专题探究磁场部分专题探究示例.ppt

电磁感应应用之双杆模型,晋江二中高三物理组,-2-,一、导轨问题的三个入手点,2.动量分析动量守恒：系统所受合外力为零。动量定理：合外力的冲量等于动量变化量。在时间t内安培力的冲量式中q是通过导体截面的电量。,1.力学分析,3.能量分析感应电流在磁场中受安培力,外力克服安培力做功,将机械能转化为电能,电流做功再将电能转化为内能或其他形式的能。公式：W克F安=W电=Q,情景1：光滑平行导轨上有两根质量均为m，电阻均为R的导体棒1、2，给导体棒2以初速度v0运动，分析它们的运动情况，并求它们的最终速度。,三、模型1、无外力平行等间距双杆,1电路特点,2电流特点,随着棒2的减速、棒1的加速，两棒的相对速度v2-v1变小，回路中电流也变小。,E=,模型1、无外力平行等间距双杆,3两棒的运动情况,安培力大小：,两棒的相对速度变小,感应电流变小,安培力变小.,棒1做加速度变小的加速运动,棒2做加速度变小的减速运动,v0,t,v共,最终两棒具有共同速度,模型1、无外力平行等间距双杆,4两个规律,(1)动量规律,两棒受到安培力大小相等方向相反,系统合外力为零,系统动量守恒.,(2)能量转化规律,系统机械能的减小量等于内能的增加量.（类似于完全非弹性碰撞）,两棒产生焦耳热之比：,例题1：两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皆为m，电阻皆为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：,在运动中产生的焦耳热最多是多少？当ab棒的速度变为初速度的3/4时，cd棒的加速度是多少？,（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：,cd棒所受的安培力：,情景2：光滑平行导轨上有两根质量均为m，电阻均为R的导体棒1、2，给导体棒2以恒定的拉力F由静止开始运动，分析它们的运动情况，并求它们的最终速度。,1电路特点,2运动分析：,某时刻回路中电流：,最初阶段，a2a1,棒1：,安培力大小：,棒2：,只要a2a1,(v2-v1),I,FB,a1,a2,当a2a1时,v2-v1恒定,I恒定,FB恒定,两棒匀加速,模型2、有外力平行等间距双杆,E=,例2：如图所示，两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感应强度B=0.50T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l=0.20m。两根质量均为m=0.10kg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R=0.50。在t=0时刻，两杆都处于静止状态。现有一与导轨平行、大小为0.20N的恒力F作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动。求（1）稳定后二者的加速度是多少？（2）经过t=5.0s，金属杆甲的加速度为a=1.37m/s2，问此时两金属杆的速度各为多少？,提高：两金属杆的最大速度差为多少？,模型2、有外力平行等间距双杆,（1）当两棒达到加速度相同时，由整体法得,（2）设此时甲乙速度分别为v1和v2：,对于甲棒：,对于乙棒：,情景3：如图所示足够长的导轨上，有竖直向下的匀强磁场，磁感强度为B，左端间距L1，右端间距L2。现在导轨上垂直放置ab和cd两金属棒，质量分别为m1，m2；电阻R1，R2。若开始时，两棒均静止，现给cd棒一个方向向右、大小为V0，求：最终二者的速度。,1电路特点,2电流特点,随着棒1的减速、棒2的加速，回路中电流变小。,最终当Bl1v1=Bl2v2时,电流为零,两棒都做匀速运动,模型3、无外力不等间距双杆,E=,3两棒的运动情况,棒2加速度变小的减速,最终匀速;,棒1加速度变小的加速,最终匀速.,v0,v2,v1,4动量规律,系统动量不守恒,两棒合外力不为零,模型3、无外力不等间距双杆,5两棒最终速度,整个过程中两棒所受安培力冲量大小之比,对棒cd：,对棒ab：,结合：,模型3、无外力不等间距双杆,6能量转化情况,例3：如图所示足够长的导轨上，有竖直向下的匀强磁场，磁感强度为B，左端间距L1=4L，右端间距L2=L。现在导轨上垂直放置ab和cd两金属棒，质量分别为m1=2m，m2=m；电阻R1=4R，R2=R。若开始时，两棒均静止，现给cd棒施加一个方向向右、大小为V0，求：（1）最终二者的速度。（2）整个回路产生的内能是多少？,模型3、无外力平行不等间距双杆,m1=m2r1=r2l1=l2,m1=m2r1=r