2021-2022年人教版(2019)高中物理选修二电磁感应重点难点易错点高频考点经典题——导体棒切割磁感线动态分析
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2022-01-12 09:01:27
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导体棒切割磁感线动态分析基本模型(分析导体棒在水平恒力F作用下从静止沿光滑水平面向右运动,用什么定则判断感应电流方向(图中标出)?谁相当于电源?画出等效电路图,用什么定则判断安培力方向(图中标出),分析导体棒先做什么运动?最终做什么运动?已知磁感应强度为B、导体棒有效长度为L,导体棒质量为m,电阻为r,电阻阻值为R,达到速度最大时的位移为x.求(1)最大速度Vm;(2)导体棒从开始运动到速度最大过程中安培力做的功;(3)电阻R上产生的热量;(4)速度最大时安培力功率;(5)回路中通过的电量思考1:下列模型与基本模型有哪些相同,有哪些不同?图11BCRv0BRC1v0B思考2:若基本模型变成如图所示三种情况,给导体棒一水平初速度,请分析导体棒的最终运动情况?E1v0B挑战高考真题例1.如图,固定在同一水平面内的两根长直金属导轨的间距为L,其右端接有阻值为R的电阻,整个装置处在竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中,一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置,且与两导轨保持良好接触,杆与导轨之间的动摩擦因数为μ。现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动,当杆运动的距离为d时,速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直)。设杆接入电路的电阻为r,导轨电阻不计,重力加速度为g。求此过程中:BFabrR(1)杆的速度的最大值;(2)通过电阻R上的电量;(3)电阻R上的发热量3
例2.如图1所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为的绝缘斜面上,两导轨间距为L。M、P两点间接有阻值为R的电阻。一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向下。导轨和金属杆的电阻可忽略。让ab杆沿导轨由静止开始下滑,导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦。(1)由b向a方向看到的装置如图2所示,请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图;(2)在加速下滑过程中,当ab杆的速度大小为v时,求此时ab杆中的电流及其加速度的大小;(3)求在下滑过程中,ab杆可以达到的速度最大值。例3.如图所示,两足够长的光滑金属导轨竖直放置,相距为L,一理想电流表与两导轨相连,匀强磁场与导轨平面垂直。一质量为m、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放。导体棒进入磁场后,流经电流表的电流逐渐减小,最终稳定为I。整个运动过程中,导体棒与导轨接触良好,且始终保持水平,不计导轨的电阻。求:(1)磁感应强度的大小B;(2)电流稳定后,导体棒运动速度的大小v;(3)流经电流表电流的最大值3
例4如图所示,竖直平行导轨间距L=20cm,导轨顶端接有一电键K。导体棒ab与导轨接触良好且无摩擦,ab的电阻R=0.4Ω,质量m=10g,导轨的电阻不计,整个装置处在与轨道平面垂直的匀强磁场中,磁感强度B=1T。当ab棒由静止释放0.8s后,突然接通电键,不计空气阻力,设导轨足够长。求ab棒的最大速度和最终速度的大小。(g取10m/s2)例5如图所示,半径为、圆心为O1的虚线所围的圆形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场,在磁场右侧有一坚直放置的平行金属板C和D,两板间距离为L,在MN板中央各有一个小孔O2、O3。O1、O2、O3在同一水平直线上,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距也为L。M、P两点间接有阻值为R的电阻。一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直,闭合回路(导轨与导体棒的电阻不计)。整套装置处于匀强磁场中,磁场的磁感应强度为B,磁场方向垂直于斜面向上。整个装置处在真空室中,有一电荷量为+q、质量为m的粒子(重力不计),以速率v0从圆形磁场边界上的最低点沿半径方向射入圆形磁场区域,最后从小孔O3射出。现释放导体棒ab,其沿着斜面下滑后开始匀速运动,此时仍然从点沿半径方向射入圆形磁场区域的相同粒子恰好不能从O3射出,而从圆形磁场的最高点F射出。求:(1)圆形磁场的磁感应强度B/。(2)导体棒的质量M。(3)棒下落h的整个过程中,导体棒ab克服安培力做的功为多少?3