电磁感应中的导轨类问题2013

电磁感应中的导轨类问题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能量观点牛顿定律平衡条件动能定理能量守恒电动式发电式阻尼式v0F一、单杆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=0I恒定I=0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6．三个规律(1)能量关系：(2)瞬时加速度：7．变化(1)有摩擦(2)磁场方向不沿竖直方向阻尼式单棒练习：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=2Ω，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μ=0.4，测得杆从运动到停止的过程中通过导线的电量q=10－2C，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？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

tvOvm5．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

7．稳定后的能量转化规律电动式单棒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E＝10V，内阻r=0.1Ω，金属杆EF的质量为m=1kg，其有效电阻为R=0.4Ω，其与导轨间的动摩擦因素为μ＝0.1，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝1T，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）

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E＝Blv2．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增大而减小4．运动特点a减小的加速运动tvOvm5．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7．稳定后的能量转化规律发电式单棒9．几种变化(3)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

BF发电式单棒二、无外力双杆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渐小的减速运动v1=v2I＝0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a＝0I＝0L1v1=L2v2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I＝0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做加速度变小的减速运动v0tv共Ov最终两棒具有共同速度无外力等距双棒4．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：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

(4)两棒位于不同磁场中无外力不等距双棒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Bl1v1=Bl2v2时,电流为零,两棒都做匀速运动无外力不等距双棒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．最终特征无外力不等距双棒5．能量转化情况系统动能电能内能2v01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2v11v2三、有外力双杆问题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a1≠a2a1、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=a2Δv

恒定I

恒定有外力等距式有外力等距双棒1．电路特点棒2相当于电源;棒1受安培力而起动.2．运动分析：某时刻回路中电流：最初阶段，a2>a1,F12棒1：安培力大小：棒2：只要a2>a1,(v2-v1)IFBa1a2当a2＝a1时v2-v1恒定I恒定FB恒定两棒匀加速有外力等距双棒F12v2Otvv1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(苏锡常镇17）：如图所示，平行金属导轨与水平面间夹角均为θ=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

1Ω

，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0.25，两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)

有外力不等距双棒运动分析：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(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；