吉林省長(zhǎng)市第五中學(xué)高三物理 導(dǎo)體棒切割課件

豎直放置的金屬框架處于水豎直放置的金屬框架處于水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中, ,一阻值為一阻值為R的的電阻與框架串聯(lián)現(xiàn)電阻與框架串聯(lián)現(xiàn)有一金屬棒有一金屬棒AB可以沿框架無(wú)摩擦地自由滑動(dòng)可以沿框架無(wú)摩擦地自由滑動(dòng). .合上開關(guān)合上開關(guān)S, , 讓讓AB棒由靜止開始下棒由靜止開始下滑滑, ,則金屬棒則金屬棒AB將怎樣運(yùn)動(dòng)將怎樣運(yùn)動(dòng)?baSR例例 1 (1)從從力與運(yùn)動(dòng)角度分析力與運(yùn)動(dòng)角度分析 (2)從功和能量角度分析從功和能量角度分析解析解析 金屬棒金屬棒ab在下落過(guò)程中，重力勢(shì)能減少，一部分在下落過(guò)程中，重力勢(shì)能減少，一部分用來(lái)克服安培力做功轉(zhuǎn)化為電路中的電能，最終在用來(lái)克服安培力做功轉(zhuǎn)化為電路中的電能，最終在電路中轉(zhuǎn)化為焦耳熱，另一部分轉(zhuǎn)化為金屬棒的動(dòng)電路中轉(zhuǎn)化為焦耳熱，另一部分轉(zhuǎn)化為金屬棒的動(dòng)能能.若框架足夠長(zhǎng)，金屬棒最終達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)勻速運(yùn)動(dòng)若框架足夠長(zhǎng)，金屬棒最終達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力勢(shì)能的減少量則完全用來(lái)克服安培力做功時(shí)，重力勢(shì)能的減少量則完全用來(lái)克服安培力做功轉(zhuǎn)化為電路中的電能轉(zhuǎn)化為電路中的電能1.將上題金屬框架水平放置，導(dǎo)體棒將上題金屬框架水平放置，導(dǎo)體棒ab垂直放置在兩導(dǎo)垂直放置在兩導(dǎo)軌上，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面，不計(jì)一切摩擦軌上，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面，不計(jì)一切摩擦. .用力將用力將ab棒由圖示位置棒由圖示位置MN分別以速度分別以速度v1和和v2勻速拉到勻速拉到M/ /N/ /位置位置, ,比較這兩個(gè)過(guò)程比較這兩個(gè)過(guò)程, ,下列說(shuō)法正確的是下列說(shuō)法正確的是( )( )A. .若若v1 v2,兩次通過(guò)兩次通過(guò)MN截面的電量關(guān)系是截面的電量關(guān)系是Q1Q2B. 若若v1 v2,兩次拉力兩次拉力F1和和F2的關(guān)系是的關(guān)系是F1F2C. 若若v1=2v2,兩次拉力做功兩次拉力做功W1和和W2的關(guān)系是的關(guān)系是W1=2W2D. 若若v1=2v2,兩次拉力做功的功率兩次拉力做功的功率P1和和P2的關(guān)系是的關(guān)系是 P1=2P2MM/FNN/abB C拓展拓展2. .兩光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為兩光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，導(dǎo)體棒導(dǎo)體棒ab垂直放在導(dǎo)線上垂直放在導(dǎo)線上,且與且與導(dǎo)軌接觸良好導(dǎo)軌接觸良好，整個(gè)裝置處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中整個(gè)裝置處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁磁感應(yīng)強(qiáng)度為感應(yīng)強(qiáng)度為B，電容器的電容為電容器的電容為C，除電阻除電阻R外導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的外導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均不計(jì)電阻均不計(jì)，現(xiàn)給導(dǎo)體棒現(xiàn)給導(dǎo)體棒ab某一初速度某一初速度，使導(dǎo)體棒使導(dǎo)體棒ab向右運(yùn)動(dòng)向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電路穩(wěn)定后當(dāng)電路穩(wěn)定后，ab以速度以速度v向右做勻速運(yùn)動(dòng)向右做勻速運(yùn)動(dòng)( ) A.電容器兩端的電壓為零電容器兩端的電壓為零 B.電阻兩端的電壓為電阻兩端的電壓為BLv C.電容器所帶電荷量為電容器所帶電荷量為CBLv D.為保持為保持ab勻速運(yùn)動(dòng)勻速運(yùn)動(dòng),需對(duì)其施加的拉力大小為需對(duì)其施加的拉力大小為bRaCRvLB22C3.