4.4电磁感应中的双杆问题分类例析.doc
《4.4电磁感应中的双杆问题分类例析.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《4.4电磁感应中的双杆问题分类例析.doc(10页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、电磁感应中的双杆问题分类例析“双杆”类问题是电磁感应中常见的题型,也是电磁感应中的一个难道,下面对“双杆”类问题进行分类例析1、“双杆” 在等宽导轨上向相反方向做匀速运动当两杆分别向相反方向运动时,相当于两个电池正向串联。2.“双杆” 在等宽导轨上同向运动,但一杆加速另一杆减速当两杆分别沿相同方向运动时,相当于两个电池反向串联。3. “双杆”中两杆在等宽导轨上做同方向上的加速运动。“双杆”中的一杆在外力作用下做加速运动,另一杆在安培力作用下做加速运动,最终两杆以同样加速度做匀加速直线运动。4“双杆”在不等宽导轨上同向运动。“双杆”在不等宽导轨上同向运动时,两杆所受的安培力不等大反向,所以不能利
2、用动量守恒定律解题。【例5】如图所示,间距为l、电阻不计的两根平行金属导轨MN、PQ(足够长)被固定在同一水平面内,质量均为m、电阻均为R的两根相同导体棒a、b垂直于导轨放在导轨上,一根轻绳绕过定滑轮后沿两金属导轨的中线与a棒连接,其下端悬挂一个质量为M的物体C,整个装置放在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。开始时使a、b、C都处于静止状态,现释放C,经过时间t,C的速度为、b的速度为。不计一切摩擦,两棒始终与导轨接触良好,重力加速度为g,求:(1)t时刻C的加速度值;(2)t时刻a、b与导轨所组成的闭合回路消耗的总电功率。解析:(1)根据法拉第电磁感应定律,t时刻回路的感应电动势
3、 回路中感应电流 以a为研究对象,根据牛顿第二定律 以C为研究对象,根据牛顿第二定律 联立以上各式解得 (2)解法一:单位时间内,通过a棒克服安培力做功,把C物体的一部分重力势能转化为闭合回路的电能,而闭合回路电能的一部分以焦耳热的形式消耗掉,另一部分则转化为b棒的动能,所以,t时刻闭合回路的电功率等于a棒克服安培力做功的功率,即 解法二:a棒可等效为发电机,b棒可等效为电动机 a棒的感应电动势为 闭合回路消耗的总电功率为 联立解得 解法三:闭合回路消耗的热功率为 b棒的机械功率为 故闭合回路消耗的总电功率为 说明:在单位时间t内,整个系统的功能关系和能量转化关系如下:C物体重力做功C物体重力
4、势能的减少量C物体克服细绳拉力做功C物体动能的增加量细绳拉力对a棒做功a棒克服安培力做功a棒动能的增加量闭合回路消耗的总电能安培力对b棒做正功闭合回路产生的焦耳热b棒动能的增加量模型:a棒可等效为发电机,b棒可等效为电动机【例1】两根平行的金属导轨,固定在同一水平面上,磁感强度B0.05T的匀强磁场与导轨所在平面垂直,导轨的电阻很小,可忽略不计导轨间的距离l0.20 m两根质量均为m0.10 kg的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动,滑动过程中与导轨保持垂直,每根金属杆的电阻为R0.50在t0时刻,两杆都处于静止状态现有一与导轨平行、大小为0.20 N的恒力F作用于金属杆甲上,使金属杆在导
5、轨上滑动经过t5.0s,金属杆甲的加速度为a1.37 ms,问此时两金属杆的速度各为多少?本题综合了法拉第电磁感应定律、安培力、左手定则、牛顿第二定律、动量定理、全电路欧姆定律等知识,考查考生多角度、全方位综合分析问题的能力解析:设任一时刻t,两金属杆甲、乙之间的距离为x,速度分别为vl和v2,经过很短的时间t,杆甲移动距离v1t,杆乙移动距离v2t,回路面积改变 S(x一2t)+1tll(1-2) t 由法拉第电磁感应定律,回路中的感应电动势EBS/tB(l一2) 回路中的电流 iE2 R 杆甲的运动方程 FBlima 由于作用于杆甲和杆乙的安培力总是大小相等、方向相反,所以两杆的动量(t0
6、时为0)等于外力F的冲量 Ftmlm2 联立以上各式解得 1Ft/m2R(F一ma)B2l22 2Ftm一2R(F一ma)B2l22 代入数据得移l8.15 ms,v21.85 msBv0Lacdb【例2】两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离为L。导轨上面横放着两根导体棒ab和cd,构成矩形回路,如图所示两根导体棒的质量均为m,电阻均为R,回路中其余部分的电阻可不计在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行开始时,棒cd静止,棒ab有指向棒cd的初速度v0若两导体棒在运动中始终不接触,求:(1)在运动中产生的焦耳热最多是多少
