高三物理二輪復習專題課件：電磁感應之雙桿模型

1、2021屆高三物理二輪復習微課 電磁感應之雙桿模型2電磁感應中動力學問題的分析方法：一.從等效電路的角度判斷電流、焦耳熱二.通過受力分析，判斷導體的受力情況，進而分析其運動情況三.從功和能量的角度分析各階段各力的做功情況和能量變化情況電磁感應問題的思維模式3【初建模型】如圖所示，兩根平行的金屬導軌，固定在同一水平面上，磁感應強度為B的勻強磁場與導軌所在平面垂直，導軌的電阻可忽略不計，導軌間的距離為L，兩根質量均為m、電阻均為R的平行金屬桿1、2可在導軌上無摩擦地滑動，滑動過程中與導軌保持垂直。在t0時刻，兩桿都處于靜止狀態(tài)?，F(xiàn)有一與導軌平行，大小恒為F的力作用于金屬桿2上，使金屬桿在導軌上滑動

2、，試分析金屬桿1,2的運動情況。 雙桿模型1、 恒外力等間距雙桿F124最初階段，a2a1, F12棒2：只要a2a1,(v2-v1)IFBa1a2當a2a1時v2-v1恒定I恒定FB恒定兩棒勻加速1電路特點棒2相當于電源;棒1受安培力而起動.2運動分析：某時刻回路中電流：棒1：安培力大?。禾攸c分析53穩(wěn)定時的速度差F12v2v1Otv6 雙桿模型2、 無外力等間距雙桿【初建模型】如圖所示，兩根足夠長的固定的平行金屬導軌位于同一水平面內，導軌上橫放著兩根導體棒1和2，構成矩形回路。在整個導軌平面內都有豎直向上的勻強磁場，設兩導體棒均可沿導軌無摩擦地滑行。開始時，棒1靜止，棒2有水平向右的初速度

3、。若兩導體棒在運動中始終不接觸，試定性分析兩棒的運動情況。7特點分析1電路特點棒2相當于電源;棒1受安培力而加速起動,運動后產生反電動勢.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。兩個極值當v1=0時：最大電流當v2=v1時：最小電流I083兩棒的運動情況特點安培力大?。簝砂舻南鄬λ俣茸冃?感應電流變小,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最終兩棒具有共同速度v0v共tOv94兩個規(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)能量轉化規(guī)律系統(tǒng)機械能的減小量等于內能的增加量.兩棒產生焦

4、耳熱之比：10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：經極短時間t后其速度分別為：I恒定FB恒定兩棒勻加速12F當時 雙桿模型3、恒外力不等間距雙桿1112F由此時回路中電流為：與兩棒電阻無關121電路特點棒1相當于電源;棒2受安培力而起動,運動后產生反電動勢.2電流特點隨著棒1的減速、棒2的加速，回路中電流變小。2v01最終當Bl1v1= Bl2v2時,電流為零,兩棒都做勻速運動 雙桿模型4、 無外力不等間距雙桿133兩棒的運動情況棒1加速度變小的減速,最終勻速;2v01棒2加速度變小的加速,最終勻速.系統(tǒng)動量守恒嗎？兩棒合外力不為零，系統(tǒng)動量不守恒

5、v0v2Otvv1144兩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：2v01整個過程中兩棒所受安培力沖量大小之比對棒1：對棒2：結合：可得：155能量轉化情況系統(tǒng)動能電能內能2v016流過某一截面的電量2v11v216電磁感應中的雙桿問題受力情況分析運動情況分析動力學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總結17處理“雙桿模型”問題要注意以下幾點：1、在分析雙桿切割磁感線產生的感應電動勢時，要注意雙桿的運動方向。遵循“同向減，反向加”。2、要對雙桿進行受力和運動分析。判斷安培力方向可先判斷出感應電流方向，再用左手定則判斷安培力的方向。再結合合力

6、與初速度的情況判斷運動情況?？梢援嫵鰒-t圖象，幫助理解運動過程，特別要注意最后穩(wěn)定狀態(tài)的判斷。3、合理選用物理規(guī)律，包括力的平衡條件、牛頓運動定律，動量定理、動量守恒定律、能量守恒定律、閉合電路歐姆定律、法拉第電磁感應定律等。處理這類問題可以利用力的觀點進行分析，也可以利用能的觀點進行分析，還可以利用動量的觀點進行分析。18內化模型光滑豎直等間距導軌光滑豎直不等距導軌示意圖 先釋放b， 后釋放a a，b桿用絕緣細線 連接，恒力F作用在 a桿上,由靜止開始 運動， F=2(M+m）g運動分析起初VbVa，回路中產生逆時針方向的電流。a，b均做加速度增大的加速運動，且aaab.當Vb=Va時，I

7、=0，F(xiàn)B=0,a，b做加速度為g的勻加速運動。a，b桿用細線連接，兩者的速度和加速度都相等。用整體法分析可得：a，b桿做加速度減小的加速運動，當F+FBa=（M+m）g+FBb時，做勻速直線運動適用規(guī)律動量定理,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 19【應用模型】如圖所示,兩根間距為L的光滑金屬導軌(不計電阻),由一段圓弧部分與一段無限長的水平段部分組成.其水平段加有豎直向下方向的勻強磁場,其磁感應強度為B,導軌水平段上靜止放置一金屬棒cd,質量為2m,電阻為2r.另一質量為m,電阻為r的金屬棒ab,從圓弧段M處由靜止釋放下滑至N處進入水平段,圓弧段MN半徑為R,所對圓心角為60,求：（1）ab棒在N處進入磁場區(qū)速度多大？此時棒中電流是多少？（2）cd棒能達到的最大速度是多大？（3）ab棒由靜止到達最大速度過程中,系統(tǒng)所能釋放的熱量是多少？20（1）ab棒在N處進入磁場區(qū)速度多大？ 此時棒中電流是多少？分析：ab棒沿圓弧軌道下滑時，受重力和支持力作用。該過程只有重力做功?？蛇x用動能定理或機械能守恒定律求得V解得（2）cd棒能達到的最大速度是多大？分析：ab棒進入磁場后，與cd棒構成無外力等間距雙桿模型，該過程ab棒做加速度減小的減速運動，cd棒做加速度減小的加速運動，最終ab棒和cd棒一起做勻速直線