兩根光滑的金屬導(dǎo)軌兩根光滑的金屬導(dǎo)軌, ,平行放置在傾角為平行放置在傾角為的斜面上的斜面上, ,導(dǎo)軌的左端接有電阻導(dǎo)軌的左端接有電阻R，導(dǎo)軌自身電阻可忽略不計(jì)，導(dǎo)軌自身電阻可忽略不計(jì), ,斜面處在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于斜面向上斜面處在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于斜面向上. .質(zhì)量為質(zhì)量為m, ,電阻可不計(jì)的金屬棒電阻可不計(jì)的金屬棒ab在沿著斜坡與棒垂在沿著斜坡與棒垂直的恒力直的恒力F作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑，并上升作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑，并上升h高度，高度，在這過(guò)程中在這過(guò)程中( )( )A. .作用于金屬棒上的各個(gè)力的合力所做的功等于零作用于金屬棒上的各個(gè)力的合力所做的功等于零B. .作用于金屬棒上的各個(gè)力的合力所做的功等于作用于金屬棒上的各個(gè)力的合力所做的功等于mgh與電阻與電阻R上發(fā)出的焦耳熱之和上發(fā)出的焦耳熱之和C. .恒力恒力F與安培力的合力所做的功等于零與安培力的合力所做的功等于零D. .恒力恒力F與重力的合力所做的功等與重力的合力所做的功等 于電阻于電阻R上發(fā)出的焦耳熱上發(fā)出的焦耳熱q qBabq qFA D導(dǎo)體棒切割磁感線的動(dòng)態(tài)分析方法：導(dǎo)體棒切割磁感線的動(dòng)態(tài)分析方法：(1)從導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中的受力情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)著手分析從導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中的受力情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)著手分析.磁場(chǎng)力變化時(shí)，導(dǎo)體棒受到的合外力發(fā)生變化，進(jìn)而磁場(chǎng)力變化時(shí)，導(dǎo)體棒受到的合外力發(fā)生變化，進(jìn)而使加速度改變使加速度改變.反之反之,由于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化又會(huì)引由于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化又會(huì)引起感應(yīng)電流、磁場(chǎng)力、合外力的變化，可能使導(dǎo)體棒起感應(yīng)電流、磁場(chǎng)力、合外力的變化，可能使導(dǎo)體棒達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài).(2) 從能量的轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)分析導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)從能量的轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)分析導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化的變化.點(diǎn)評(píng)點(diǎn)評(píng)從電路角度分析導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動(dòng)方從電路角度分析導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動(dòng)方法：法：(1)考慮電磁學(xué)的有關(guān)規(guī)律考慮電磁學(xué)的有關(guān)規(guī)律,如右手定則、法拉第電磁感如右手定則、法拉第電磁感應(yīng)定律等應(yīng)定律等.(2)考慮電路中的有關(guān)規(guī)律，如全電路歐姆定律、串并聯(lián)考慮電路中的有關(guān)規(guī)律，如全電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的性質(zhì)、電功和電功率等電路的性質(zhì)、電功和電功率等. 寬為寬為d的兩條平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi)，的兩條平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi)，ab和和cd兩兩金屬棒相距較遠(yuǎn)，且與軌道垂直地放在導(dǎo)軌上金屬棒相距較遠(yuǎn)，且與軌道垂直地放在導(dǎo)軌上.