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電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題高三物理教案
第四課時(shí) 電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題
【知識(shí)要點(diǎn)回顧】
1.基本思路
①用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向;
�、谇蠡芈冯娏�;
�、鄯治鰧�(dǎo)體受力情況(包含安培力，用左手定則確定其方向);
�、芰谐鰟�(dòng)力學(xué)方程或平衡方程并求解.
2. 動(dòng)態(tài)問題分析
(1)由于安培力和導(dǎo)體中的電流、運(yùn)動(dòng)速度均有關(guān)，所以對(duì)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析十分必要，當(dāng)磁場(chǎng)中導(dǎo)體受安培力發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)致導(dǎo)體受到的合外力發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致加速度、速度等發(fā)生變化;反之，由于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化又引起感應(yīng)電流、安培力、合外力的變化，這樣可能使導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài).
(2)思考路線：導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電流通電導(dǎo)體受安培力合外力變化加速度變化速度變化最終明確導(dǎo)體達(dá)到何種穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài).分析時(shí)，要畫好受力圖，注意抓住a=0時(shí)速度v達(dá)到最值的特點(diǎn).
【要點(diǎn)講練】
[例1]如圖所示，在一均勻磁場(chǎng)中有一U形導(dǎo)線框abcd，線框處于水平面內(nèi)，磁場(chǎng)與線框平面垂直，R為一電阻，ef為垂直于ab的一根導(dǎo)體桿，它可在ab、cd上無摩擦地滑動(dòng).桿ef及線框中導(dǎo)線的電阻都可不計(jì).開始時(shí)，給ef一個(gè)向右的初速度，則( )
A.ef將減速向右運(yùn)動(dòng)，但不是勻減速
B.ef將勻減速向右運(yùn)動(dòng)，最后停止
C.ef將勻速向右運(yùn)動(dòng)
D.ef將往返運(yùn)動(dòng)
[例2]如圖甲所示，兩根足夠長(zhǎng)的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng).M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻.一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直.整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直斜面向下.導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略.讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計(jì)它們之間的摩擦.
(1)由b向a方向看到的裝置如圖乙所示，請(qǐng)?jiān)诖藞D中畫出ab桿下滑過程中某時(shí)刻的受力示意圖.
(2)在加速下滑過程中，當(dāng)ab桿的速度大小為v時(shí)，求此時(shí)ab桿中的電流及其加速度的大小;
(3)求在下滑過程中，ab桿可以達(dá)到的速度最大值.
[例3]如圖所示，兩條互相平行的光滑導(dǎo)軌位于水平面內(nèi)，距離為l=0.2m，在導(dǎo)軌的一端接有阻值為R=0.5的電阻，在x0處有一水平面垂直的均勻磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T.一質(zhì)量為m=0.1kg的金屬直桿垂直放置在導(dǎo)軌上，并以v0=2m/s的初速度進(jìn)入磁場(chǎng)，在安培力和一垂直于直桿的水平外力F的共同作用下做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小為a=2m/s2、方向與初速度方向相反.設(shè)導(dǎo)軌和金屬桿的電阻都可以忽略，且連接良好.求：
(1)電流為零時(shí)金屬桿所處的位置;
(2)電流為最大值的一半時(shí)施加在金屬桿上外力F的大小和方向;
(3)保持其他條件不變，而初速度v0取不同值，求開始時(shí)F的方向與初速度v0取得的關(guān)系.
[例4]如圖所示，水平面上有兩電阻不計(jì)的光滑金屬導(dǎo)軌平行固定放置，間距d 為0.5米，左端通過導(dǎo)線與阻值為2歐姆的電阻R連接，右端通過導(dǎo)線與阻值為4歐姆的小燈泡L連接;在CDEF矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上均勻磁場(chǎng)，CE長(zhǎng)為2米，CDEF區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B如圖所示隨時(shí)間t變化;在t=0s時(shí)，一阻值為2歐姆的金屬棒在恒力F作用下由靜止從AB位置沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)金屬棒從AB位置運(yùn)動(dòng)到EF位置過程中，小燈泡的亮度沒有發(fā)生變化.求：
(1)通過的小燈泡的電流強(qiáng)度;
(2)恒力F的大小;
(3)金屬棒的質(zhì)量.
例5.如圖所示，有兩根和水平方向成.角的光滑平行的金屬軌道，上端接有可變電阻R，下端足夠長(zhǎng)，空間有垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度為及一根質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下.經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，金屬桿的速度會(huì)趨近于一個(gè)最大速度vm，則 ( )
A.如果B增大，vm將變大
B.如果變大，vm將變大
C.如果R變大，vm將變大
D.如果m變小，vm將變大
例6.如圖所示，A線圈接一靈敏電流計(jì)，B線框放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，B線框的電阻不計(jì)，具有一定電阻的導(dǎo)體棒可沿線框無摩擦滑動(dòng)，今用一恒力F向右拉CD由靜止開始運(yùn)動(dòng)，B線框足夠長(zhǎng)，則通過電流計(jì)中的電流方向和大小變化是( )
A.G中電流向上，強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)
B.G中電流向下，強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)
C.G中電流向上，強(qiáng)度逐漸減弱，最后為零
D.G中電流向下，強(qiáng)度逐漸減弱，最后為零
例7.如圖所示，一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形閉合導(dǎo)線框，下落中穿過一寬度為d(dL)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，設(shè)導(dǎo)線框在穿過磁場(chǎng)區(qū)的過程中，不計(jì)空氣阻力，它的上下兩邊保持水平，線框平面始終與磁場(chǎng)方向垂直做加速運(yùn)動(dòng)，若線框在位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ時(shí)，其加速度a1，a2，a3的方向均豎直向下，則( )
A.a1=a3
B.a1=a3
C.a1
D.a3
例8.如圖所示，處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩根足夠長(zhǎng)、電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌相距1m，導(dǎo)軌平面與水平面成=37o角，下端連接阻值為R的電阻，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直，質(zhì)量為0.2kg，電阻不計(jì)的金屬棒放在兩導(dǎo)軌上，棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，它們之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.25.
(1)求金屬棒沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑時(shí)的加速度大小;
(2)當(dāng)金屬棒下滑速度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，電阻R消耗的功率為8W，求該速度的大小;
(3)在上問中，若R=2，金屬棒中的電流方向由a到b，求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與方向.(g=10m/s2，sin37o=0.6，cos37o=0.8)
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