17、电磁感应中双棒切割磁感线4种物理模型
5页1、电磁感应中双棒切割磁感线模型上次分析了电磁感应中单棒切割磁感线的8种模型,包含了在一定初速或在外力作用下、电路中有电阻、电源、电容器、电感线圈等元件的各种情况。单棒切割磁感线是此类问题的基础,其他情况是在此基 础上的变化和延伸,因此必须熟读和深入理解。本文对于双棒切割磁感线问题的典型模型再做具体分析。模型一:无外力等间距匀强磁场与导轨导体棒垂直,磁感应强度为B,棒长均为L,质量分别 为m1和m2,棒1开始时静止,棒2初速度为v0,水平导轨光滑,棒的电 阻分别为R1和R2,其它电阻不计。(1)电路特点:棒2相当于电源,棒1受到安培力作用向右加速运动,运 动后产生反电动势。(2)动态分析:r BLV - BLV BLAVI =21 =R + R R + R1 2 1 2B 2 L AVR + R1 2F = maAo随着棒2减速,棒1加速,两棒的相对速度Av逐渐减小,电路中的电流I逐渐减小,安培力逐渐减小。由牛顿第二定律F = ma得,加速度a逐渐 A减小。棒1做a减小的加速运动,棒2做a减小的减速运动。a=0时达到稳定状态,电流等于零,以共同速度做匀速直线运动。(3)电量关系:棒 1:
2、BLq 二 m v -01共棒 2: -BLq = m v -m v2 共 2 0由于棒1和棒2所受的安培力大小相等方向相反,故动量守恒m2Vo =(叫+巴)V共BASBLAxq =R + R R + R12 12Ax为两棒的相对位移(4)能量关系:系统减小的机械能等于回路中产生的焦耳热Q (类似于完全非弹性碰撞)模型二:无外力不等间距匀强磁场与导轨导体棒垂直,磁感应强度为B,棒长分别为L1和L2, 质量分别为m】和m2,棒1初速度为v0,棒2开始时静止,水平导轨光 滑,棒的电阻分别为R1和R2,其它电阻不计。(1)电路特点:棒1相当于电源,棒2受到安培力作用向右加速运动, 运动后产生反电动势。(2)动态分析:r BLV -BLVF = BILF = maR + RAA1 2随着棒1减速,棒2加速,回路中的电流逐渐减小,安培力和加速度都逐渐减小,最终当BLV = BLV时,电流为零,两棒做匀速直线运动(速度不 11 2 2相同)(3)电量关系:棒 1: - BL q 二 mv-mv1 1 1 1 0棒 2: BL q = m v -02 2 2由于棒1和棒2所受的安培力大小不相等,故动
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