電磁感應(yīng)·導(dǎo)體棒

1、電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)導(dǎo)體棒導(dǎo)體棒案例案例2：電磁感應(yīng)導(dǎo)軌問題：電磁感應(yīng)導(dǎo)軌問題1.1.恒定速度恒定速度 2.恒定加速度恒定加速度 3.恒定作用力恒定作用力 4. 恒定功率恒定功率 5. 動(dòng)生和感生動(dòng)生和感生(恒定加速度）恒定加速度） 6.含容問題（恒含容問題（恒力）力） 7. 雙桿問題（恒雙桿問題（恒定速度）定速度） 8. 含源問題（恒含源問題（恒定速度）定速度）9. 雙棒恒力問題雙棒恒力問題 題組變式訓(xùn)練題組變式訓(xùn)練優(yōu)點(diǎn)：起點(diǎn)低，效率高，構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，傳授程序性知識優(yōu)點(diǎn)：起點(diǎn)低，效率高，構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，傳授程序性知識難點(diǎn)：精力投入大，教師能力要求高難點(diǎn)：精力投入大，教師能力要求高Rv0類似情景類似

2、情景條件變化條件變化科學(xué)備考科學(xué)備考-資料組編資料組編資料功能性展示：提高靈活應(yīng)變能力提高靈活應(yīng)變能力資料組編資料組編 例例1.2002廣東廣東如圖所示，半徑為如圖所示，半徑為R，單位長度電，單位長度電阻為阻為的均勻?qū)w圓環(huán)固定在水平面上，圓環(huán)中心為的均勻?qū)w圓環(huán)固定在水平面上，圓環(huán)中心為O.勻強(qiáng)磁場垂直水平面方向向下，磁感強(qiáng)度為勻強(qiáng)磁場垂直水平面方向向下，磁感強(qiáng)度為B.平行于平行于直線直線MON的導(dǎo)體桿的導(dǎo)體桿ab，沿垂直于桿的方向向右運(yùn)動(dòng)，沿垂直于桿的方向向右運(yùn)動(dòng).桿桿的電阻可以忽略不計(jì)，桿與圓環(huán)接觸良好的電阻可以忽略不計(jì)，桿與圓環(huán)接觸良好.某時(shí)刻，桿某時(shí)刻，桿的位置如圖，的位置如圖，aO

3、b=2，速度為，速度為v.求此時(shí)刻作用在桿求此時(shí)刻作用在桿上安培力的大小上安培力的大小.示例示例: 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)導(dǎo)體棒導(dǎo)體棒習(xí)題課習(xí)題課 例例2.如圖所示如圖所示,平行長直金屬導(dǎo)軌置于豎直平面內(nèi)平行長直金屬導(dǎo)軌置于豎直平面內(nèi),間距為間距為l，導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上端接有阻值為上端接有阻值為R的電阻的電阻,質(zhì)量為質(zhì)量為m的導(dǎo)體垂直跨放在導(dǎo)軌上的導(dǎo)體垂直跨放在導(dǎo)軌上,并擱在并擱在支架上支架上.導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均不計(jì)導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均不計(jì),且接觸良好且接觸良好,他們之間的摩擦不他們之間的摩擦不計(jì)計(jì).在導(dǎo)軌平面內(nèi)有一矩形區(qū)域內(nèi)存在著垂直向里的勻強(qiáng)電場在導(dǎo)軌平面內(nèi)有一矩形區(qū)域內(nèi)存在著垂直向里的勻強(qiáng)電場,磁

4、感磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為應(yīng)強(qiáng)度大小為B.開始時(shí)開始時(shí),導(dǎo)體棒靜止導(dǎo)體棒靜止.當(dāng)磁場以速度當(dāng)磁場以速度v0勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體棒隨之開始運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體棒隨之開始運(yùn)動(dòng),并很快達(dá)到恒定的速度并很快達(dá)到恒定的速度,此時(shí)導(dǎo)體棒仍處于磁此時(shí)導(dǎo)體棒仍處于磁場區(qū)域內(nèi)場區(qū)域內(nèi).求求 (1)導(dǎo)體棒所達(dá)到的恒定速度導(dǎo)體棒所達(dá)到的恒定速度? (2)導(dǎo)體棒以恒定速度運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)體棒以恒定速度運(yùn)動(dòng)時(shí),電路中消耗電路中消耗的電功率是多少？的電功率是多少？解：解：(1)設(shè)導(dǎo)體棒所達(dá)到的恒定速度為設(shè)導(dǎo)體棒所達(dá)到的恒定速度為v 則感應(yīng)電動(dòng)勢則感應(yīng)電動(dòng)勢 E=Bl(v0 v) 感應(yīng)電流感應(yīng)電流 I=E/R 導(dǎo)體棒受的安培力導(dǎo)體棒受的

