),靜止,6三個規(guī)律,(1)能量關(guān)系：,(2)動量關(guān)系：,(3)瞬時加速度：,7變化,(1)有摩擦,(2)磁場方向不沿豎直方向,阻尼式單棒,發(fā)電式單棒,1電路特點,導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源，當(dāng)速度為v時，電動勢EBlv,2安培力的特點,安培力為阻力，并隨速度增大而增大,3加速度特點,加速度隨速度增大而減小,4運動特點,a減小的加速運動,t,vm,5最終特征,勻速運動,6兩個極值,(1)v=0時,有最大加速度：,(2)a=0時,有最大速度：,發(fā)電式單棒,7穩(wěn)定后的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律,8起動過程中的三個規(guī)律,(1)動量關(guān)系：,(2)能量關(guān)系：,(3)瞬時加速度：,是否成立？,發(fā)電式單棒,問：,9幾種變化,(3)拉力變化,(4)導(dǎo)軌面變化（豎直或傾斜）,(1)電路變化,(2)磁場方向變化,加沿斜面恒力,通過定滑輪掛一重物,若勻加速拉桿則F大小恒定嗎？,加一開關(guān),發(fā)電式單棒,電動式單棒,1電路特點,導(dǎo)體為電動邊，運動后產(chǎn)生反電動勢（等效于電機）。,2安培力的特點,安培力為運動動力，并隨速度減小而減小。,3加速度特點,加速度隨速度增大而減小,4運動特點,a減小的加速運動,t,vm,5最終特征,勻速運動,6兩個極值,(1)最大加速度：,(2)最大速度：,v=0時,E反=0,電流、加速度最大,穩(wěn)定時，速度最大，電流最小,電動式單棒,7穩(wěn)定后的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律,8起動過程中的三個規(guī)律,(1)動量關(guān)系：,(2)能量關(guān)系：,(3)瞬時加速度：,還成立嗎？,電動式單棒,9幾種變化,(1)導(dǎo)軌不光滑,(2)傾斜導(dǎo)軌,(3)有初速度,(4)磁場方向變化,電動式單棒,直流電動機反電動勢？,電容放電式：,1電路特點,電容器放電，相當(dāng)于電源；導(dǎo)體棒受安培力而運動。,2電流的特點,電容器放電時，導(dǎo)體棒在安培力作用下開始運動，同時產(chǎn)生阻礙放電的反電動勢，導(dǎo)致電流減小，直至電流為零，此時UC=Blv,3運動特點,a漸小的加速運動，最終做勻速運動。,4最終特征,但此時電容器帶電量不為零,t,vm,勻速運動,電容放電式：,5最大速度vm,電容器充電量：,v,t,O,vm,放電結(jié)束時電量：,電容器放電電量：,對桿應(yīng)用動量定理：,電容放電式：,6達(dá)最大速度過程中的兩個關(guān)系,安培力對導(dǎo)體棒的沖量：,安培力對導(dǎo)體棒做的功：,易錯點：認(rèn)為電容器最終帶電量為零,7幾種變化,(1)導(dǎo)軌不光滑,(2)光滑但磁場與導(dǎo)軌不垂直,電容無外力充電式,1電路特點,導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源;電容器被充電.,2電流的特點,3運動特點,a漸小的減速速運動，最終做勻速運動。,4最終特征,但此時電容器帶電量不為零,勻速運動,v0,v,導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源;,電容器被充電。,F安為阻力，,當(dāng)Blv=UC時，I=0，F(xiàn)安=0，棒勻速運動。,棒減速,E減小,UC漸大，阻礙電流,I感漸小,有I感,電容無外力充電式,5最終速度,電容器充電量：,最終導(dǎo)體棒的感應(yīng)電動勢等于電容兩端電壓：,對桿應(yīng)用動量定理：,電容有外力充電式,1電路特點,導(dǎo)體為發(fā)電邊；電容器被充電。