電磁感應導棒-導軌模型

1、電磁感應“導棒-導軌"問題專題、“單棒”模型【破解策略】單桿問題是電磁感應與電路、力學、能量綜合應用的體現(xiàn),因此相關問題應 從以下幾個角度去分析思考：(1)力電角度：與“導體單棒”組成的閉合回路中的磁通量發(fā)生變化一導體棒產(chǎn)生感應電動勢 f感應電流一導體棒受安培力一合外力變化一加速度變化一速度變化一感應電動勢變化 一，循環(huán)結束時加速度等于零,導體棒達到穩(wěn)定運動狀態(tài)。(2)電學角度：判斷產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象的那一部分導體(電源)一利用E =或石=85求感應動電動勢的大小一利用右手定則或楞次定律判斷電流方向一分析電路結構一畫等效電路圖。(3)力能角度：電磁感應現(xiàn)象中，當外力克服安培力做功時.，

2、就有其他形式的能轉化為電能； 當安培力做正功時,就有電能轉化為其他形式的能。<1>單棒基本型% W 0% = 0示 意 圖L % /I/單桿C必以一定初速度%在 光滑水平軌道上滑動，質量 為m,電阻不計，桿長為L心S /(登輸式)軌道水平、光滑，單桿C站質量為 m,電阻不計,桿長為L。(或電式J軌道水平光滑，桿R,質量為 m,電阻不計,桿長為L,拉 力F恒定力 學 觀 點導體桿以速度V切割 磁感線產(chǎn)生感應電動勢 E = BLv , 電 流 .E BLv)I =,安培力R Rn2 r 2F = BIL = 一 ,做減速 R運動：v J= a 當 u = 0 時，6=0,4 = 0,桿

3、保持靜 止S閉合，4桿受安培力BLE u .BLE 1TF =，此時。=,桿RmRah速度1，T=感應電動勢BLvT=> I J=安培力/=加速度a J,當E* = E時，u最大,tlFR BLIR EH V =加B21 公尸 BL開始時a =，桿 m"速度uT=感應電動勢 E = 8Za，T=/T=安培 力尸安=8個由F - F3 = ma 知 a J ,當a = 0時，v最大， FRV =-. B2l3圖 像 觀 點VV,P.0/O/。 /能量觀點動能全部轉化為內能：萬1、0 = 5明電能轉化為動能W1)w電=3叫F做的功中的一部分轉化為 桿的動能，一部分產(chǎn)熱:%=2 +i

4、nvi,i 2變減速運動，最終靜止變加速運動，最終勻直變加速運動，最終勻直<2>單棒模型變形類 型“m"仇衣形示 意 圖M ,已 知 量棒ab長L,質量m,電阻R：導軌不 光滑且水平，電阻不計棒ab長L,質量m,電阻R：導軌光滑， 電阻不計過 程 分 析導體棒相當于電源，當速度為-時， 電動勢E=Blv;安培力為阻力，并隨速度增大而增大BR加速度隨速度增大而減小 F -Fr-卬哈 F B'l2v a =色= -,旺mm mR(1)。4時，有最大加速度F - "Mg m (2 ) a =0時，有最大速度 (F -饞ng)R4B2/2棒ab釋放后下滑，此時加

5、速度a = gsina，棒ab速度v f -感應電動勢EE= BLv t f電流1 =6t -安培力F =BIL f f加速度a 1，當安培力F = ?gsina時,a= 0 , v最大，最后勻速 運動能 量 轉 化FS = QE+pmSS + -mv；n克服安培力做功,把重力勢能轉化為內 能運 動 形 式變加速運動變加速運動最 終 狀 態(tài)勻速運動_(F -pmg)R9nB2l2勻速運動mgRsina N,n B2e、雙棒”模型類 型等間距水平光滑導軌 無水平外力不等間距水平光潸導軌 無水平外力等間距水平光潸導機 量水平外力豎直導軌示 恚 圖，BBLAI2112終 態(tài) 分 析兩導體棒以相同的速

6、度 做勻速運動若兩桿m, r, L全相同,末速度為32兩導體棒以不同的速度做勻速運動若兩桿m,r全相同，/尸2A末速度為匕=2匕兩導體棒以不同的速 度做加速度相同的勻 加速運動兩導體棒以相同的 速度做加速度相同 的勻加速運動速 度 圖 象VVo1k0T(Tr *解 題 策 略動量守恒定律，能量守 恒定律及電磁學、運動 學知識動量定理，能量守恒定 律及電磁學、運動學知 識動量定理，能量守恒定 律及電磁學、運動學知 識動量定理，能量守恒 定律及電磁學、運動 學知識變形等間距水平不光滑導軌;受水平夕卜力示 意 圖1112F速 度 圖 象上 :F>2fk /F<2/三、“電容”式單棒模型類

7、型電卷彳外力電XX力學觀點導體棒相當于電源；電 容器被充電Uc漸大，阻礙 電流。當 8/u=Uc 時，=0, 產(chǎn)女=0 ,棒勻速運動。電容器放電，相當于 電源；導體棒受安培力而 運動。電容器放電時，導體 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，導致電流減小， 直至電流為零，此時Uc =B I v導體為發(fā)電邊；電容器被 充電。(1)導體棒做初速度為零 勻加速運動：FU = m + B2l2C(2)回路中的電流恒定：Ar A/ A/(3)導體棒受安培力恒定:Fb = CB 干 a(4)導體棒克服安培力做 的功等于電容器儲存的電 能：圖 像 觀 點j'w = c(Bivy勻速運動時