吉林省长市第五中学高三物理 第4课时 电磁感应规律应用二 力课件.ppt

解题要点 电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用 从而影响导体棒 或线圈 的受力情况和运动情况 解决这类力电综合问题 要将电学 力学中的有关知识综合起来应用 常用的规律有 楞次定律 法拉第电磁感应定律 左右手定则 安培力公式及牛顿运动定律 动量定理 动量守恒定律 一般可按以下步骤进行 1 确定对象 明确产生感应电动势的是哪一根 两根 导体棒或是哪一个线圈 2 分析情况 分析研究对象的受力情况 一共受几个力 哪些是恒力 哪些是变力 画出受力图 分析研究对象的运动情况 初始状态怎样 作什么运动 终了状态如何 此类问题中力的变化与运动的变化往往交错在一起 可以从感应电动势开始分析 感应电动势 感应电流 安培力 合外力变化 加速度变化 速度变化 感应电动势变化 周而复始地循环 循环结束时 达到稳定状态 静止 匀速 匀变速 3 运用规律 根据电学规律 力学规律列方程求解 1 06重庆 两根相距为l的足够长的金属直角导轨如图所示放置 它们各有一边在同一水平面内 另一边垂直于水平面 质量均为m的金属细杆ab cd与导轨垂直接触形成闭合回路 杆与导轨之间的动摩擦因数为 导轨电阻不计 回路总电阻为2r 整个装置处于磁感应强度大小为b 方向竖直向上的匀强磁场中 当ab杆在平行于水平导轨的拉力f作用下以速度v1沿导轨匀速运动时 cd杆正好以速率向下v2匀速运动 重力加速度为g 以下说法正确的是 a ab杆所受拉力f的大小为 mg b cd杆所受摩擦力为零 d 与v1大小的关系为 c 回路中的电流为 由于cd不切割磁感线 故电路中的电动势为blv1 电流为 ab杆 cd杆的受力分析如图 ab杆匀速运动 合力为零 解答 ad 2 如图所示 两平行金属导轨固定在水平面上 匀强磁场方向垂直导轨平面向下 金属棒ab cd与导轨构成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动 ab cd两棒的质量之比为2 1 用一沿导轨方向的恒力f水平向右拉cd棒 经过足够长时间以后 a ab棒 cd棒都做匀速运动 b ab棒上的电流方向是由a向b c cd棒所受安培力的大小等于 d 两棒间距离保持不变 由右手定则易知 ab棒上的电流方向是由b向a cd棒做加速度减小的加速运动 ab棒做加速度增大的加速运动 两棒加速度相等时 系统达稳定状态 对整体有 f 2m m a 对ab棒有 f安 2ma 得ab棒所受安培力为 cd棒所受安培力与ab棒所受安培力大小相等 由于开始时cd棒的加速度大于ab棒的加速度 cd棒的速度必始终大于ab棒的速度 因此两棒间距离不断增大 解答 c 3 06连云港一研 如图所示 两根竖直的平行光滑导轨mn pq 相距为l 在m与p之间接有定值电阻r 金属棒ab的质量为m 水平搭在导轨上 且与导轨接触良好 整个装置放在水平匀强磁场中 磁感应强度为b 金属棒和导轨电阻不计 导轨足够长 若将ab由静止释放 它将如何运动 最终速度为多大 若开始就给ab竖直向下的拉力f 使其由静止开始向下作加速度为a a g 的匀加速运动 请求出拉力f与时间t的关系式 请定性在坐标图上画出第 2 问中的f t图线 ab将作加速度越来越小的加速运动 最后作匀速运动 匀速时速度达到最大 最大速度满足 得 经过时间t ab的速度为 v at 由牛顿第二定律 f mg f安 ma 解之得 f与t的关系为一次函数 图像如图示 解答 4 06南京一模 如图所示 水平导轨间距为l 左端接有阻值为r的定值电阻 在距左端x0处放置一根质量为m 电阻为r的导体棒 导体棒与导轨间无摩擦且始终保持良好接触 导轨的电阻可忽略 整个装置处在竖直向上的匀强磁场中 问 在下列各种情况下 作用在导体棒上的水平拉力f的大小应如何 1 磁感应强度为b b0保持恒定 导体棒以速度v向右做匀速直线运动 2 磁感应强度为b b0 kt随时间t均匀增强 导体棒保持静止 3 磁感应强度为b b0保持恒定 导体棒由静止始以加速度a向右做匀加速直线运动 4 磁感应强度为b b0 kt随时间t均匀增强 导体棒以速度v向右做匀速直线运动 1 电动势为 e blv 电流为 i 匀速运动时 外力与安培力平衡 f b0il 2 由法拉第电磁感应定律得 静止时水平外力与安培力平衡 3 任意时刻t导体棒的速度为 v at 由牛顿第二定律得 f bil ma 解答 于是水平力为 4 由法拉第电磁感应定律得 导体棒作匀速运动时水平外力与安培力平衡 5 如图所示 竖直放置的光滑平行金属导轨 相距l 导轨一端接有一个电容器 