,2三個基本關(guān)系,導(dǎo)體棒受到的安培力為：,導(dǎo)體棒加速度可表示為：,回路中的電流可表示為：,電容有外力充電式,3四個重要結(jié)論：,v0,(1)導(dǎo)體棒做初速度為零勻加速運動：,(2)回路中的電流恒定：,(3)導(dǎo)體棒受安培力恒定：,(4)導(dǎo)體棒克服安培力做的功等于電容器儲存的電能：,證明,電容有外力充電式,4幾種變化：,(1)導(dǎo)軌不光滑,(2)恒力的提供方式不同,(3)電路的變化,F,無外力等距雙棒,1電路特點,棒2相當(dāng)于電源;棒1受安培力而加速起動,運動后產(chǎn)生反電動勢.,2電流特點,隨著棒2的減速、棒1的加速，兩棒的相對速度v2-v1變小，回路中電流也變小。,v1=0時：,電流最大,v2=v1時：,電流I0,無外力等距雙棒,3兩棒的運動情況,安培力大?。?兩棒的相對速度變小,感應(yīng)電流變小,安培力變小.,棒1做加速度變小的加速運動,棒2做加速度變小的減速運動,v0,t,v共,最終兩棒具有共同速度,無外力等距雙棒,4兩個規(guī)律,(1)動量規(guī)律,兩棒受到安培力大小相等方向相反,系統(tǒng)合外力為零,系統(tǒng)動量守恒.,(2)能量轉(zhuǎn)化規(guī)律,系統(tǒng)機械能的減小量等于內(nèi)能的增加量.（類似于完全非彈性碰撞）,兩棒產(chǎn)生焦耳熱之比：,無外力等距雙棒,5幾種變化：,(1)初速度的提供方式不同,(2)磁場方向與導(dǎo)軌不垂直,(3)兩棒都有初速度,兩棒動量守恒嗎？,(4)兩棒位于不同磁場中,兩棒動量守恒嗎？,無外力不等距雙棒,1電路特點,棒1相當(dāng)于電源;棒2受安培力而起動,運動后產(chǎn)生反電動勢.,2電流特點,隨著棒1的減速、棒2的加速，回路中電流變小。,最終當(dāng)Bl1v1=Bl2v2時,電流為零,兩棒都做勻速運動,無外力不等距雙棒,3兩棒的運動情況,棒1加速度變小的減速,最終勻速;,回路中電流為零,棒2加速度變小的加速,最終勻速.,v0,v2,v1,4最終特征,5動量規(guī)律,系統(tǒng)動量守恒嗎？,安培力不是內(nèi)力,兩棒合外力不為零,無外力不等距雙棒,6兩棒最終速度,任一時刻兩棒中電流相同，兩棒受到的安培力大小之比為：,整個過程中兩棒所受安培力沖量大小之比,對棒1：,對棒2：,結(jié)合：,可得：,無外力不等距雙棒,7能量轉(zhuǎn)化情況,系統(tǒng)動能電能內(nèi)能,8流過某一截面的電量,9幾種變化,(1)兩棒都有初速度,(2)兩棒位于不同磁場中,有外力等距雙棒,1電路特點,棒2相當(dāng)于電源;棒1受安培力而起動.,2運動分析：,某時刻回路中電流：,最初階段，a2a1,棒1：,安培力大小：,棒2：,只要a2a1,(v2-v1),I,FB,a1,a2,當(dāng)a2a1時,v2-v1恒定,I恒定,FB恒定,兩棒勻加速,有外力等距雙棒,3穩(wěn)定時的速度差,v2,v1,有外力等距雙棒,有外力等距雙棒,4變化,(1)兩棒都受外力作用,(2)外力提供方式變化,有外力不等距雙棒,運動分析：,某時刻兩棒速度分別為v1、v2加速度分別為a1、a2,此時回路中電流為：,經(jīng)極短時間t后其速度分別為：,I恒定,FB恒定,兩棒勻加速,當(dāng)時,有外力不等距雙棒,由,此時回路中電流為：,與兩棒電阻無關(guān),.,概述,一、單棒問題,二、含容式單棒問題,三、無外力雙棒問題,四、有外力雙棒問題,.,電動式,發(fā)電式,阻尼式,一、單棒問題,運動特點,最終特征,a逐漸減小的減速運動,靜止,a逐漸減小的加速運動,勻速,a逐漸減小的加速運動,勻速,基本模型,I=0(或恒定),I恒定,I=0,畫等效電路,.,二、含容式單棒問題,放電式,無外力充電式,運動特點,最終特征,基本模型,有外力充電式,a逐漸減小的加速運動,勻速運動,I0,a逐漸減小的減速運動,勻速運動,I0,勻加速運動,勻加速運動,I恒定,.,三、無外力雙棒問題,運動特點,最終特征,基本模型,桿1做a漸小的加速運動,桿2做a漸小的減速運動,v1=v2,I0,無外力等距式,桿1做a漸小的減速