【參賽】單棒問題-完整版課件

電磁感應(yīng)中的導(dǎo)體棒問題（單棒）電磁感應(yīng)中的導(dǎo)體棒問題（單棒）1【參賽】單棒問題--完整版課件2電磁感應(yīng)中的導(dǎo)體棒問題受力運(yùn)動(dòng)分析電路情況分析動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)動(dòng)量觀點(diǎn)能量觀點(diǎn)牛頓定律平衡條件動(dòng)量定理動(dòng)量守恒動(dòng)能定理能量守恒電磁感應(yīng)中的導(dǎo)體棒問題受力運(yùn)動(dòng)分析電路情況分析動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)動(dòng)量3例1：如圖所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌abcd,固定在同一水平面上,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場與導(dǎo)軌所在的平面垂直，導(dǎo)軌的電阻可忽略不計(jì)。一阻值為R的電阻接在導(dǎo)軌的bc端。在導(dǎo)軌上放一根質(zhì)量為m，長為L，電阻為r的導(dǎo)體棒ef，它可在導(dǎo)軌上無摩擦滑動(dòng)，滑動(dòng)過程中與導(dǎo)軌接觸良好并保持垂直。faRbeBdcr例1：如圖所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌abcd,固定在faRbeB4若導(dǎo)體棒ef以初速度v0運(yùn)動(dòng)。求：（1）分析導(dǎo)體棒ef的運(yùn)動(dòng)情況，（2）導(dǎo)體ef棒從開始運(yùn)動(dòng)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的過程中通過電阻R的電量和金屬棒通過的位移（3）導(dǎo)體棒ef從開始運(yùn)動(dòng)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的過程中電阻R中產(chǎn)生的熱量。問題1faRbeBdcr若導(dǎo)體棒ef以初速度v0運(yùn)動(dòng)。求：（1）分析導(dǎo)體棒ef的運(yùn)動(dòng)51．電路特點(diǎn)。導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源。E=Blv2．安培力的特點(diǎn)安培力為阻力，并隨速度減小而減小。3．加速度特點(diǎn)加速度隨速度減小而減小vtOv04．運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)a減小的減速運(yùn)動(dòng)5．最終狀態(tài)靜止faRbeBdcr問題11．電路特點(diǎn)。導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源。E=Blv2．安培力的特點(diǎn)安66．三個(gè)規(guī)律(3)能量關(guān)系：(2)動(dòng)量關(guān)系：(1)瞬時(shí)加速度：faRbeBdcr問題16．三個(gè)規(guī)律(3)能量關(guān)系：(2)動(dòng)量關(guān)系：(1)瞬時(shí)加速度7練習(xí)1：AB桿受一沖量作用后以初速度v0=4m/s，沿水平面內(nèi)的固定軌道運(yùn)動(dòng)，經(jīng)一段時(shí)間后而停止。AB的質(zhì)量為m=5g，導(dǎo)軌寬為L=，電阻為R=2Ω，其余的電阻不計(jì)，磁感強(qiáng)度B=，棒和導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.4，測得桿從運(yùn)動(dòng)到停止的過程中通過導(dǎo)線的電量q=10－2C，求：上述過程中(g取10m/s2)(1)AB桿運(yùn)動(dòng)的距離；(2)AB桿運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；(3)當(dāng)桿速度為2m/s時(shí)其

加速度為多大？練習(xí)1：AB桿受一沖量作用后以初速度v0=4m/s，沿水平8簡解：（1）（2）（3）簡解：（1）（2）（3）9問題2若導(dǎo)體棒從靜止開始受一恒定的水平外力F的作用，時(shí)間為t,求：(1)導(dǎo)體棒ef獲得的最大加速度和最大速度,（2）導(dǎo)體棒ef從開始運(yùn)動(dòng)到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)過程中所用時(shí)間，已知導(dǎo)體棒ef從開始運(yùn)動(dòng)到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)過程中通過的位移為S（3）若導(dǎo)體棒ef從開始運(yùn)動(dòng)到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)過程中通過的位移為S，則整個(gè)過程中回路產(chǎn)生的焦耳熱。faRbeBdcr問題2若導(dǎo)體棒從靜止開始受一恒定的水平外力F的作用，時(shí)間為t101．