導(dǎo)軌處于磁感導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.ab和和cd兩棒質(zhì)量均為兩棒質(zhì)量均為m、電阻均為、電阻均為R.不計(jì)一切摩擦不計(jì)一切摩擦,軌道足夠長(zhǎng)軌道足夠長(zhǎng).開始時(shí)兩棒均處于開始時(shí)兩棒均處于靜止?fàn)顟B(tài)靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)用外力對(duì)現(xiàn)用外力對(duì)cd棒施加瞬時(shí)沖量棒施加瞬時(shí)沖量,使其以使其以v0的速度向右的速度向右運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng).求求(1)若兩棒在運(yùn)動(dòng)中不相碰若兩棒在運(yùn)動(dòng)中不相碰,它們勻速運(yùn)動(dòng)的速度各是多少它們勻速運(yùn)動(dòng)的速度各是多少?(2)在這段過(guò)程中電路中在這段過(guò)程中電路中 電流的最大值是多少電流的最大值是多少?(3)在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生多少熱量在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生多少熱量?abcd B例例 2若若ab和和cd兩金屬棒處在兩金屬棒處在不同寬度的不同寬度的軌道中，軌道中，Lab= =Lcd/2/2，且且mabmcd.求兩棒的穩(wěn)定速度求兩棒的穩(wěn)定速度abcdv0拓展拓展當(dāng)當(dāng)cd= ab 即即BLcdvcd= BLabvab時(shí)時(shí),兩金屬棒兩金屬棒處于穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)處于穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)以以cd棒運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较虬暨\(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较蚋鶕?jù)動(dòng)量定理根據(jù)動(dòng)量定理 cd棒棒 Ft mvcdmv0 ab棒棒 Ft mvab 由以上兩式得由以上兩式得 cdab2vv 解析解析0cd51vv0ab52vv 雙導(dǎo)體棒切割磁感線時(shí)，通常是兩棒與導(dǎo)軌構(gòu)雙導(dǎo)體棒切割磁感線時(shí)，通常是兩棒與導(dǎo)軌構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)其中的一棒在外力作用下獲得成一個(gè)閉合回路，當(dāng)其中的一棒在外力作用下獲得一定速度時(shí)必然在磁場(chǎng)中切割磁感線在該閉合回路一定速度時(shí)必然在磁場(chǎng)中切割磁感線在該閉合回路中形成一定的感應(yīng)電流，另一根導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中通中形成一定的感應(yīng)電流，另一根導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中通電時(shí)就在安培力作用下開始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)起來(lái)也將切電時(shí)就在安培力作用下開始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)起來(lái)也將切割磁感線產(chǎn)生一定的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，對(duì)原來(lái)的電流的割磁感線產(chǎn)生一定的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，對(duì)原來(lái)的電流的變化起阻礙作用變化起阻礙作用點(diǎn)評(píng)點(diǎn)評(píng)導(dǎo)體棒導(dǎo)體棒切割磁切割磁感線產(chǎn)感線產(chǎn)生感應(yīng)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)由閉合由閉合電路歐電路歐姆定律姆定律計(jì)算產(chǎn)計(jì)算產(chǎn)生的感生的感應(yīng)電流應(yīng)電流計(jì)算安計(jì)算安培力進(jìn)培力進(jìn)行受力行受力分析分析計(jì)算電計(jì)算電功或進(jìn)功或進(jìn)行能量行能量計(jì)算計(jì)算小結(jié)小結(jié) 1.1.圖中圖中EF、GH為平行的金屬導(dǎo)軌，其電阻可不計(jì)，為平行的金屬導(dǎo)軌，其電阻可不計(jì)，R為電阻為電阻器，器，C為電容器，為電容器，AB為可在為可在EF和和CH上滑動(dòng)的導(dǎo)體橫桿上滑動(dòng)的導(dǎo)體橫桿. .