导体棒在磁场中运动问题

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1、.导体棒在磁场中运动问题【问题概述】导体棒问题不纯属电磁学问题，它常涉及到力学和热学。往往一道试题包含多个知识点的综合应用，处理这类问题必须熟练掌握相关的知识和规律，还要求有较高的分析能力、逻辑推断能力，以及综合运用知识解决问题的能力等。导体棒问题既是高中物理教学的重要内容，又是高考的重点和热点问题。1．通电导体棒在磁场中运动：通电导体棒在磁场中，只要导体棒与磁场不平行，磁场对导体棒就有安培力的作用，其安培力的方向可以用左手定则来判断，大小可运用公式F=BILsinθ来计算，若导体棒所在处的磁感应强度不是恒定的，一般将其分成若干小段，先求每段所受的力再

2、求它们的矢量和。由于安培力具有力的共性，可以在空间和时间上进行积累，可以使物体产生加速度，可以和其它力相平衡。【基本模型】说明基本图v–t能量导体棒以初速度v0向右开始运动，定值电阻为R，其它电阻不计。动能→焦耳热导体棒受向右的恒力F从静止开始向右运动，定值电阻为R，其它电阻不计。外力机械能→动能+焦耳热导体棒1以初速度v0向右开始运动，两棒电阻分别为R1和R2，质量分别为m1和m2，其它电阻不计。动能1变化→动能2变化+焦耳热导体棒1受恒力F从静止开始向右运动，两棒电阻分别为R1和R2，质量分别为m1和m2，其它电阻不计。外力机械能→动能1+动能2+

3、焦耳热FabRACBD图1如图1所示，在竖直向下磁感强度为B的匀强磁场中，有两根水平放置相距为L且足够长的平行金属导轨AB、CD，导轨AC端连接一阻值为R的电阻，一根垂直于导轨放置的金属棒ab，质量为m，不计导轨和金属棒的电阻及它们间的摩擦。若用恒力F水平向右拉棒运动⑴．电路特点：金属棒ab切割磁感线，产生感应电动势相当于电源，b为电源正极。当ab棒速度为v时，其产生感应电动势E＝BLv。⑵．ab棒的受力及运动情况：棒ab在恒力F作用下向右加速运动，切割磁感线，产生感应电动势，并形F安FGN图2成感应电流，电流方向由a→b，从而使ab棒受到向左的安培力

4、F安，对ab棒进行受力分析如图2所示：　　竖直方向：重力G和支持力N平衡。水平方向：向左的安培力F安＝为运动的阻力随v的增大而增大。ab棒受到的合外力F合＝F－随速度v的增大而减小。ab棒运动过程动态分析如下：随ab棒速度v↑→感应电动势E↑→感应电流I＝↑→安培力F安＝BIL↑→F合(＝F－F安)↓→ab棒运动的加速度a↓,当合外力F合减小到零时，加速度a减小到零，速度v达到最大vmax，最后以vmax匀速运动。⑶．ab棒的加速度、速度，R上的电功率何时最大？ab棒受到的合外力F合＝F－刚开始运动时，ab棒初速度v＝0，由知：此时合外力最大，加速度最

5、大，amax＝。运动过程中，ab棒先做加速度减小的加速运动，当加速度减小到零，即：F－＝0时，速度达到最大，最大速度＝ab棒的速度最大时，产生的感应电动势最大，电路中感应电流最大，R上消耗的电功率最大，Pmax＝。⑷．ab棒运动过程中，能量转化情况：稳定前，棒ab做加速度减小的加速运动，恒力F做的功一部分用于克服安培力做功转化成电能，这部分电能在电流通过电阻R时以焦耳热的形式放出，另一部分用来增加棒ab的动能。word范文.　稳定后，ab棒匀速运动，恒力F做的功全部转化为电路的电能，最后通过电阻R以焦耳热的形式放出。〖例1〗如图所示在倾角为300的光滑

6、斜面上垂直放置一根长为L，质量为m，的通电直导体棒，棒内电流方向垂直纸面向外，电流大小为I，以水平向右为x轴正方向，竖直向上为y轴正方向建立直角坐标系，若所加磁场限定在xoy平面内，试确定以下三种情况下磁场的磁感应强度B。⑴若要求所加的匀强磁场对导体棒的安培力方向水平向左，使导体棒在斜面上保持静止。yθox⑵若使导体棒在斜面上静止，求磁感应强度B的最小值。⑶试确定能使导体棒在斜面上保持静止的匀强磁场的所有可能方向。bcad〖拓展1〗物理学家法拉第在研究电磁学时，亲手做过许多实验。如图所示的就是著名的电磁旋转实验。它的现象是：如果载流导线附近只有磁铁的一

7、个极，磁铁就会围绕导线旋转；反之，载流导线也会围绕单独的某一磁极旋转，这一装置实际上就是最早的电动机。图中的a是可动磁铁（上端为N极），b是固定导线，c是可动导线，d是固定磁铁（上端为N极），图中黑色部分表示汞，下部接在电源上，则从上向下俯视时a、c的旋转情况是（）A．a顺时针，c顺时针B．a逆时针，c逆时针C．a逆时针，c顺时针D．a顺时针，c逆时针IFBIE〖例2〗电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如右图所示，利用这种装置可以把质量为2.0g的弹体（包括金属杆EF的质量）加速到6km/s，若这种装置的轨道宽为2m，长为100m，轨道摩擦不计，求轨

8、道间所加匀强磁场的磁感应强度为多大，磁场力的最大功率是多少？〖拓展2〗质量为m，长为L的金属棒