高中物理-電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的另類勻變速

1、 7高中物理電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的另類勻變速現(xiàn)行物理教材中,將任意相等的時間內(nèi)質(zhì)點速度變化都相等的直線運(yùn)動,定義 為勻變速直線運(yùn)動,這是以時間為變量給出的定義。如果以空間位移為變量,可以 將在任意相等的位移質(zhì)點速度變化都相等的直線運(yùn)動,定義為勻變速直線運(yùn)動,這 就是本文所討論的“另類”勻變速直線運(yùn)動(以下簡稱“另類”運(yùn)動)。前者, 質(zhì)點的速度隨時間均勻變化,指點受到的合外力是恒力；而后者,質(zhì)點的速度隨位 移均勻變化,質(zhì)點受的到合外力是變力。這是兩種完全不同性質(zhì)的直線運(yùn)動。 一、“另類”運(yùn)動的運(yùn)動規(guī)律描述質(zhì)點直線運(yùn)動的物理量有：速度、時間、位移和加速度,而描述質(zhì)點的 運(yùn)動規(guī)律,就是給出各物理量之間的變

2、化關(guān)系,只要掌握了質(zhì)點的運(yùn)動規(guī)律,就可 以預(yù)測經(jīng)一段時間后質(zhì)點的速度大小和空間位移。1、“另類”運(yùn)動的速度一位移公式設(shè)“另類”運(yùn)動的質(zhì)點在時間t內(nèi)位移為S,初速度為Vo,末速度為Vt ,加速度為由“另類”運(yùn)動的定義可知V -VOkjA (1)S“另類”運(yùn)動的“加速度”是恒量,單位是秒“,方向為速度變化的方向,是描述速 度相對位移變化快慢的物理量,是速度對位移的變化率,其數(shù)值等于質(zhì)點單位位移 的速度變化量。將“加速度” aS的定義式變形可得質(zhì)點的速度一一位移方程 = V0+rts -S (2)由上式可知：質(zhì)點的速度隨位移均勻變化,質(zhì)點對位移的平均速度為i = Ai,并且2C V +vo等于位移為

3、丄時質(zhì)點的瞬時速度,即：VS =V 2t X2已知某時刻質(zhì)點的位移、初速度、“加速度”，可Ill速度公式求出該時刻質(zhì)點的 瞬時速度。二、“另類”運(yùn)動規(guī)律的應(yīng)用示例：如圖所示,MN、PQ是位于同一水平面上、相互平行、足夠長的光滑金屬導(dǎo) 軌,兩導(dǎo)軌相距為L,電阻不計,其左端用導(dǎo)線連接一個阻值為R的定值電阻,將一 個質(zhì)量為m,電阻為r的金屬棒垂直于導(dǎo)軌放置,整個裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面、 范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場中，磁感強(qiáng)度的大小為B,現(xiàn)給導(dǎo)體棒一個沿軌道方向的 水平初速度v0,且導(dǎo)軌棒沿導(dǎo)軌運(yùn)動過程中始終保持與導(dǎo)軌垂直,且接觸良好。（1）分析導(dǎo)體棒的運(yùn)動是否為“另類”勻變速直線運(yùn)動,如果是,求出“加速度

4、” TOC o 1-5 h z 的大小。MN（2）求導(dǎo)體棒在整個過程中的位移S大小； Is 3（14分）如圖所示,質(zhì)量為加的矩形線框 MNPQMN邊長為a、NP邊長為b； MN邊電阻為 RxPQ邊電阻為&,線框其余部分電阻不計?，F(xiàn)將 線框放在光滑絕緣的水平桌面上,PQ邊與y軸重 合?？臻g存在一個方向垂直桌面向下的磁場,該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度沿y軸方向均 勻,沿X軸方向按規(guī)律BX=BO（Ikx）變化,式中3）和k為已知常數(shù)且大于零。矩 形線框以初速度巾從圖示位置向X軸正方向平動。求:（1）在圖示位置時線框中的感應(yīng)電動勢以及感應(yīng)電流的大小和方向;（2）線框所受安培力的方向和安培力的表達(dá)式;（3）線框的

5、最大運(yùn)動距離皿；（4）若如線框運(yùn)動到過程中,電阻R產(chǎn)生的焦耳熱。(I)Z = 感應(yīng)電流的方向沿NP酗VF =爵4、(16分)如圖所示,空間等間距分布著水平方向的條形勻強(qiáng)磁場,豎直方向磁場 區(qū)域足夠長,磁感應(yīng)強(qiáng)度B= T,每一條形磁場區(qū)域的寬度及相鄰條形磁場區(qū)域的 間距均為0.5 m,現(xiàn)有一邊長l=0.2 m、質(zhì)量“7=0.1 kg、電阻R = O.1 的正方 形線框MNoP以v0=7 ns的初速從左側(cè)磁場邊緣水平進(jìn)入磁場,求：線框 邊剛進(jìn)入磁場時受到安培力的大小F；線框從開始進(jìn)入磁場到豎直下落的過程中產(chǎn)生的焦耳熱0;線框能穿過的完整條形磁場區(qū)域的個斬TffI；XX ：II! :1；XX： I7

6、X : ：:XX：:I1； ：II :XX；I 1:XX：I1:XX：I;:；XX：1:I1:!;:!4解：線框MN邊剛進(jìn)入磁場時有：F = Bu = Bl 里土 = 2.8NR設(shè)線框豎直下落H時,速度為VH由能量守恒得:mgH + -Hv =2 + -v121 2 2自由落體規(guī)律:VH = 2gH 解得：Q = -mv = 2.45 J2解法一：只有在線框進(jìn)入和穿出條形磁場區(qū)域時,才產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,線框部分進(jìn)入磁場區(qū)域 X 時有：F = Bll = BI = VR R在f/時間內(nèi),由動量定理：一Fr=求和I ： V vr = V B x = mv0 角軍得:X = mv)JR JRR可穿過4個完整條形磁場區(qū)域穿過條形磁場區(qū)域的個數(shù)為：=工2 4.421解法二：線框穿過第1個條形磁場左邊界過程中 一 Bl2 /AtF = BH = BlR根據(jù)動量定理：-F = nn - InV解得:B2I3R=InVl 一 /MV0同理線框穿過第