电磁感应中的双杆类问题(适合各年级使用)课件

1、高考物理二轮复习系列课件精品电磁感应中的导轨问题精品电磁感应中的导轨问题受力情况分析运动情况分析动力学观点动量观点能量观点牛顿定律平衡条件动量定理动量守恒动能定理能量守恒精品电动式发电式阻尼式v0F一、单棒问题运动特点最终特征a逐渐减小的减速运动静止a逐渐减小的加速运动匀速a逐渐减小的加速运动匀速基本模型I=0 (或恒定)I 恒定I=0精品二、含容式单棒问题放电式无外力充电式F运动特点最终特征基本模型v0有外力充电式a逐渐减小的加速运动匀速运动I0a逐渐减小的减速运动匀速运动I0匀加速运动匀加速运动I 恒定精品三、无外力双棒问题运动特点最终特征基本模型v012杆1做a渐小的加速运动杆2做a渐小

2、的减速运动v1=v2I0无外力等距式2v01杆1做a渐小的减速运动杆2做a渐小的加速运动无外力不等距式a0I0L1v1=L2v2精品四、有外力双棒问题12F运动特点最终特征基本模型有外力不等距式杆1做a渐小的加速运动杆2做a渐大的加速运动a1a2a1、a2恒定I 恒定F12杆1做a渐大的加速运动杆2做a渐小的加速运动a1=a2v 恒定I 恒定有外力等距式精品阻尼式单棒1电路特点导体棒相当于电源。2安培力的特点安培力为阻力，并随速度减小而减小。3加速度特点加速度随速度减小而减小vtOv04运动特点a减小的减速运动5最终状态静止精品6三个规律(1)能量关系：(2)动量关系：(3)瞬时加速度：7变化

3、(1)有摩擦(2)磁场方向不沿竖直方向阻尼式单棒精品练习：AB杆受一冲量作用后以初速度 v0=4m/s，沿水平面内的固定轨道运动，经一段时间后而停止。AB的质量为m=5g，导轨宽为L=0.4m，电阻为R=2，其余的电阻不计，磁感强度B=0.5T，棒和导轨间的动摩擦因数为=0.4，测得杆从运动到停止的过程中通过导线的电量q=102C，求：上述过程中 (g取10m/s2)(1)AB杆运动的距离；(2)AB杆运动的时间；(3)当杆速度为2m/s时其加速度为多大？精品发电式单棒1电路特点导体棒相当于电源，当速度为v时，电动势EBlv2安培力的特点安培力为阻力，并随速度增大而增大3加速度特点加速度随速度

4、增大而减小4运动特点a减小的加速运动tvOvm精品5最终特征匀速运动6两个极值(1) v=0时,有最大加速度：(2) a=0时,有最大速度：发电式单棒精品7稳定后的能量转化规律8起动过程中的三个规律(1)动量关系：(2)能量关系：(3)瞬时加速度：是否成立？发电式单棒问：精品9几种变化(3)拉力变化(4) 导轨面变化（竖直或倾斜）(1) 电路变化(2)磁场方向变化 F加沿斜面恒力通过定滑轮挂一重物 FF BF若匀加速拉杆则F大小恒定吗？加一开关发电式单棒精品电容放电式：1电路特点电容器放电，相当于电源；导体棒受安培力而运动。2电流的特点电容器放电时，导体棒在安培力作用下开始运动，同时产生阻碍放

5、电的反电动势，导致电流减小，直至电流为零，此时UC=Blv3运动特点a渐小的加速运动，最终做匀速运动。4最终特征但此时电容器带电量不为零tvOvm匀速运动精品电容放电式：5最大速度vm电容器充电量：vtOvm放电结束时电量：电容器放电电量：对杆应用动量定理：精品电容放电式：6达最大速度过程中的两个关系安培力对导体棒的冲量：安培力对导体棒做的功：易错点：认为电容器最终带电量为零精品电容放电式：7几种变化(1)导轨不光滑(2)光滑但磁场与导轨不垂直精品电容无外力充电式1电路特点导体棒相当于电源;电容器被充电.2电流的特点3运动特点a渐小的加速运动，最终做匀速运动。4最终特征但此时电容器带电量不为零

6、匀速运动v0vOtv导体棒相当于电源;电容器被充电。F安为阻力，当Blv=UC时，I=0， F安=0，棒匀速运动。棒减速,E减小UC渐大，阻碍电流I感渐小有I感精品电容无外力充电式5最终速度电容器充电量：最终导体棒的感应电动势等于电容两端电压：对杆应用动量定理：精品无外力等距双棒1电路特点棒2相当于电源;棒1受安培力而加速起动,运动后产生反电动势.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。v1=0时：电流最大v2=v1时：电流I0精品无外力等距双棒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

7、做加速度变小的减速运动v0tv共Ov最终两棒具有共同速度精品无外力等距双棒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：精品无外力等距双棒5几种变化：(1)初速度的提供方式不同(2)磁场方向与导轨不垂直(3)两棒都有初速度 vv00 11 22 两棒动量守恒吗？(4)两棒位于不同磁场中两棒动量守恒吗？精品无外力不等距双棒1电路特点棒1相当于电源;棒2受安培力而起动,运动后产生反电动势.2电流特点随着棒1的减速、棒2的加速，回路中电流变小。2v01最终当Bl1