電路特點(diǎn)導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源，當(dāng)速度為v時(shí)，電動(dòng)勢E＝Blv2．安培力的特點(diǎn)安培力為阻力，并隨速度增大而增大3．加速度特點(diǎn)加速度隨速度增大而減小4．運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)a減小的加速運(yùn)動(dòng)tvOvm問題2faRbeBdcr1．電路特點(diǎn)導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源，當(dāng)速度2．安培力的特點(diǎn)安培力為115．最終特征勻速運(yùn)動(dòng)6．兩個(gè)極值(1)v=0時(shí),有最大加速度：(2)a=0時(shí),有最大速度：問題2faRbeBdcr5．最終特征勻速運(yùn)動(dòng)6．兩個(gè)極值(1)v=0時(shí),有最大加速128．穩(wěn)定后的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律7．起動(dòng)過程中的三個(gè)規(guī)律(2)動(dòng)量關(guān)系：(3)能量關(guān)系：(1)瞬時(shí)加速度：問題2faRbeBdcr8．穩(wěn)定后的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律7．起動(dòng)過程中的三個(gè)規(guī)律(2)動(dòng)量關(guān)13問題3若棒ef與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，電阻R與一電動(dòng)勢為E（內(nèi)阻不計(jì)）的電源連接，如圖S閉合后。求：(1)導(dǎo)體棒獲得的最大速度，（2）導(dǎo)體棒獲得的最大速度時(shí)，整個(gè)過程中回路產(chǎn)生的焦耳熱。faRbeBdcr1．電路特點(diǎn)導(dǎo)體為電動(dòng)邊，運(yùn)動(dòng)后產(chǎn)生反電動(dòng)勢（等效于電機(jī)）。問題3若棒ef與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，電阻R與一電動(dòng)勢為E142．安培力的特點(diǎn)安培力為運(yùn)動(dòng)動(dòng)力，并隨速度增大而減小。3．加速度特點(diǎn)加速度隨速度增大而減小4．運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)a減小的加速運(yùn)動(dòng)tvOvm問題3faRbeBdcr2．安培力的特點(diǎn)安培力為運(yùn)動(dòng)動(dòng)力，并隨3．加速度特點(diǎn)加速度隨155．最終特征勻速運(yùn)動(dòng)6．兩個(gè)極值(1)最大加速度：(2)最大速度：v=0時(shí)，E反=0，電流、加速度最大穩(wěn)定時(shí)，速度最大，電流最小問題3faRbeBdcr5．最終特征勻速運(yùn)動(dòng)6．兩個(gè)極值(1)最大加速度：(2)最大168．穩(wěn)定后的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律7．起動(dòng)過程中的三個(gè)規(guī)律(1)動(dòng)量關(guān)系：(2)能量關(guān)系：(3)瞬時(shí)加速度：問題3faRbeBdcr8．穩(wěn)定后的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律7．起動(dòng)過程中的三個(gè)規(guī)律(1)動(dòng)量關(guān)17練習(xí)3：如圖所示，水平放置的足夠長平行導(dǎo)軌MN、，電源的電動(dòng)勢E＝10V，內(nèi)阻r=0.1Ω，金屬桿EF的質(zhì)量為m=1kg，其有效電阻為R=0.4Ω，其與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因素為μ＝0.1，整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T，現(xiàn)在閉合開關(guān)，求：（1）閉合開關(guān)瞬間，金屬桿的加速度；（2）金屬桿所能達(dá)到的最大速度；（3）當(dāng)其速度為v=20m/s時(shí)桿的加速度為多大？（忽略其它一切電阻，g=10m/s2）練習(xí)3：如圖所示，水平放置的足夠長平行導(dǎo)軌MN、，電源的電動(dòng)18解：（1）（2）（3）解：（1）（2）（3）19電容無外力充電式1．電路特點(diǎn)導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源;電容器被充電.2．電流的特點(diǎn)3．運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)a漸小的加速運(yùn)動(dòng)，最終做勻速運(yùn)動(dòng)。4．