5、安培力F=BI l=B 2 l 2(v0-v)/R 根據(jù)二力平衡得根據(jù)二力平衡得 B 2 l 2(v0-v)/R = mg 解得解得 v = v0-mgR/B2l2 (2) 電路中消耗的電動(dòng)勢為電路中消耗的電動(dòng)勢為P 則則P=I2R= B 2 l 2(v0-v)2/R= m2g2R/B2l2 例例3.如圖所示如圖所示,為足夠長的光滑導(dǎo)軌為足夠長的光滑導(dǎo)軌MN和和PQ,導(dǎo)軌相距為導(dǎo)軌相距為L,上上端端MP之間連接的電阻為之間連接的電阻為R,并處于垂直紙面向外的均勻磁場中并處于垂直紙面向外的均勻磁場中,磁感磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小應(yīng)強(qiáng)度的大小B 隨時(shí)間隨時(shí)間 t 的變化規(guī)律的變化規(guī)律 B= k t ,其中

6、其中 k 為大于零的常為大于零的常數(shù)數(shù).質(zhì)量為質(zhì)量為m的金屬捧的金屬捧 ab 垂直導(dǎo)軌放在垂直導(dǎo)軌放在MP 附近附近,從靜止開始下滑從靜止開始下滑,當(dāng)下滑高度為當(dāng)下滑高度為 h 時(shí)速度恰好最大時(shí)速度恰好最大, 此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1,設(shè)金設(shè)金屬捧電阻為屬捧電阻為 r,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì).求金屬捧能達(dá)到的最大速度求金屬捧能達(dá)到的最大速度. 解解:金屬捧達(dá)到最大速度時(shí)金屬捧達(dá)到最大速度時(shí),由于金屬棒切割磁感由于金屬棒切割磁感線而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為線而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為E1=B1Lv 由于磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為由于磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為

7、 電流強(qiáng)度為電流強(qiáng)度為kLhkSttSktBStE2rRkhLLvBI1當(dāng)重力和安培力平衡時(shí)當(dāng)重力和安培力平衡時(shí),加速度為零加速度為零,速度達(dá)到最大值速度達(dá)到最大值 mg=B1ILLrRkhLLvBBmgm111221)(BkhLBRrmgvm 例例4.質(zhì)量為質(zhì)量為m的金屬桿的金屬桿ab,以一定的初速度以一定的初速度v0從一光滑平行金從一光滑平行金屬導(dǎo)軌底端向上滑行屬導(dǎo)軌底端向上滑行,導(dǎo)軌平面與水平面成導(dǎo)軌平面與水平面成角角,兩導(dǎo)軌之間用一電兩導(dǎo)軌之間用一電阻阻R相連相連,如圖如圖.若有磁感應(yīng)強(qiáng)度為若有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直穿過軌道平面的勻強(qiáng)磁場垂直穿過軌道平面,導(dǎo)軌與桿電阻不計(jì)導(dǎo)軌與桿

8、電阻不計(jì),金屬桿上行到某一高度后又返回下行金屬桿上行到某一高度后又返回下行,則上行則上行與下行回到底端的兩個(gè)過程比較與下行回到底端的兩個(gè)過程比較BCD A.所用時(shí)間上行大于下行所用時(shí)間上行大于下行 B.電阻電阻R產(chǎn)生的熱量上行時(shí)小于初動(dòng)能產(chǎn)生的熱量上行時(shí)小于初動(dòng)能,下行時(shí)小于最大重力下行時(shí)小于最大重力勢能勢能 C.電阻電阻R上通過的電荷量上行等于下行上通過的電荷量上行等于下行 D.金屬桿金屬桿ab受到磁場力的沖量大小上行等于下行受到磁場力的沖量大小上行等于下行 例例5.如圖所示如圖所示, 磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場與水平面垂直的勻強(qiáng)磁場與水平面垂直,導(dǎo)軌導(dǎo)軌電阻不計(jì)電阻不計(jì),質(zhì)量為質(zhì)

