![高中物理“通电导体”在磁场中的“直线运动”Word版_第1页](http://file3.renrendoc.com/fileroot_temp3/2022-1/2/7be52349-ce3b-4e4a-873f-538e6a7bb560/7be52349-ce3b-4e4a-873f-538e6a7bb5601.gif)
![高中物理“通电导体”在磁场中的“直线运动”Word版_第2页](http://file3.renrendoc.com/fileroot_temp3/2022-1/2/7be52349-ce3b-4e4a-873f-538e6a7bb560/7be52349-ce3b-4e4a-873f-538e6a7bb5602.gif)
![高中物理“通电导体”在磁场中的“直线运动”Word版_第3页](http://file3.renrendoc.com/fileroot_temp3/2022-1/2/7be52349-ce3b-4e4a-873f-538e6a7bb560/7be52349-ce3b-4e4a-873f-538e6a7bb5603.gif)
![高中物理“通电导体”在磁场中的“直线运动”Word版_第4页](http://file3.renrendoc.com/fileroot_temp3/2022-1/2/7be52349-ce3b-4e4a-873f-538e6a7bb560/7be52349-ce3b-4e4a-873f-538e6a7bb5604.gif)
![高中物理“通电导体”在磁场中的“直线运动”Word版_第5页](http://file3.renrendoc.com/fileroot_temp3/2022-1/2/7be52349-ce3b-4e4a-873f-538e6a7bb560/7be52349-ce3b-4e4a-873f-538e6a7bb5605.gif)
版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、“通电导体”在磁场中的“直线运动”08备考综合热身辅导系列 山东平原一中 魏德田 253100在这里,所谓“通电导体”,指处于磁场当中通电的导线、棒、圆环、线圈等等。我们知道,“通电导体”(下文多称“通导”)在磁场中往往受到磁场的安培力,若再加之于重力、外力等,则形成合力。从而,可产生各种形式的运动(包括静止)或形变。若合力具有功和冲量,则必然地伴随着能量、动量的变化。因此,解决此类综合问题均宜运用磁场的基本概念和规律,再了解已学过的力、电、热学等知识,才能较好的予以分析和解决。下面,先来讨论“通导”在磁场中的直线运动。一、 解题依据解决此类问题,试归纳为以下几条“依据”:判断“磁强”(或磁场
2、)方向,用安培定则。欲求安培力F的大小:用公式F=BILsin(或F=BIL),间接用力学规律等。判断F的方向,用左手定则。若B、I、F“两两垂直”,则B正向穿入手掌;I、F分别与四指、大指同向。若B、I仅有之一变化方向,则F随之改变。或者用F总垂直于B、I所决定的平面判断。若B与I不垂直,则正交分解B(或I),再取B与I的垂直分量,作为“两两垂直”对待。 关于“通导”的三种运动状态,“平衡”(详见前文)、“加速运动”和“转动”等,宜分别用“平衡条件”、“牛顿定律和运动方程”、“曲线运动规律”和 “力矩知识”等处理。若仅有安培力对“通导”做正功,则机械能增加;而电源的电(势)能减少,其量值等于
3、电流做的功(直流电路最终导致系统“内能变化”)与“通导”机械能的增加之和;反之,则反之。当涉及功率时,作类似处理即可。机械力、安培力的“合力”与速度方向的关系,共同决定了“通导”的运动轨迹、加(或减)速;而功量、冲量的计算以及动量、动能等变化问题,则分别用动量定理、动能定理等解决。若满足相应条件,则宜用系统能量、动量、质量、电荷等守恒定律。不尽之处,请参考力学、电场、恒定电流、磁场等内容。 二、解题示例例题1(03上海)如图1所示,OACO为置于水平面内的光滑闭合金属导轨,O、C处分别接有短电阻丝(图中粗线表法),R1= 4、R2=8(导轨其它部分电阻不计)。导轨OAC的形状满足方程(单位:m
4、)。磁感强度B=0.2T的匀强磁场方向垂直于导轨平面。一足够长的金属棒在水平外力F作用下,以恒定的速率v=5.0m/s水平向右在导轨上从O点滑动到C点,棒与导思接触良好且始终保持与OC导轨垂直,不计棒的电阻。求:(1)外力F的最大值;(2)金属棒在导轨上运动时电阻丝R1上消耗的最大功率;(3)在滑动过程中通过金属棒的电流I与时间t的关系。解析首先,由“依据”、可知,在“通导”匀速运动的全过程中,安培力FB与外力Fmax始终保持平衡。从而,应用“依据”(即平衡条件)可得图1又,由数学可知,当即时,曲线有极大值,亦即 联立式,再代入已知数据,即可求出 其次,只应用功率公式,即可解得 然后,显见金属