电容量为c 匀强磁场垂直纸面向里 磁感应强度为b 质量为m的金属棒ab可紧贴导轨自由滑动 现让ab由静止下滑 不考虑空气阻力 也不考虑任何部分的电阻和自感作用 问金属棒做什么运动 棒落地时的速度为多大 ab在重力与安培力的合力作用下加速运动 设任意时刻t 速度为v 感应电动势为 e blv 感应电流 i q t cbl v t cbla 安培力 f bil cb2l2a 由牛顿运动定律 mg f ma ab做初速为零的匀加直线运动 加速度为 a mg m cb2l2 落地速度为 解答 6 07上海 如图 a 所示 光滑的平行长直金属导轨置于水平面内 间距为l 导轨左端接有阻值为r的电阻 质量为m的导体棒垂直跨接在导轨上 导轨和导体棒的电阻均不计 且接触良好 在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场 磁感应强度大小为b 开始时 导体棒静止于磁场区域的右端 当磁场以速度v1匀速向右移动时 导体棒随之开始运动 同时受到水平向左 大小为f的恒定阻力 并很快达到恒定速度 此时导体棒仍处于磁场区域内 1 求导体棒所达到的恒定速度v2 2 为使导体棒能随磁场运动 阻力最大不能超过多少 3 导体棒以恒定速度运动时 单位时间内克服阻力所做的功和电路中消耗的电功率各为多大 4 若t 0时磁场由静止开始水平向右做匀加速直线运动 经过较短时间后 导体棒也做匀加速直线运动 其v t关系如图 b 所示 已知在时刻t导体棒瞬时速度大小为vt 求导体棒做匀加速直线运动时的加速度大小 b 1 导体棒的感应电动势为 e bl v1 v2 解答 导体棒所受安培力为 速度恒定时安培力与阻力平衡 可得导体棒所达到的恒定速度 2 导体棒的最大速度为v1 此时安培力达最大 所以阻力最大不能超过 3 导体棒以恒定速度运动时 单位时间内克服阻力所做的功为 电路中消耗的电功率 4 导体棒要做匀加速运动 必有v1 v2为常数 由牛顿第二定律可得 磁场由静止开始做匀加速直线运动 有v1 at 又 v2 vt 可解得导体棒的加速度 7 04广东 如图 在水平面上有两条平行导电导轨mn pq 导轨间距离为l 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m1 m2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v0沿导轨运动 达到稳定状态时 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 设杆2的运动速度为v 两杆运动时回路中产生的感应电动势 e bl v0 v 1 杆2作匀速运动 其安培力与摩擦力平衡 导体杆2克服摩擦力做功的功率 解得 解答 感应电流 2 bil m2g 3 p m2gv 4 8 03江苏 如图所示 两根平行金属导轨固定在水平桌面上 每根导轨每米的电阻为r0 0 10 m 导轨的端点p q用电阻可忽略的导线相连 两导轨间的距离l 0 20m 有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面 已知磁感强度b与时间t的关系为b kt 比例系数k 0 020t s 一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动 在滑动过程中保持与导轨垂直 在t 0时刻 金属杆紧靠在p q端 在外力作用下 杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动 求在t 6 0s时金属杆所受的安培力 以a表示金属杆运动的加速度 在t时刻 金属杆与初始位置的距离 此时杆的速度 v at 这时 杆与导轨构成的回路的面积 s ll 回路中的感应电动势 e s b t blv sk blv 回路的总电阻 r 2lr0 回路中的感应电流 i e r 作用于杆的安培力 f bli 解得 f 3k2l2t 2r0 代入数据解得 f 1 44 10 3n 解答 9 两根水平平行固定的光滑金属导轨宽为l 足够长 在其上放置两根长也为l且与导轨垂直的金属棒ab和cd 它们的质量分别为2m m 电阻阻值均为r 金属导轨及导线的电阻均可忽略不计 整个装置处在磁感应强度大小为b 方向竖直向下的匀强磁场中 1 现把金属棒ab锁定在导轨的左端 如图甲 对cd施加与导轨平行的水平向右的恒力f 使金属棒cd向右沿导轨运动 当金属棒cd的运动状态稳定时 金属棒cd的运动速度是多大 2 若将金属棒ab解除锁定 如图乙 使金属棒cd获得瞬时水平向右的初速度v0 求 在它们的运动状态