最終特征但此時(shí)電容器帶電量不為零勻速運(yùn)動(dòng)v0vOtv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(shí)，I=0，F(xiàn)安=0，棒勻速運(yùn)動(dòng)。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1．電路特點(diǎn)導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源;電容器被充電.20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(dòng)勢等于電容兩端電壓：對桿應(yīng)用動(dòng)量定理：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21電容有外力充電式1．電路特點(diǎn)導(dǎo)體為發(fā)電邊；電容器被充電。2．三個(gè)基本關(guān)系F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1．電路特點(diǎn)導(dǎo)體為發(fā)電邊；電容器被充電。2．22電容有外力充電式3．四個(gè)重要結(jié)論：若F=mgv0OtvF(1)導(dǎo)體棒做初速度為零勻加速運(yùn)動(dòng)：(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(chǔ)存的電能（不計(jì)電阻）：證明電容有外力充電式3．四個(gè)重要結(jié)論：若F=mgv0OtvF(123電容有外力充電式4．幾種變化：F(1)導(dǎo)軌不光滑(2)恒力的提供方式不同(3)電路的變化F電容有外力充電式4．幾種變化：F(1)導(dǎo)軌不光滑(2)恒力的24問題4電容放電式：1．電路特點(diǎn)電容器放電，相當(dāng)于電源；導(dǎo)體棒受安培力而運(yùn)動(dòng)。2．電流的特點(diǎn)電容器放電時(shí)，導(dǎo)體棒在安培力作用下開始運(yùn)動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生阻礙放電的反電動(dòng)勢，導(dǎo)致電流減小，直至電流為零，此時(shí)UC=Blv3．運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)a漸小的加速運(yùn)動(dòng)，最終做勻速運(yùn)動(dòng)。4．最終特征但此時(shí)電容器帶電量不為零tvOvm勻速運(yùn)動(dòng)問題4電容放電式：1．電路特點(diǎn)電容器放電，相當(dāng)于電源；導(dǎo)體棒25電容放電式：5．最大速度vm電容器充電量：vtOvm放電結(jié)束時(shí)電量：電容器放電電量：對桿應(yīng)用動(dòng)量定理：電容放電式：5．最大速度vm電容器充電量：vtOvm放電結(jié)束26電容放電式：6．達(dá)最大速度過程中的兩個(gè)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(cuò)點(diǎn)：認(rèn)為電容器最終帶電量為零電容放電式：6．達(dá)最大速度過程中的兩個(gè)關(guān)系安培力對導(dǎo)體棒的沖27單棒問題電動(dòng)式發(fā)電式阻尼式v0F運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)最終特征a逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng)靜止a逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)勻速a逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)勻速基本模型I=0(或恒定)I恒定I=0單棒問題電動(dòng)式發(fā)電式阻尼式v0F運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)最終特征a逐漸減28電磁感應(yīng)中的導(dǎo)體棒問題（單棒）電磁感應(yīng)中的導(dǎo)體棒問題（單棒）29【參賽】單棒問題--完整版課件30電磁感應(yīng)中的導(dǎo)體棒問題受力運(yùn)動(dòng)分析電路情況分析動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)動(dòng)量觀點(diǎn)能量觀點(diǎn)牛頓定律平衡條件動(dòng)量定理動(dòng)量守恒動(dòng)能定理能量守恒電磁感應(yīng)中的導(dǎo)體棒問題受力運(yùn)動(dòng)分析電路情況分析動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)動(dòng)量31例1：如圖所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌abcd,固定在同一水平面上,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場與導(dǎo)軌所在的平面垂直，導(dǎo)軌的電阻可忽略不計(jì)。一阻值為R的電阻接在導(dǎo)軌的bc端。