电磁感应中的双动式导轨问题

电磁感应(didnc—gdnying)中的双动式导轨问题一、等间距j伽北)水平导轨，无水平外力作用(安培力除外(chdw汨)，下同)例1两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一(t6ngyf)水平面内，两导轨间的距离为'。导轨上面(sh汕gmian)横放着两根导体棒"•和山，构成矩形回路，如图所示。两根导体棒的质量皆为喘，电阻皆为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，磁感应强度为三。设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行，开始时，棒加静止，棒必有指向棒匚国的初速度二。若两导体棒在运动中始终不接触，求：/A°<■在运动中产生的焦耳热最多是多少？3当必棒的速度变为初速度的讨时，血棒的加速度是多少？解析必棒向加棒运动时，两棒和导轨构成的回路面积变小，磁通量变小，于是产生感应电流。□出棒受到与其运动方向相反的安培力而做减速运动，匚出棒则在安培力的作用下向右做加速运动。只要必棒的速度大于皿棒的速度，回路总有感应电流，诅$棒继续减速，匸』棒继续加速，直到两棒速度相同后，回路面积保持不变，不产生感应电流，两棒以相同的速度卩做匀速运动⑴从开始到两棒达到相同速度V的过程中，两棒的总动量守恒，有朋吟=2加p,根据能量守恒定律，整个过程中产生的焦耳热Q=扌却「_^(2w)v3=”曲3⑵设必棒的速度(sjdj)变为「时，曲棒的速度(sjdj)为"，贝g由动量3fr1聊比=—wv0+解讨v=—v0(dongliang)守恒可知心得，此时(cYshO旳棒所受的—沁安培力』。_F_心由牛顿第二(d]er)定律可得：加棒的加速度"炕3亡。二、不等间距水平导轨，无水平外力作用例2如图所示，光滑导轨刖、碍等高平行放置，椚f间宽度为间宽度的3倍，导轨右侧水平且处于竖直向上的匀强磁场中，左侧呈弧形升高。必、加是质量均为将的金属棒，现让处从离水平轨道〔高处由静止下滑，设导轨足够长。试求：(12止、匚出棒的最终速度；(2)全过程中感应电流产生的焦耳热。各受不同的磁场力作用而分别作变减速、变加速运动，电路中感应电流逐渐

减小，当感应电流为零时，◎占、匚/不再受磁场力作用，各自以不同的速度匀速滑动（1）4“自由下滑,机械能守恒:（1）4“自由下滑,机械能守恒:由于必、M串联在同一电路中，任何时刻通过的电流总相等，金属棒有效长度九故它们的磁场力为：5②在磁场（cich右ng）力作用下，处、虫各作变速运动，产生的感应（g右ny]ng）电动势方向相反，当‘也时，电路（di汕口）中感应电流为零C"）,安培力为零，必、加运动（yjndbng）趋于稳定，此时有：]J=所以（subyY）'■③处、曲受安培力作用，动量均发生变化，由动量定理得:联立以上各式解得："宀飞^,*hl⑵根据系统的总能量守恒可得:9陀酬⑵根据系统的总能量守恒可得:9陀酬10三、等间距水平导轨，受水平外力作用例3两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感强度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：：::：亦，两根质量均为&'一"⑴卜: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、-。在■'"时刻，两杆都处于静止状态。现有一与导轨平行，大小为0.20N的恒力月作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动。经过'■"■■■,金属杆甲的加速度为:X■'■■■■■，求此时两金属杆的速度各为多少？Z.甲解析设任一时刻£两金属杆甲、乙之间的距离为\速度分别为’和经过很短时间忌，杆甲移动距离，杆乙移动距离二&，回路面积改变也S=［Qr-卩24£)+卩1加丿-lx=—为由法拉第电磁感应定律(dlnglO),回路中的感应电动势：力回路(huU)中的电流："厂卡杆甲的运动(yJndbng)方程：l心川'汀由于作用于杆甲和杆乙的安培力总是大小(d令xi右o)相等、方向相反，所以两杆的动量变化(“°时为0)等于(dengyu)外力F的冲量：飞八「V联立以上各式解得叫=1/2［曲畑+药田-那讪护厂］代入数据得"1二8.15m/s匕二1.85m/s四、竖直导轨问题例4如图所示，竖直放置的两光滑平行金属导轨，置于垂直于导轨平面向里的匀强磁场中，两根质量相同的导体棒血和•与导轨紧密接触且可自由滑动。先固定•释放匕当知勺速度达到:y时，再释放•经过1s后，说的速度达到：，贝9(1)此时心的速度大小是多少？(2)若导轨很长，血、*棒最后的运动状态。解析⑴当对奉先向下运动时，在曲和鸟以及导轨所组成的闭合回路中产生感应电流，于是血棒受到向下的安培力，〃棒受到向上的安培力，且二者大小相等。释放左棒后，经过时间t分别以也和小为研究对象，根据动量定理，则有：(耕g+(mg-F*-喘耳-wv0代入数据(shuju)可解得：⑵在左、小棒向下运动(yundong)的过程中，门棒产生(chansheng)的加速度贰心棒产生(chansheng)的加速度心"。当吃棒的速度(sUdU)与色棒接近时，闭合回路中的逐渐减小，感应电流也逐渐减小，则安培力也逐渐减小。最后，两棒以共同的速度向下做加速度为g的匀加速运动以上几种常见的情况归纳如下：类型水力导力Lr奔夕水平终态分析导釦>度导囲两速导速冊两的相动导速冊两的相动速度图象创％0二£A-Z<解题策略量、能学,磁津电定及识恒律知守定学量恒动动守运守、量学匕匕熱厶冃，电识理及知定律学量定动动恒运宀P只量兹M匕匕舷矢厶冃电学理及动定律运量定、动恒学匕匕电矢厶冃及学理律动定定运量恒、动守学内容总结电磁感应中的双动式导轨问题―、等间距水平导轨，无水平外力作用(安培力除外，下同)例1两根足够长的固