5、棒的“有效切割长度”L应满足方程 同时,我们很容易写出以下两式最后,再联立式,求出滑动过程中金属棒内的电流I与时间t的关系为点拨此例为安培力作用下“通导”的匀速运动问题。欲求正确的结果,需综合运用力学、电学的许多重要概念和规律,但最值得强调的是,三角函数知识在解题过程中发挥了极其重要的作用。例题2(06北京)磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用。图1是在平静海面上某实验船的示意图,磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道(简称通道)组成。图2如图2所示,通道尺寸。工作时,在通道内沿z轴正方向加的匀强磁场;沿x轴负方向加匀强电场,使两金属板间的电压;海水沿y轴方向流过通道。已知海水的电阻率。
6、船静止时,求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向;船以的速度匀速前进。若以船为参照物,海水以的速率涌入进水口,由于通道的截面积小于进水口的截面积,在通道内海水速率增加到。求此时两金属板间的感应电动势;船行驶时,通道中海水两侧的电压按计算,海水受到电磁力的80%可以转化为对船的推力。当船以的速度匀速前进时,求海水推力的功率。解析首先,分析可知,当电源接通瞬间,即同时产生沿x轴负方向的电流I0。应用“依据”、欧姆定律,可知推进器对海水的安培推力F0的大小为其中,R表示流入通道的海水的电阻。再把已知数据代入式,即可求出 由“依据”可知,F0沿y轴正方向。其次,根据电磁感应定律,易得然后,欲求题设
7、功率,先求系统工作时海水对船的安培推力。设此时电流为I,安培推力的大小为F,同理可得 联立式,不难求出 考虑到系统的工作效率,再由功率公式,即可求出实际功率为 点拨我们知道,在电场作用下有大量水分子被电离,生成的正、负离子,则可分别向负、正金属板移动;从而形成沿x轴负方向的电流。若弄清流经通道的海水,亦可作为“通导”来对待,解决此题就没有多少困难。例题3(04广东)如图3,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m1、m2和R1、R2,两杆与导轨接触良好,
8、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。图3解析首先,分析可知当两杆自左向右运动“达到稳定状态时”,两者必定具有确定的“相对速度”,而并非相对静止。因此,在此状态下回路中仍有电流。设F表示拖动杆1的外力,针对“杆1、杆2”的“整体”,由“依据”(“通导”平衡条件),可得 其次,对杆2“隔离”分析,设回路的电流为I,同理又得 然后,再设杆2克服摩擦力做的功率为P2,外力的功率为PF。从而,考虑到机械、电(即热)功率等公式,应用“依据”(即能量守恒定律),可得 最后,联立
9、解式,即能求出以下结果点拨对两杆系统“整体分析”可知,此运动过程类似于汽车等在恒定功率时,所做的“变加速起动”。由于系统“相对速度”的变化,导致回路感应电动势及电流发生相应变化,两杆所受安培力尽管大小相等,而时刻不同。因此,物理场景令人眼花缭乱,捉摸不定。但是,只要明确“稳定状态”即“相对速度”不变,难点即可突破,结果则顺势而下。例题4(经典试题)如图4所示,水平放置的光滑平行导轨,相距为L,导轨所在平面距地面高度为h,导轨左端与电源相连,右端放有质量为m的静止的金属棒,竖直向上的匀强磁场的磁感应强度为B,当电键闭合后,金属棒无转动地做平抛运动,落地点的水平距离为s。求:电路接通的瞬间,通过金
10、属棒的电荷量为多少?解析首先,我们看到当电路接通的瞬间,金属棒即开始做平抛运动。设其初速度为v,运动时间为t。从而,由“依据”(平抛运动规律)可得BabEKLhs图4 然后,再由“依据”和(即动量定理),又得 最后,由式,不难求出 点拨分析可知,在求得金属棒平抛的初速度之后,进而求题设电荷量,我们必须知道安培力的冲量大小。而,此量的获取,则应借助于动量定理。 例题5(高考模拟)如图5所示为利用电磁作用输送非导电液体装置的示意图。一边长为L、截面为正方形的塑料管道水平放置,其右端面上有一截面积为A的小喷口,喷口离地的高度为h,管道中有一绝缘活塞,在活塞的中部和上部分别嵌有两根金属棒ab,其中棒b