有均有均勻磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面勻磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面. .若用若用I1和和I2分別表示圖中該處導(dǎo)線中分別表示圖中該處導(dǎo)線中的電流，則當(dāng)橫桿的電流，則當(dāng)橫桿AB（02全國(guó)理綜）全國(guó)理綜） A勻速滑動(dòng)時(shí)，勻速滑動(dòng)時(shí)，I10，I20 B勻速滑動(dòng)時(shí)，勻速滑動(dòng)時(shí)，I10，I20 C加速滑動(dòng)時(shí)，加速滑動(dòng)時(shí)，I10，I20 D加速滑動(dòng)時(shí)，加速滑動(dòng)時(shí)，I10，I20高考試題回顧高考試題回顧 2. 2.如圖所示，固定的水平光滑金屬導(dǎo)軌，間距為如圖所示，固定的水平光滑金屬導(dǎo)軌，間距為L(zhǎng)，左端接有阻值為左端接有阻值為R的電阻，處在方向豎直磁感應(yīng)強(qiáng)的電阻，處在方向豎直磁感應(yīng)強(qiáng)度為度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，質(zhì)量為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒與固定彈簧相的導(dǎo)體棒與固定彈簧相連，放在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻均可忽略初連，放在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻均可忽略初始時(shí)刻，彈簧恰處于自然長(zhǎng)度，導(dǎo)體棒具有水平向右始時(shí)刻，彈簧恰處于自然長(zhǎng)度，導(dǎo)體棒具有水平向右的初速度的初速度v0在沿導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，導(dǎo)體棒始在沿導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸（終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸（05江蘇）江蘇） (1)求初始時(shí)刻導(dǎo)體棒受到的安培力求初始時(shí)刻導(dǎo)體棒受到的安培力 (2)若導(dǎo)體棒從初始時(shí)刻到速度第一次為零時(shí)，彈簧的若導(dǎo)體棒從初始時(shí)刻到速度第一次為零時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能為彈性勢(shì)能為EP，則這一過(guò)程中安培力所做的功則這一過(guò)程中安培力所做的功W1和電和電阻阻R上產(chǎn)生的焦耳熱上產(chǎn)生的焦耳熱Q1分別為多少分別為多少? (3)導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終 將靜止于何處將靜止于何處?從導(dǎo)體棒從導(dǎo)體棒 開始運(yùn)動(dòng)直到最終靜止開始運(yùn)動(dòng)直到最終靜止 的過(guò)程中，電阻的過(guò)程中，電阻R上產(chǎn)上產(chǎn) 生的焦耳熱生的焦耳熱Q為多少為多少? 3.3.圖中圖中a1b1c1d1和和a2b2c2d2為在同一豎直面內(nèi)的金屬導(dǎo)軌，為在同一豎直面內(nèi)的金屬導(dǎo)軌，處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌所在的平面所在的平面(紙面紙面)向里向里. .導(dǎo)軌的導(dǎo)軌的a1b1段與段與a2b2段是豎直的，段是豎直的，距離為距離為l1；c1d1段與段與c2d2段也是豎直的，距離為段也是豎直的，距離為l2. .x1y1與與x2y2為兩根用不可伸長(zhǎng)的絕緣輕線相連的金屬細(xì)桿，質(zhì)為兩根用不可伸長(zhǎng)的絕緣輕線相連的金屬細(xì)桿，質(zhì)量分別為量分別為m1和和m2，它們都垂直于導(dǎo)軌并與導(dǎo)軌保持光它們都垂直于導(dǎo)軌并與導(dǎo)軌保持光滑接觸滑接觸. .兩桿與導(dǎo)軌構(gòu)成的回路的總電阻為兩桿與導(dǎo)軌構(gòu)成的回路的總電阻為R. .F為作用為作用于金屬桿于金屬桿x1y1上的豎直向上的恒力上的豎直向上的恒力. .已知兩桿運(yùn)動(dòng)到圖已知兩桿運(yùn)動(dòng)到圖示位置時(shí)，已勻速向上運(yùn)動(dòng)，求此時(shí)作示位置時(shí)，已勻速向上運(yùn)動(dòng)，求此時(shí)作 用于兩桿的重力的功率的用于兩桿的重力的功率的 大大小和回路電阻上的熱功小和回路電阻上的熱功 率率.（0404全國(guó)理綜）全國(guó)理綜）Fa1d1a2d2b1c1x1y1b2c2x2y2