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《全程复习(广西专用)(广西专用)2014年高考物理一轮复习_小专题复习课(六)课件 新人教版》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、(六)导体棒模型的问题分析纵观近几年的高考试题,电磁学的导体棒问题出现频率很高,且多为分值较大的计算题,其主要原因如下:1.导体棒问题是高中物理电磁学中常用的最典型的模型,常综合多个物理高考知识点.所以这类题目是高考的热点.2.导体棒问题综合性强、类型繁多、物理过程复杂,有利于综合考查学生运用所学的知识从多层面、多角度、全方位分析问题和解决问题的能力.导体棒问题在磁场中大致可分为两类:一类是通电导体棒,使之平衡或运动;另一类是导体棒运动切割磁感线生电.一、通电导体棒模型通电导体棒模型,一般为平衡和运动两类,对于通电导体棒的平衡问
2、题,可利用物体的平衡条件来解答,而对于通电导体棒的运动问题,则要结合牛顿运动定律、能量观点进行综合分析,从而作出准确的解答.【典例1】水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ,它们之间的宽度为L,M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻).现垂直于导轨放置一根质量为m,电阻为R的金属棒ab,并加一个范围较大的匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向与水平面夹角为θ且指向右斜上方,如图所示,问:(1)求当ab棒静止时受到的支持力和摩擦力大小.(2)若B的大小和方向均能改变,则要使ab棒所受支持力为零,B的大小至少为多少?此时B的方向如何?【
3、深度剖析】(1)以棒ab为研究对象,从b向a看侧视图受力如图所示.根据平衡条件得:水平方向:Ff=F安sinθ①竖直方向:FN+F安cosθ=mg②又F安=BIL=③联立①②③得:(2)使ab棒受支持力为零,且让磁场最小,可知安培力竖直向上,则有F′安=mg又F′安=联立解得:根据左手定则判定磁场方向水平向右.答案:(1)(2)水平向右二、棒生电模型棒生电模型是电磁感应中的最典型的一类模型,生电方式分为平动切割和转动切割.解决此类问题要从静态到动态、动态到终态加以分析讨论,其中分析动态是关键.对于动态分析,可从以下过程考虑:闭合
4、电路中的磁通量发生变化→导体产生感应电流→导体受安培力和其他力作用→导体加速度变化→速度变化→感应电流变化→周而复始地循环最后加速度减小至零→速度达到最大→导体做匀速直线运动.电磁感应现象的实质是不同形式能量的转化过程,因此,由功能观点切入,分清楚电磁感应过程中能量转化关系,往往是解决电磁感应问题的关键,也是处理这类题型的有效途径.【典例2】(2012·温州模拟)如图所示,两电阻不计的足够长光滑平行金属导轨与水平面夹角为θ,导轨间距为l,所在平面的正方形区域abcd内存在有界匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上.如图
5、所示,将甲、乙两阻值相同,质量均为m的相同金属杆放置在导轨上,甲金属杆处在磁场的上边界,甲、乙相距l.从静止释放两金属杆的同时,在甲金属杆上施加一个沿着导轨的外力,使甲金属杆在运动过程中始终沿导轨向下做匀加速直线运动,且加速度大小为a=gsinθ,乙金属杆刚进入磁场时做匀速运动.(1)求每根金属杆的电阻R为多少?(2)从刚释放金属杆时开始计时,写出从计时开始到甲金属杆离开磁场的过程中外力F随时间t的变化关系式,并说明F的方向.(3)若从开始释放两杆到乙金属杆离开磁场,乙金属杆共产生热量Q,试求此过程中外力F对甲做的功.【深度剖析
6、】(1)因为甲、乙加速度相同,所以,当乙进入磁场时,甲刚出磁场,乙进入磁场时的速度根据平衡条件有解得:(2)甲在磁场中运动时,外力F始终等于安培力F=v=gsinθ·t解得:方向沿导轨向下(3)乙进入磁场前,甲、乙发出相同热量,设为Q1,则有F安l=2Q1又F=F安故外力F对甲做的功WF=Fl=2Q1甲出磁场以后,外力F为零乙在磁场中,甲、乙发出相同热量,设为Q2,则有F′安l=2Q2又F′安=mgsinθQ=Q1+Q2解得:WF=2Q-mglsinθ答案:(1)均为(2)方向沿导轨向下(3)2Q-mglsinθ1.(通电导体棒
7、模型)如图所示,导轨竖直放置,电源电动势E=2V,内阻r=0.5Ω,竖直导轨电阻可忽略,金属棒的质量m=0.1kg,电阻R=0.5Ω,它与导轨间的摩擦因数μ=0.5,有效长度为L=0.2m,靠在导轨外面.为使金属棒静止,现施加一与竖直轨道夹角为θ=37°的斜向里的磁场,保证静止.求:(1)磁场是斜向上还是斜向下?(2)求磁感应强度的范围是多少?(可认为其所受最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g=10m/s2)【解析】本题的受力分析采用侧视图,可以选择左侧视图分析受力.假设磁场的方向斜向上,受力分析如图所示:电流在斜向上的磁场中受到的安
8、培力与重力的合力必然会使金属棒产生加速度,而无法处于静止状态,所以磁场斜向下.若mg>BILsin37°,静摩擦力Ff沿导轨向上,受力分析如图所示:则有如下平衡方程:mg-BILsin37°-Ff=0FN-BILcos37°=0当Ff==μFN时(FN为金属棒所