电磁感应定律——单杆+导轨模型(含思路分析).doc

“单杆导轨”模型1. 单杆水平式(导轨光滑)物理模型动态分析设运动过程中某时刻棒的速度为v，加速度为a，a、v同向，随v的增加，a减小，当a0时，v最大，I恒定收尾状态运动形式匀速直线运动力学特征a0，v最大，vm （根据F=F安推出，因为匀速运动，受力平衡）电学特征I恒定注：加速度a的推导，a=F合/m（牛顿第二定律），F合=F-F安，F安=BIL，I=E/R整合一下即可得到答案。v变大之后，根据 上面得到的a的表达式，就能推出a变小这里要注意，虽然加速度变小，但是只要和v同向，就是加速运动，是a减小的加速运动（也就是速度增加的越来越慢，比如1s末速度是1，2s末是5，3s末是6，4s末是6.1 ，每秒钟速度的增加量都是在变小的）2.单杆倾斜式(导轨光滑)物理模型动态分析棒释放后下滑，此时agsin ，速度vEBLvIFBILa，当安培力Fmgsin 时，a0，v最大注：棒刚释放时，速度为0，所以只受到重力和支持力，合力为mgsin 收尾状态运动形式匀速直线运动力学特征a0，v最大，vm （根据F=F安推出）电学特征I恒定【典例1】如图所示，足够长的金属导轨固定在水平面上，金属导轨宽度L1.0 m，导轨上放有垂直导轨的金属杆P，金属杆质量为m0.1 kg，空间存在磁感应强度B0.5 T、竖直向下的匀强磁场。连接在导轨左端的电阻R3.0 ，金属杆的电阻r1.0 ，其余部分电阻不计。某时刻给金属杆一个水平向右的恒力F，金属杆P由静止开始运动，图乙是金属杆P运动过程的vt图象，导轨与金属杆间的动摩擦因数0.5。在金属杆P运动的过程中，第一个2 s内通过金属杆P的电荷量与第二个2 s内通过P的电荷量之比为35。g取10 m/s2。求： (1)水平恒力F的大小；(2)前4 s内电阻R上产生的热量。【答案】(1)0.75 N(2)1.8 J【解析】(1)由图乙可知金属杆P先做加速度减小的加速运动，2 s后做匀速直线运动当t2 s时，v4 m/s，此时感应电动势EBLv感应电流I安培力FBIL根据牛顿运动定律有FFmg0解得F0.75 N。前4 s内由能量守恒定律得F(x1x2)mv2mg(x1x2)QrQR其中QrQRrR13解得QR1.8 J。注：第二问的思路分析，要求R上产生的热量，就是焦耳热，首先想到的是公式Q=I2Rt，但是在这里，前2s的运动过程中，I是变化的，而且也没办法求出I的有效值来（电荷量对应的是电流的平均值，求焦耳热要用有效值，两者不一样），所以这个思路行不通。焦耳热本身也是一种能量，直接用公式求不出来，就应该用能量转化的方式分析，也就是动能定理，能量守恒之类的，解析里用的就是能量守恒，F对这个系统做的功转化为了系统的能量，包括动能和热能，热能分焦耳热和摩擦生热，焦耳热Q就是电阻上产生的热量（电流做功），摩擦生热对应摩擦力做功。即可列式F(x1x2)mv2mg(x1x2)QrQR其中QrQRrR13这时候会发现位移X是不知道的，此时发现还有电荷量那个条件没有用到，肯定所有条件都是有用的，所以就写一下电荷量表达式，应该就能够推导到位移上去q=磁通量变化量BS=由S=长宽=位移这就是基本的思路，基本上在这类题目里出现求焦耳热的，都是利用能量的方式，肯定就要求做功，因为功能是直接关联的嘛，而如果此时题目条件里有电荷量q的话，就是通过转化来求位移x的，这是目前常见的考查方式，下面斜面上的题目，和这道题分析是类似的，可以练习一下。【典例2】如图所示，MN、PQ是间距l为0.5 m的足够长的平行导轨，NQMN，导轨的电阻均不计导轨平面与水平面间的夹角为37，NQ间连接有一个R为4 的电阻有一匀强磁场垂直于导轨平面且方向向上，磁感应强度B0为1 T将一根质量m为0.05 kg的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上，且与导轨接触良好现由静止释放金属棒，当金属棒滑行至cd处时达到稳定速度，已知在此过程中通过金属棒截面的电荷量q为0.2 C，且金属棒的加速度a与速度v的关系如图所示，设金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行求：(1)金属棒与导轨间的动摩擦因数；(2)cd离NQ的距离x；(3)金属棒滑行至cd处的过程中，电阻R上产生的热量(sin 370.6，cos 370.8.g取10 m/s2)【答案】(1)0.5（2）2m（3）0.08J【解析】（1）由乙图知，当v=0时，a=2m/s2由牛顿第二定律得：mgsinmgcos=ma 代入数据解得：=0.5稳定时金属棒做匀速运动，受力平衡，可得：mgsin=FA+mgcos代入数据解得：r=1在此过程中通过金属棒截面的电量为：q=It=ER+rt=R+r又磁通量的变化量为：=B0Ls代入数据解得：s=2m （