11、的两端与一电压表相连;整个装置放在竖直向上的匀强磁场中。当棒a中有垂直纸面向里的恒定电流I时,活塞向右匀速推动液体从喷口水平射出,液体落地点里喷口的水平距离为s。若液体的密度为,不计所有阻力。求:活塞移动的速度;该装置的功率;磁感应强度B的大小。解析首先,应用“依据”、,易知活塞受安培力的方向是水平向右的。由伯努利方程可知,活塞移动的速度与液体喷出的速度大小必定不同。显然,液体自管口喷出后作平抛运动。其次,设液体由喷口射出的速度为v0,活塞的速度为v。由平抛运动规律,可得由于液体不能被压缩,因而管内、喷口的液体的流量是相同的。从而,又得联立式,即可求出 然后,设在时间内有质量为的液体自喷口射出
12、,再设整个装置的功率为P。从而,由动能定理,可得 再联立式,则不难求出 再后,由“依据”(即能量守恒)可知,安培力做功只能消耗该装置的电势能,该装置的功率等于安培力的功率。从而,可以写出下式 最后,我们由两式即可求出“磁强”的大小为 点拨例4、例5两个问题的解决,虽皆了解到平抛运动的知识,而亦有所不同。前者重在“冲动关系”的分析,应用动量定理;后者则重在“功能关系”的分析,改用动能定理。 例题6 (05北京)下图6是导轨式电磁炮实验装置示意图。两根平行长直金属导轨沿水平方向固定,其间安放金属滑块(即实验用弹丸)。滑块可沿导轨无摩擦滑行,且始终与导轨保持良好接触。电源提供的强大电流从一根导轨流入
13、,经过滑块,再从另一导轨流回电源。滑块被导轨中的电流形成的磁场推动而发射。在发射过程中,该磁场在滑块所在位置始终可以简化为匀强磁场,方向垂直于纸面,其强度与电流的关系为B=kI,比例常量k=2.5×106T/A。已知两导轨内侧间距l=1.5cm,滑块的质量m=30g,滑块沿导轨滑行5m后获得的发射速度v=3.0km/s(此过程视为匀加速运动)。求发射过程中电源提供的电流强度若电源输出的能量有4%转换为滑块的动能,则发射过程中电源的输出功率和输出电压各是多大?若此滑块射出后随即以速度v沿水平方向击中放在水平面上的砂箱,它嵌入砂箱的深度为s'。设砂箱质量为M,滑块质量为m,不计砂
14、箱与水平面之间的摩擦。求滑块对砂箱平均冲击力的表达式。 解析首先,应用“依据”、和(即牛二定律和运动公式),分析可得 把已知数据代入式,即可求出 其次,设电源的输出功率为P,发射所需时间为。由于已知输出效率,应用“依据”(即动能定理),又得 电 源v0s'图6由式即可求出电源输出的功率为再由功率公式P=IU,解得输出电压 接下来,对“砂箱和滑块”系统受力分析可知,系统水平动量守恒。从而,应用综合“依据”(即动量守恒),可得 显然,在完全弹性正碰当中,由应用“依据”(即动能定理),可知系统克服耗散力所做的功(注:等于“耗散力”与“相对位移”之积)等于其损失的动能(导致内能增加)。从而,可
15、写出下式 最后,由式求出“滑块对砂箱平均冲击力”例题7(07北京模拟)如图7所示,两根竖直的平行光滑导轨MN、PQ,相距为L。在M与P之间解有定值电阻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?abMNPQBR图7若开始就给ab竖直向下的拉力F,使其由静止开始向下做加速度为a(ag)的匀加速运动,请求出拉力F与时间t的关系式?解析首先,由“依据”、和综合“依据”,分析可知“通导”ab在重力、安培力作用下做加速度逐渐减小的加速运动。当安培力增至与重力相等时,其速度达到最大而加速度则减小为零。从而,结合电磁感应定律,
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 空气动力学仿真技术:计算流体力学(CFD):空气动力学中的偏微分方程
- 空气动力学方程:状态方程:理想气体状态方程详解
- 校外教育中实施青少年心理健康教育的探索-教育文档
- 全国职业院校技能大赛中职(护理技能赛项)考试题库-2外科护理部分
- 湖北省旅游类《酒店服务》技能高考必背考试题库-下(判断题)
- 第六届福建省综合气象业务职业技能竞赛【决赛】理论考试题库-下(多选、判断题)
- 成都市石室中学高2025届高三零诊 语文试题(含答案)
- 中班教案学习反义词
- 中班教案《美丽的热带鱼》
- 普惠金融对中小企业融资支持的研究
- 宁县事业单位笔试试题2024
- 医院洗涤服务布草洗涤服务方案
- 四年级数学下册拓展练习课件-平均数与条形统计图-人教版(21张)
- 餐饮中层管理培训课件
- 铜矿资源的产业规划与发展战略研究
- 电商物流现状及未来发展前景研究
- 消费心理学培训知识
- 北师大版三年级上册《年、月、日》 大单元作业设计
- 餐饮业行业中的法规与食品安全培训
- AiLPHA大数据智能安全平台方案
- 电子商务法律法规基本知识
评论
0/150
提交评论