电磁感应导轨 单轨、双轨.ppt

解决电磁感应问题的关键就是借鉴或利用相似原型来启发理解和变换物理模型,即把电磁感应的问题等效转换成稳恒直流电路,把产生感应电动势的那部分导体等效为内电路,感应电动势的大小相当于电源电动势。其余部分相当于外电路,并画出等效电路图。此时,处理问题的方法与闭合电路求解基本一致,惟一要注意的是电磁感应现象中,有时导体两端有电压,但没有电流流过,这类似电源两端有电势差但没有接入电路时电流为零。
电磁感应现象部分的知识历来是高考的重点、热点,出题时可将力学、电磁学等知识溶于一体,能很好地考查学生的理解、推理、分析综合及应用数学处理物理问题的能力。通过近年高考题的研究,此部分每年都有“轨道+导棒”模型的高考题出现。
电磁感应和力学规律的综合应用
电磁感应中的导轨问题
受力情况分析
运动情况分析
动力学观点
动量观点
能量观点
牛顿定律
平衡条件
动量定理
动量守恒
动能定理
能量守恒
单棒问题
双棒问题
“轨道+导棒”模型类试题命题的“基本道具”:导轨、金属棒、磁场,其变化点有:
Ⅰ.导轨
(1)轨道的形状:常见轨道的形状为U形,还可以为圆形、三角形、三角函数图形等;
(2)轨道的闭合性:轨道本身可以不闭合,也可闭合;
(3)轨道电阻:不计、均匀分布或部分有电阻、串上外电阻;
(4)轨道的放置:水平、竖直、倾斜放置等等.
II . 金属棒—可以是单跟金属棒也可以是两个金属棒
例1. 水平放置于匀强磁场中的光滑导轨上,有一根长为L的导体棒ab,用恒力F作用在ab上,由静止开始运动,回路总电阻为R,试分析ab 的运动情况,并求ab棒的最大速度。
a
b
B
R
F
分析:ab 在F作用下向右加速运动,切割磁感应线,产生感应电流,感应电流又受到磁场的作用力f,画出受力图:
f1
a=(F-f)/m v E=BLv I= E/R f=BIL
F
f2
最后,当f=F 时,a=0,速度达到最大,
F
f
F=f=BIL=B2 L2 Vm /R
Vm=FR / B2 L2
Vm称为收尾速度.
一、单棒问题:
这类问题覆盖面广,题型也多种多样;但解决这类问题的关键在于通过运动状态的分析来寻找过程中的临界状态,如速度、加速度取最大值或最小值的条件等.
基本思路是:
F=BIL
临界状态
v与a方向关系
运动状态的分析
a变化情况
F=ma
合外力
运动导体所
受的安培力
感应电流
确定电源(E,r)
a
b
B
R
F

导体棒相当于电源,当速度为v时,电动势E=Blv

安培力为阻力,并随速度增大而增大

加速度随速度增大而减小

a减小的加速运动
t
v
O
vm
特点分析:
FB
f
R
r
:
匀速直线运动(a=0)

(1) 最大加速度:
(2) 最大速度:
FB
f
R
r
当v=0时:
当a=0时:

(4)拉力变化
(3) 导轨面变化(竖直或倾斜)
(1) 电路变化
(2)磁场方向变化
F
F
F
B
F
Q
B
P
C
D
A
竖直
倾斜
例2. 在磁感应强度为B的水平均强磁场中,竖直放置一个冂形金属框ABCD,框面垂直于磁场,宽度BC=L,,当杆自静止开始沿框架下滑时:
(1)开始下滑的加速度为多少?
(2)框内感应电流的方向怎样?
(3)金属杆下滑的最大速度是多少?
Q
B
P
C
D
A
解:
开始PQ受力为mg,
mg
所以 a=g
PQ向下加速运动,产生顺时针方向感应电流,
受到向上的磁场力F作用。
I
F
当PQ向下运动时,磁场力F逐渐的增大,加速度逐渐的减小,V仍然在增大,
当G=F时,V达到最大速度。
∴Vm=mgR / B2 L2
(1)
(2)
(3)
即:F=BIL=B2 L2 Vm /R =mg