導(dǎo)體棒切割磁感線問題分類解析教學(xué)文案

1、導(dǎo)體棒切割磁感線問題分類解析精品文檔導(dǎo)體棒切割磁感線問題分類解析電磁感應(yīng)中，“導(dǎo)體棒”切割磁感線問題是高考常見命題。解此類型問題的一 般思路是：先解決電學(xué)問題，再解決力學(xué)問題，即先由法拉第電磁感應(yīng)定律求感 應(yīng)電動勢，然后根據(jù)歐姆定律求感應(yīng)電流，求出安培力，再往后就是按力學(xué)問題 的處理方法，如進(jìn)行受力情況分析、運動情況分析及功能關(guān)系分析等。導(dǎo)體棒切割磁感線的運動一般有以下幾種情況：勻速運動、在恒力作用下的 運動、恒功率運動等，現(xiàn)分別舉例分析。一、導(dǎo)體棒勻速運動導(dǎo)體棒勻速切割磁感線處于平衡狀態(tài)，安培力和外力等大、反向，給出速度 可以求外力的大小，或者給出外力求出速度，也可以求出功、功率、電流強(qiáng)度

2、等，外力的功率和電功率相等。例1.如圖1所示，在一磁感應(yīng)強(qiáng)度B= 0.5T的勻強(qiáng)磁場中，垂直于磁場方向 水平放置著兩根相距為h = 0.1m的平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ導(dǎo)軌電阻忽略不計， 在兩根導(dǎo)軌的端點 N Q之間連接一阻值R= 0.3 Q的電阻。導(dǎo)軌上跨放著一根長 為L= 0.2m，每米長電阻r = 2.0 Q/m的金屬棒ab，金屬棒與導(dǎo)軌正交放置，交點 為c、d，當(dāng)金屬棒在水平拉力作用于以速度 v = 4.0m/s向左做勻速運動時，試 求： 卞-1*7 *-1圖1(1) 電阻R中的電流強(qiáng)度大小和方向；(2) 使金屬棒做勻速運動的拉力；(3) 金屬棒ab兩端點間的電勢差；(4) 回路中的發(fā)熱功

3、率。解析：金屬棒向左勻速運動時，等效電路如圖2所示。在閉合回路中，金屬棒cd部分相當(dāng)于電源，內(nèi)阻 2 = hr，電動勢 氐=Bhv。圖2(1)根據(jù)歐姆定律，R中的電流強(qiáng)度為IE cdRrcdBhvR hr0.4A，方向從N經(jīng)R到Q。(2)使金屬棒勻速運動的外力與安培力是一對平衡力，方向向左，大小為F =F 安=BIh = 0.02N。(3) 金屬棒ab兩端的電勢差等于 Uac、UCd與Udb三者之和，由于UCd=氐 Ir cd，所以 Ltb= Eab Ir cd= BLv Ir cd = 0.32V。2(4) 回路中的熱功率 P熱=I (R+ hr )= 0.08W。點評：不要把a(bǔ)b兩端的電勢

4、差與ab棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢這兩個概念混為 一談。金屬棒勻速運動時，拉力和安培力平衡，拉力做正功，安培力做負(fù)功，能 量守恒，外力的機(jī)械功率和回路中的熱功率相等，即P熱Fv 002 X 4W 0.08W。二、導(dǎo)體棒在恒力作用下由靜止開始運動導(dǎo)體棒在恒定外力的作用下由靜止開始運動，速度增大，感應(yīng)電動勢不斷增 大，安培力、加速度均與速度有關(guān)，當(dāng)安培力等于恒力時加速度等于零，導(dǎo)體棒 最終勻速運動。整個過程加速度是變量，不能應(yīng)用運動學(xué)公式。例2.如圖3所示，兩根足夠長的直金屬導(dǎo)軌 MN PQ平行放置在傾角為B的絕 緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L。M P兩點間接有阻值為R的電阻。一根質(zhì)量為 m的 均勻直金屬桿ab

5、放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直，整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直斜面向下。導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略。讓 ab桿 沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計它們之間的摩擦。圖3(1)由b向a方向看到的裝置如圖4所示，請在此圖中畫出ab桿下滑過程中某時刻的受力示意圖；(2) 在加速下滑過程中，當(dāng)ab桿的速度大小為v時，求此時ab桿中的電 流及其加速度的大??；(3) 求在下滑過程中，ab桿可以達(dá)到的速度最大值。解析：(1)重力mg豎直向下，支持力N,垂直斜面向上，安培力F，沿斜 面向上，如圖5所示。(2)當(dāng)ab桿速度為v時,ab 桿受到安培力F= BIL =感應(yīng)電動勢E=

6、BLv，此時電路中電流2, 2B L v。R一b2 l2v根據(jù)牛頓運動定律，有 mgsi n e-F= ma 即 mgs in ema。RB? | 2所以 a = gsin ev。mR2 2當(dāng)，即F二mgsin e時ab桿達(dá)到最大速度vm。點評：分析ab桿受到的合外力，可以分析加速度的變化，加速度隨速度的變化而變化，當(dāng)加速度等于零時，金屬 ab桿做勻速運動，速度達(dá)到最大值。當(dāng)桿勻速運動時，金屬桿的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為回路中的電能，在求最大2速度Vm時，也可以用能量轉(zhuǎn)換法 Pg p電，即mgvm sin(BLvm)解得:RmgRsin vm三、導(dǎo)體棒在恒定功率下由靜止開始運動因為功率P= Fv，P

7、恒定，那么外力F就隨v而變化。要注意分析外力、安 培力和加速度的變化，當(dāng)加速度為零時，速度達(dá)到最大值，安培力與外力平衡。收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔例3.如圖6所示，水平平行放置的導(dǎo)軌上連有電阻 R,并處于垂直軌道平面 的勻強(qiáng)磁場中。今從靜止起用力拉金屬棒 ab（ab與導(dǎo)軌垂直），若拉力恒定， 經(jīng)時間ti后ab的速度為v，加速度為ai,最終速度可達(dá)2v；若拉力的功率恒 定，經(jīng)時間t2后ab的速度也為V，加速度為 比，最終速度可達(dá)2v。求ai和a?滿 足的關(guān)系。收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除解析：在恒力F作用下由靜止開始運動，當(dāng)金屬棒的速度為 v時金屬棒產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E=

8、BLv回路中的電流1託，所以金屬棒受的安培力f BILB2L2vR r由牛頓第二定律得Fma1，即 F2, 2BLvR rma1當(dāng)金屬棒達(dá)到最終速度為2v時，勻速運動，則Ff安，而f安2B2L2vR r所以恒為F2 , 22B L v由以上幾式可求出a1, 2BLvm(R r)設(shè)外力的恒定功率為P,在t2時刻速度為v，加速度為a2，由牛頓第二定律得ma2，而 FBIL2 , 2BLvR r最終速度為2v時為勻速運動，則有F f安，即P2v2 . 22B L vR r4b2 | 22所以恒定功率P 。由以上幾式可求出a2R r3B2L2v。m(R r)點評：由最大速度可以求出所加的恒力 F,由最大速度也可求出恒定的功 率P。本題是典型的運用力學(xué)觀點分析解答的電磁感