在導(dǎo)軌上放一根質(zhì)量為m，長為L，電阻為r的導(dǎo)體棒ef，它可在導(dǎo)軌上無摩擦滑動(dòng)，滑動(dòng)過程中與導(dǎo)軌接觸良好并保持垂直。faRbeBdcr例1：如圖所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌abcd,固定在faRbeB32若導(dǎo)體棒ef以初速度v0運(yùn)動(dòng)。求：（1）分析導(dǎo)體棒ef的運(yùn)動(dòng)情況，（2）導(dǎo)體ef棒從開始運(yùn)動(dòng)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的過程中通過電阻R的電量和金屬棒通過的位移（3）導(dǎo)體棒ef從開始運(yùn)動(dòng)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的過程中電阻R中產(chǎn)生的熱量。問題1faRbeBdcr若導(dǎo)體棒ef以初速度v0運(yùn)動(dòng)。求：（1）分析導(dǎo)體棒ef的運(yùn)動(dòng)331．電路特點(diǎn)。導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源。E=Blv2．安培力的特點(diǎn)安培力為阻力，并隨速度減小而減小。3．加速度特點(diǎn)加速度隨速度減小而減小vtOv04．運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)a減小的減速運(yùn)動(dòng)5．最終狀態(tài)靜止faRbeBdcr問題11．電路特點(diǎn)。導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源。E=Blv2．安培力的特點(diǎn)安346．三個(gè)規(guī)律(3)能量關(guān)系：(2)動(dòng)量關(guān)系：(1)瞬時(shí)加速度：faRbeBdcr問題16．三個(gè)規(guī)律(3)能量關(guān)系：(2)動(dòng)量關(guān)系：(1)瞬時(shí)加速度35練習(xí)1：AB桿受一沖量作用后以初速度v0=4m/s，沿水平面內(nèi)的固定軌道運(yùn)動(dòng)，經(jīng)一段時(shí)間后而停止。AB的質(zhì)量為m=5g，導(dǎo)軌寬為L=，電阻為R=2Ω，其余的電阻不計(jì)，磁感強(qiáng)度B=，棒和導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.4，測得桿從運(yùn)動(dòng)到停止的過程中通過導(dǎo)線的電量q=10－2C，求：上述過程中(g取10m/s2)(1)AB桿運(yùn)動(dòng)的距離；(2)AB桿運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；(3)當(dāng)桿速度為2m/s時(shí)其

加速度為多大？練習(xí)1：AB桿受一沖量作用后以初速度v0=4m/s，沿水平36簡解：（1）（2）（3）簡解：（1）（2）（3）37問題2若導(dǎo)體棒從靜止開始受一恒定的水平外力F的作用，時(shí)間為t,求：(1)導(dǎo)體棒ef獲得的最大加速度和最大速度,（2）導(dǎo)體棒ef從開始運(yùn)動(dòng)到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)過程中所用時(shí)間，已知導(dǎo)體棒ef從開始運(yùn)動(dòng)到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)過程中通過的位移為S（3）若導(dǎo)體棒ef從開始運(yùn)動(dòng)到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)過程中通過的位移為S，則整個(gè)過程中回路產(chǎn)生的焦耳熱。faRbeBdcr問題2若導(dǎo)體棒從靜止開始受一恒定的水平外力F的作用，時(shí)間為t381．電路特點(diǎn)導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源，當(dāng)速度為v時(shí)，電動(dòng)勢E＝Blv2．安培力的特點(diǎn)安培力為阻力，并隨速度增大而增大3．加速度特點(diǎn)加速度隨速度增大而減小4．運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)a減小的加速運(yùn)動(dòng)tvOvm問題2faRbeBdcr1．電路特點(diǎn)導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源，當(dāng)速度2．安培力的特點(diǎn)安培力為395．最終特征勻速運(yùn)動(dòng)6．兩個(gè)極值(1)v=0時(shí),有最大加速度：(2)a=0時(shí),有最大速度：問題2faRbeBdcr5．最終特征勻速運(yùn)動(dòng)6．兩個(gè)極值(1)v=0時(shí),有最大加速408．