2019年高考物理 双基突破(二)专题32 电磁感应中的“单杆”模型精讲
9页1、专题32 电磁感应中的“单杆”模型单杆模型是电磁感应中常见的物理模型,此类题目所给的物理情景一般是导体棒垂直切割磁感线,在安培力、重力、拉力作用下的变加速直线运动或匀速直线运动,所涉及的知识有牛顿运动定律、功能关系、能量守恒定律等。1此类题目的分析要抓住三点:(1)杆的稳定状态一般是匀速运动(达到最大速度或最小速度,此时合力为零)。(2)整个电路产生的电能等于克服安培力所做的功。(3)电磁感应现象遵从能量守恒定律。如图甲,导体棒ab从磁场上方h处自由释放,当进入磁场后,其速度随时间的可能变化情况有三种,如图乙,全过程其能量转化情况是重力势能转化为动能和电能,电能再进一步转化为导体棒和电阻R的内能。2单杆模型中常见的情况及处理方法:(1)单杆水平式v00v00示意图单杆ab以一定初速度v0在光滑水平轨道上滑动,质量为m,电阻不计,两导轨间距为L轨道水平光滑,单杆ab质量为m,电阻不计,两导轨间距为L轨道水平光滑,单杆ab质量为m,电阻不计,两导轨间距为L,拉力F恒定轨道水平光滑,单杆ab质量为m,电阻不计,两导轨间距为L,拉力F恒定力学观点导体杆以速度v切割磁感线产生感应电动势EBLv,
2、电流I,安培力FBIL,做减速运动:vFa,当v0时,F0,a0,杆保持静止S闭合,ab杆受安培力F,此时a,杆ab速度v感应电动势BLvI安培力FBIL加速度a,当E感E时,v最大,且vm开始时a,杆ab速度v感应电动势EBLvI安培力F安BIL,由FF安ma知a,当a0时,v最大,vm开始时a,杆ab速度v感应电动势EBLv,经过t速度为vv,此时感应电动势EBL(vv),t时间内流入电容器的电荷量qCUC(EE)CBLv电流ICBLCBLa安培力F安BLICB2L2a FF安ma,a,所以杆以恒定的加速度匀加速运动图象观点 能量观点动能全部转化为内能:Qmv电源输出的电能转化为动能W电mvF做的功一部分转化为杆的动能,一部分产生电热:WFQmvF做的功一部分转化为动能,一部分转化为电场能:WFmv2EC【题1】如图所示,间距为L,电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置,导轨左端用一阻值为R的电阻连接,导轨上横跨一根质量为m,电阻也为R的金属棒,金属棒与导轨接触良好。整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中现使金属棒以初速度v0沿导轨向右运动,若金属棒在整个运动过程中通过
3、的电荷量为q。下列说法正确的是A金属棒在导轨上做匀减速运动B整个过程中电阻R上产生的焦耳热为C整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为D整个过程中金属棒克服安培力做功为【答案】D【题2】如图所示,足够长的平行金属导轨内有垂直纸面向里的匀强磁场,金属杆ab与导轨垂直且接触良好,导轨右端与电路连接已知导轨相距为L,磁场的磁感应强度为B,R1、R2和ab杆的电阻值均为r,其余电阻不计,板间距为d、板长为4d,重力加速度为g,不计空气阻力如果ab杆以某一速度向左匀速运动时,沿两板中心线水平射入质量为m、带电荷量为q的微粒恰能沿两板中心线射出,如果ab杆以同样大小的速度向右匀速运动时,该微粒将射到B板距其左端为d的C处。(1)求ab杆匀速运动的速度大小v;(2)求微粒水平射入两板时的速度大小v0;(3)如果以v0沿中心线射入的上述微粒能够从两板间射出,试讨论ab杆向左匀速运动的速度范围。【答案】(1)(2)(3)va1t t1 由得:a1 若a1的方向向上,设ab杆运动的速度为v1,两板电压为:U1BLv1 又有:mgma1 联立式得:v1,所以ab杆向左匀速运动时速度的大小范围为v 方法技巧:巧用
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