8、v1= Bl2v2时,电流为零,两棒都做匀速运动精品无外力不等距双棒3两棒的运动情况棒1加速度变小的减速,最终匀速;2v01回路中电流为零棒2加速度变小的加速,最终匀速.v0v2Otvv14最终特征5动量规律系统动量守恒吗？安培力不是内力两棒合外力不为零精品无外力不等距双棒6两棒最终速度任一时刻两棒中电流相同，两棒受到的安培力大小之比为：2v01整个过程中两棒所受安培力冲量大小之比对棒1：对棒2：结合：可得：精品无外力不等距双棒7能量转化情况系统动能电能内能2v018流过某一截面的电量精品无外力不等距双棒9几种变化(2)两棒位于不同磁场中(1)两棒都有初速度2v11v2精品有外力等距双棒1电路

9、特点棒2相当于电源;棒1受安培力而起动.2运动分析：某时刻回路中电流：最初阶段，a2a1, F12棒1：安培力大小：棒2：只要a2a1,(v2-v1)IFBa1a2当a2a1时v2-v1恒定I恒定FB恒定两棒匀加速精品有外力等距双棒3稳定时的速度差F12v2Otvv1精品有外力等距双棒4变化(1)两棒都受外力作用F212F1(2)外力提供方式变化精品(苏锡常镇17）：如图所示，平行金属导轨与水平面间夹角均为= 370 ，导轨间距为 lm ，电阻不计，导轨足够长两根金属棒 ab 和 a b 的质量都是0.2kg ，电阻都是 1 ，与导轨垂直放置且接触良好，金属棒和导轨之间的动摩擦因数为0.25

10、，两个导轨平面处均存在着垂直轨道平面向上的匀强磁场（图中未画出），磁感应强度 B 的大小相同让a, b固定不动，将金属棒ab 由静止释放，当 ab 下滑速度达到稳定时，整个回路消耗的电功率为 8W 求 ( 1 ) ab 达到的最大速度多大？ ( 2 ) ab 下落了 30m 高度时，其下滑速度已经达到稳定，则此过程中回路电流的发热量 Q 多大？ ( 3）如果将 ab 与 a b同时由静止释放，当 ab 下落了 30m 高度时，其下滑速度也已经达到稳定，则此过程中回路电流的发热量 Q 为多大？ ( g =10m / s2 , sin370 =0.6 ,cos370 =0 . 8 ) 精品有外力不

11、等距双棒运动分析：某时刻两棒速度分别为v1、 v2加速度分别为a1、a2此时回路中电流为：经极短时间t后其速度分别为：I恒定FB恒定两棒匀加速12F当时精品有外力不等距双棒12F由此时回路中电流为：与两棒电阻无关精品(测试九:18)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F的恒力，求：（1）两棒最终加速度各是多少；（2）棒ab上消耗的最大电功率。精品解：（1）设刚进入稳定状态时ab棒速度

12、为v1，加速度为a2，cd棒的速度为v2，加速度为a2，则所以当进入稳定状态时，电路中的电流恒定，a2=4a1对两棒分别用牛顿运动定律有（2）当进入稳定状态时，电路中电流最大棒ab上消耗的最大电功率为：P=I2R1=。解之得：精品电动式单棒1电路特点导体为电动边，运动后产生反电动势（等效于电机）。2安培力的特点安培力为运动动力，并随速度减小而减小。3加速度特点加速度随速度增大而减小4运动特点a减小的加速运动 tvOvm精品5最终特征匀速运动 6两个极值(1)最大加速度：(2)最大速度：v=0时,E反=0,电流、加速度最大稳定时，速度最大，电流最小电动式单棒精品 7稳定后的能量转化规律8起动过程

13、中的三个规律(1)动量关系：(2)能量关系：(3)瞬时加速度：还成立吗？电动式单棒精品9几种变化(1)导轨不光滑(2)倾斜导轨 (3) 有初速度(4)磁场方向变化v0 B电动式单棒精品练习：如图所示，水平放置的足够长平行导轨MN、PQ的间距为L=0.1m，电源的电动势E10V，内阻r=0.1，金属杆EF的质量为m=1kg，其有效电阻为R=0.4，其与导轨间的动摩擦因素为0.1，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B1T，现在闭合开关，求：（1）闭合开关瞬间，金属杆的加速度；（2）金属杆所能达到的最大速度；（3）当其速度为v=20m/s时杆的加速度为多大？（忽略其它一切电阻，g=10m/s2） 精品电容有外力充电式1电路特点导体为发电边；电容器被充电。2三个基本关系F导体棒受到的安培力为：导体棒加速度可表示为：回路中的电流可表示为：精品电容有外力充电式3四个重要结论：v0OtvF(1)导体棒做初速度为零匀加速运动：(2)回路中的电流恒定：(3)导体棒受安培力恒定：(4)导体棒克服安培力做的功等于电容器储存的电能：证明精品电容有外力充电式4几种变