穩(wěn)定后的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律7．起動(dòng)過程中的三個(gè)規(guī)律(2)動(dòng)量關(guān)系：(3)能量關(guān)系：(1)瞬時(shí)加速度：問題2faRbeBdcr8．穩(wěn)定后的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律7．起動(dòng)過程中的三個(gè)規(guī)律(2)動(dòng)量關(guān)41問題3若棒ef與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，電阻R與一電動(dòng)勢為E（內(nèi)阻不計(jì)）的電源連接，如圖S閉合后。求：(1)導(dǎo)體棒獲得的最大速度，（2）導(dǎo)體棒獲得的最大速度時(shí)，整個(gè)過程中回路產(chǎn)生的焦耳熱。faRbeBdcr1．電路特點(diǎn)導(dǎo)體為電動(dòng)邊，運(yùn)動(dòng)后產(chǎn)生反電動(dòng)勢（等效于電機(jī)）。問題3若棒ef與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，電阻R與一電動(dòng)勢為E422．安培力的特點(diǎn)安培力為運(yùn)動(dòng)動(dòng)力，并隨速度增大而減小。3．加速度特點(diǎn)加速度隨速度增大而減小4．運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)a減小的加速運(yùn)動(dòng)tvOvm問題3faRbeBdcr2．安培力的特點(diǎn)安培力為運(yùn)動(dòng)動(dòng)力，并隨3．加速度特點(diǎn)加速度隨435．最終特征勻速運(yùn)動(dòng)6．兩個(gè)極值(1)最大加速度：(2)最大速度：v=0時(shí)，E反=0，電流、加速度最大穩(wěn)定時(shí)，速度最大，電流最小問題3faRbeBdcr5．最終特征勻速運(yùn)動(dòng)6．兩個(gè)極值(1)最大加速度：(2)最大448．穩(wěn)定后的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律7．起動(dòng)過程中的三個(gè)規(guī)律(1)動(dòng)量關(guān)系：(2)能量關(guān)系：(3)瞬時(shí)加速度：問題3faRbeBdcr8．穩(wěn)定后的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律7．起動(dòng)過程中的三個(gè)規(guī)律(1)動(dòng)量關(guān)45練習(xí)3：如圖所示，水平放置的足夠長平行導(dǎo)軌MN、，電源的電動(dòng)勢E＝10V，內(nèi)阻r=0.1Ω，金屬桿EF的質(zhì)量為m=1kg，其有效電阻為R=0.4Ω，其與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因素為μ＝0.1，整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T，現(xiàn)在閉合開關(guān)，求：（1）閉合開關(guān)瞬間，金屬桿的加速度；（2）金屬桿所能達(dá)到的最大速度；（3）當(dāng)其速度為v=20m/s時(shí)桿的加速度為多大？（忽略其它一切電阻，g=10m/s2）練習(xí)3：如圖所示，水平放置的足夠長平行導(dǎo)軌MN、，電源的電動(dòng)46解：（1）（2）（3）解：（1）（2）（3）47電容無外力充電式1．電路特點(diǎn)導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源;電容器被充電.2．電流的特點(diǎn)3．運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)a漸小的加速運(yùn)動(dòng)，最終做勻速運(yùn)動(dòng)。4．最終特征但此時(shí)電容器帶電量不為零勻速運(yùn)動(dòng)v0vOtv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(shí)，I=0，F(xiàn)安=0，棒勻速運(yùn)動(dòng)。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1．電路特點(diǎn)導(dǎo)體棒相當(dāng)于電源;電容器被充電.48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(dòng)勢等于電容兩端電壓：對桿應(yīng)用動(dòng)量定理：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49電容有外力充電式1．電路特點(diǎn)導(dǎo)體為發(fā)電邊；電容器被充電。2．三個(gè)基本關(guān)系F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1．電路特點(diǎn)導(dǎo)體為發(fā)電邊；電容器被充電。2．50電容有外力充電式3．四個(gè)重要結(jié)論：若F=mgv0Otv