7、(2)当ab棒的速度变为初速度的3/4时,cd棒的加速度是多少?解析:ab棒向cd棒运动时,两棒和导轨构成的回路面积变小,磁通量发生变化,于是产生感应电流ab棒受到与运动方向相反的安培力作用作减速运动,cd棒则在安培力作用下作加速运动在ab棒的速度大于cd棒的速度时,回路总有感应电流,ab棒继续减速,cd棒继续加速两棒速度达到相同后,回路面积保持不变,磁通量不变化,不产生感应电流,两棒以相同的速度v作匀速运动(1)从初始至两棒达到速度相同的过程中,两棒总动量守恒,有根据能量守恒,整个过程中产生的总热量 (2)设ab棒的速度变为初速度的3/4时,cd棒的速度为v1,则由动量守恒可知:此时回路中的
8、感应电动势和感应电流分别为:,此时棒所受的安培力: ,所以棒的加速度为 由以上各式,可得。vv【例3】两根相距d=0.20m的平行金属长导轨固定在同一水平面内,并处于竖直方向的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.2T,导轨上面横放着两条金属细杆,构成矩形回路,每条金属细杆的电阻为r=0.25,回路中其余部分的电阻可不计.已知两金属细杆在平行于导轨的拉力的作用下沿导轨朝相反方向匀速平移,速度大小都是v=5.0m/s,如图所示.不计导轨上的摩擦.(1)求作用于每条金属细杆的拉力的大小.(2)求两金属细杆在间距增加0.40m的滑动过程中共产生的热量.解析:(1)当两金属杆都以速度v匀速滑动时,每条金
9、属杆中产生的感应电动势分别为: E1=E2=Bdv由闭合电路的欧姆定律,回路中的电流强度大小为:因拉力与安培力平衡,作用于每根金属杆的拉力的大小为F1=F2=IBd。由以上各式并代入数据得N(2)设两金属杆之间增加的距离为L,则两金属杆共产生的热量为,代入数据得Q=1.2810-2J.【例4】如图,在水平面上有两条平行导电导轨MN、PQ,导轨间距离为,匀强磁场垂直于导轨所在的平面(纸面)向里,磁感应强度的大小为B,两根金属杆1、2摆在导轨上,与导轨垂直,它们的质量和电阻分别为和R1、R2,两杆与导轨接触良好,与导轨间的动摩擦因数为,已知:杆1被外力拖动,以恒定的速度沿导轨运动;达到稳定状态时,
10、杆2也以恒定速度沿导轨运动,导轨的电阻可忽略,求此时杆2克服摩擦力做功的功率。解法1:设杆2的运动速度为v,由于两杆运动时,两杆间和导轨构成的回路中的磁通量发生变化,产生感应电动势 感应电流 杆2作匀速运动,它受到的安培力等于它受到的摩擦力, 导体杆2克服摩擦力做功的功率 解得 解法2:以F表示拖动杆1的外力,以I表示由杆1、杆2和导轨构成的回路中的电流,达到稳定时,对杆1有 对杆2有 外力F的功率 以P表示杆2克服摩擦力做功的功率,则有 300300Bcdbav由以上各式得 【例5】如图所示,在倾角为300的斜面上,固定两条无限长的平行光滑导轨,一个匀强磁场垂直于斜面向上,磁感强度B0.4T
11、,导轨间距L0.5m。两根金属棒ab、cd平行地放在导轨上,金属棒质量mab0.1kg,mcd0.2kg,两金属棒总电阻r0.2,导轨电阻不计。现使金属棒ab以v1.5m/s的速度沿斜面向上匀速运动,求(1)金属棒cd的最大速度;(2)在cd有最大速度时,作用在金属棒ab上的外力做功的功率。说明:(1)分析清楚棒的受力情况和运动情况是解决本题的关键。在第(1)问的分析中,也可以对cd棒的运动方向进行判断,因为不管cd的运动方向如何,它速度最大时mcdgsin300=IlB式一定成立。直接解mcdgsin300=IlB、BlvBlvm、I/r式,若vm为正值则表示方向沿轨道向下,若为负值则表示方
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 4.4 电磁感应 中的 问题 分类
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【w****g】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【w****g】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。