高中物理-电磁感应现象中的另类匀变速

1、 7高中物理电磁感应现象中的另类匀变速现行物理教材中,将任意相等的时间内质点速度变化都相等的直线运动,定义 为匀变速直线运动,这是以时间为变量给出的定义。如果以空间位移为变量,可以 将在任意相等的位移质点速度变化都相等的直线运动,定义为匀变速直线运动,这 就是本文所讨论的“另类”匀变速直线运动(以下简称“另类”运动)。前者, 质点的速度随时间均匀变化,指点受到的合外力是恒力；而后者,质点的速度随位 移均匀变化,质点受的到合外力是变力。这是两种完全不同性质的直线运动。 一、“另类”运动的运动规律描述质点直线运动的物理量有：速度、时间、位移和加速度,而描述质点的 运动规律,就是给出各物理量之间的变

2、化关系,只要掌握了质点的运动规律,就可 以预测经一段时间后质点的速度大小和空间位移。1、“另类”运动的速度一位移公式设“另类”运动的质点在时间t内位移为S,初速度为Vo,末速度为Vt ,加速度为由“另类”运动的定义可知V -VOkjA (1)S“另类”运动的“加速度”是恒量,单位是秒“,方向为速度变化的方向,是描述速 度相对位移变化快慢的物理量,是速度对位移的变化率,其数值等于质点单位位移 的速度变化量。将“加速度” aS的定义式变形可得质点的速度一一位移方程 = V0+rts -S (2)由上式可知：质点的速度随位移均匀变化,质点对位移的平均速度为i = Ai,并且2C V +vo等于位移为

3、丄时质点的瞬时速度,即：VS =V 2t X2已知某时刻质点的位移、初速度、“加速度”，可Ill速度公式求出该时刻质点的 瞬时速度。二、“另类”运动规律的应用示例：如图所示,MN、PQ是位于同一水平面上、相互平行、足够长的光滑金属导 轨,两导轨相距为L,电阻不计,其左端用导线连接一个阻值为R的定值电阻,将一 个质量为m,电阻为r的金属棒垂直于导轨放置,整个装置处在垂直于导轨平面、 范围足够大的匀强磁场中，磁感强度的大小为B,现给导体棒一个沿轨道方向的 水平初速度v0,且导轨棒沿导轨运动过程中始终保持与导轨垂直,且接触良好。（1）分析导体棒的运动是否为“另类”匀变速直线运动,如果是,求出“加速度

4、” TOC o 1-5 h z 的大小。MN（2）求导体棒在整个过程中的位移S大小； Is 3（14分）如图所示,质量为加的矩形线框 MNPQMN边长为a、NP边长为b； MN边电阻为 RxPQ边电阻为&,线框其余部分电阻不计。现将 线框放在光滑绝缘的水平桌面上,PQ边与y轴重 合。空间存在一个方向垂直桌面向下的磁场,该磁场的磁感应强度沿y轴方向均 匀,沿X轴方向按规律BX=BO（Ikx）变化,式中3）和k为已知常数且大于零。矩 形线框以初速度巾从图示位置向X轴正方向平动。求:（1）在图示位置时线框中的感应电动势以及感应电流的大小和方向;（2）线框所受安培力的方向和安培力的表达式;（3）线框的

5、最大运动距离皿；（4）若如线框运动到过程中,电阻R产生的焦耳热。(I)Z = 感应电流的方向沿NP酗VF =爵4、(16分)如图所示,空间等间距分布着水平方向的条形匀强磁场,竖直方向磁场 区域足够长,磁感应强度B= T,每一条形磁场区域的宽度及相邻条形磁场区域的 间距均为0.5 m,现有一边长l=0.2 m、质量“7=0.1 kg、电阻R = O.1 的正方 形线框MNoP以v0=7 ns的初速从左侧磁场边缘水平进入磁场,求：线框 边刚进入磁场时受到安培力的大小F；线框从开始进入磁场到竖直下落的过程中产生的焦耳热0;线框能穿过的完整条形磁场区域的个斬TffI；XX ：II! :1；XX： I7

6、X : ：:XX：:I1； ：II :XX；I 1:XX：I1:XX：I;:；XX：1:I1:!;:!4解：线框MN边刚进入磁场时有：F = Bu = Bl 里土 = 2.8NR设线框竖直下落H时,速度为VH由能量守恒得:mgH + -Hv =2 + -v121 2 2自由落体规律:VH = 2gH 解得：Q = -mv = 2.45 J2解法一：只有在线框进入和穿出条形磁场区域时,才产生感应电动势,线框部分进入磁场区域 X 时有：F = Bll = BI = VR R在f/时间内,由动量定理：一Fr=求和I ： V vr = V B x = mv0 角军得:X = mv)JR JRR可穿过4个完整条形磁场区域穿过条形磁场区域的个数为：=工2 4.421解法二：线框穿过第1个条形磁场左边界过程中 一 Bl2 /AtF = BH = BlR根据动量定理：-F = nn - InV解得:B2I3R=InVl 一 /MV0同理线框穿过第