9、量為m,長為長為 l , 電阻為電阻為R 的直導(dǎo)線的直導(dǎo)線AB可以在導(dǎo)軌上無可以在導(dǎo)軌上無摩擦地自由滑動(dòng)摩擦地自由滑動(dòng),設(shè)導(dǎo)軌足夠長設(shè)導(dǎo)軌足夠長,且與水平面夾角為且與水平面夾角為.求在導(dǎo)線從求在導(dǎo)線從靜止開始下滑的過程中最大速度是多少靜止開始下滑的過程中最大速度是多少?coscossinLRBLvBBILmgmcostan22LBmgRvm解: 動(dòng)生電動(dòng)勢中的“導(dǎo)體棒導(dǎo)軌”問題（一）、“單棒導(dǎo)軌”問題 （二）、“雙棒導(dǎo)軌”問題 2006年全國年全國卷卷 21T21T如圖所示如圖所示,在勻強(qiáng)磁場中固定放置一根串接一電阻在勻強(qiáng)磁場中固定放置一根串接一電阻R的的直角形金屬導(dǎo)軌直角形金屬導(dǎo)軌aob(在

10、紙面內(nèi)在紙面內(nèi)),磁場方向垂直紙面朝里磁場方向垂直紙面朝里,另有兩根金屬導(dǎo)軌另有兩根金屬導(dǎo)軌c、d分別平行于分別平行于oa、ob放置放置.保持導(dǎo)軌之間接觸良好保持導(dǎo)軌之間接觸良好,金屬導(dǎo)軌的電阻不計(jì)金屬導(dǎo)軌的電阻不計(jì).現(xiàn)經(jīng)現(xiàn)經(jīng)歷以下四個(gè)過程：歷以下四個(gè)過程：以速率以速率v移動(dòng)移動(dòng)d,使它與使它與ob的距離增大一倍；的距離增大一倍；再以速率再以速率v移動(dòng)移動(dòng)c,使它與使它與oa的距離減小一半；的距離減小一半；然后然后,再以速率再以速率2v移動(dòng)移動(dòng)c,使它回到原處；使它回到原處；最后以速率最后以速率2v移動(dòng)移動(dòng)d,使它也回到原處使它也回到原處.設(shè)上述四個(gè)過程中通過電阻設(shè)上述四個(gè)過程中通過電阻R的電

11、量的電量的大小依次為的大小依次為Q1、Q2、Q3和和Q4,則則AA. Q1Q2Q3Q4 B. Q1Q22Q32Q4 C. 2Q12Q2Q3Q4 D. Q1Q2Q3Q4 三三.2006年高考物理電學(xué)試題賞析年高考物理電學(xué)試題賞析2009年高考上海物理卷第年高考上海物理卷第24題題如圖，光滑的平行金屬導(dǎo)軌水平放置，電阻不計(jì)，導(dǎo)軌間距為如圖，光滑的平行金屬導(dǎo)軌水平放置，電阻不計(jì)，導(dǎo)軌間距為l，左側(cè)接一阻值為，左側(cè)接一阻值為R的電阻。區(qū)域的電阻。區(qū)域cdef內(nèi)存在垂直軌道平面向下的有界勻強(qiáng)磁場，磁場寬度為內(nèi)存在垂直軌道平面向下的有界勻強(qiáng)磁場，磁場寬度為s。一質(zhì)。一質(zhì)量為量為m，電阻為，電阻為r的金屬棒

12、的金屬棒MN置于導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，受到置于導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，受到F0.5v0.4（N）（）（v為金屬棒速度）的水平力作用，從磁場的左邊界由靜止開始運(yùn)動(dòng)，為金屬棒速度）的水平力作用，從磁場的左邊界由靜止開始運(yùn)動(dòng)，測得電阻兩端電壓隨時(shí)間均勻增大（已知：測得電阻兩端電壓隨時(shí)間均勻增大（已知：l1m，m1kg，R0.3 ，r0.2 ，s1m）。）。（1）分析并說明該金屬棒在磁場中做何種運(yùn)動(dòng)；）分析并說明該金屬棒在磁場中做何種運(yùn)動(dòng)；（2）求磁感應(yīng)強(qiáng)度）求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；的大??；（3）若撤去外力后棒的速度）若撤去外力后棒的速度v隨位移隨位移x的變化規(guī)律滿足的變化規(guī)律滿足 ，且棒在運(yùn)動(dòng)到，且棒在運(yùn)動(dòng)到ef 處時(shí)恰好處時(shí)恰好靜止，則外力靜止，則外力F作用的時(shí)