《电磁感应中导体棒切割专题》课件

这是一份《电磁感应中导体棒切割专题》课件，共28页。PPT课件主要包含了一知识回顾，“三画”，“三动”，“三画三动”，三种类型小结等内容，欢迎下载使用。
电磁感应中导体棒切割专题
一.引入:相关的真题回顾：
第10个2020.07
第11个2021.01
唯一一次不是切割的问题2021.06
第12次2022.01
解题方法：“三画三动”
【例1】：如图所示，MN和PQ为固定在水平面上的平行光滑金属轨道，轨道间距为0.2m。质量为0.1kg的金属杆ab置于轨道上，与轨道垂直。整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度B=0.5T，在平行于导轨的拉力F作用下，导体棒沿导轨向右匀速运动，速度v=10m/s。电路中除了电阻R=0.04Ω之外，ab杆的电阻r=0.01Ω，其余电阻不计。求：(1)感应电动势的大小；(2)判断流过电阻R的电流方向并计算电流的大小；(3)ab杆两端的电压及外力F的大小。
【例1：解释】(1)当ab杆速度为v=10m/s，感应电动势为 E=BLv=0.5×0.2×10V=1V；(2)根据右手定则可知导体棒中的电流方向为b到a，则流过R的电流方向为M到P；感应电流I=E/(R+r)=1/(0.04+0.01) A=20A；(3)金属杆两端电压为路端电压，即U=IR=20×0.04V=0.8V，因金属杆做匀速运动，故合外力与安培力等大反向，故外力大小为F=F安=BIL=0.5×20×0.2N=2N。
【例2】如图所示，间距L＝0.80 m的两根平行足够长直金属导轨MN、PQ固定在倾角为θ=30°的绝缘斜面上，导轨上端接有阻值为R＝1.5 Ω 的电阻，一根长为L＝0.80 m, 阻值r＝0.5 Ω,质量m＝0.2 kg的直导体棒ab垂直放在两导轨上。整个装置处于方向垂直斜面向上、磁感应强度B0＝1.25T的匀强磁场中。ab由静止释放后沿导轨运动，下滑位移s=1.20 m时到达cd位置并开始以最大速度Vm做匀速运动。ab在运动过程中与导轨始终垂直且接触良好，导轨电阻及一切摩擦均不计，(取g＝10 m/s2)求： (1)导体棒ab下滑的最大速度Vm ；(2)导体棒ab达到最大速度时，导体棒ab两端的电压Uab是多少及a、ｂ两端哪端的电势高； (3)导体棒ab从静止释放下滑到cd位置的过程中，导体棒ab产生了多少焦耳热； (4)导体棒ab从静止释放下滑到cd位置所需的时间；
【例2】：解：（1） ab在匀速运动过程中受力平衡，有：mgsinθ=BIL ab切割磁感线产生的感应电动势及根据闭合电路欧姆定律， 有： I= BLvm/（R+r） Vm=2m/s(2) E=BLvm=2V Uab= ER/(r+R)=1.5V a端电势高（3）根据能量守恒定律，有：mgssinθ= +Q总 Qr/ Q总 =r/(r+R) Qr =0.2J（4）ab从静止释放开始，对ab由动量定理得： mgsinθ•t﹣BIL•t =m.Vm-0………………..…….2分 mgsinθ•t﹣BLq=mvm，………………………….1分 q=BLS/(R+r) …………………………………………..1分 解得：t= = t= t= + =1s…………….1分
例3：【2017.11】（10分）所图所示，匝数N＝100、截面积s＝1.0×10﹣2m2、电阻r＝0.15Ω的线圈内有方向垂直于线圈平面向上的随时间均匀增加的匀强磁场B1，其变化率k＝0.80T/s。线圈通过开关S连接两根相互平行、间距d＝0.20m的竖直导轨，下端连接阻值R＝0.50Ω的电阻。一根阻值也为0.50Ω、质量m＝1.0×10﹣2kg的导体棒ab搁置在等高的挡条上。在竖直导轨间的区域仅有垂直纸面的不随时间变化的匀强磁场B2．接通开关S后，棒对挡条的压力恰好为零。假设棒始终与导轨垂直，且与导轨接触良好，不计摩擦阻力和导轨电阻。（1）求磁感应强度B2的大小，并指出磁场方向；（2）断开开关S后撤去挡条，棒开始下滑，经t＝0.25s后下降了h＝0.29m，求此过程棒上产生的热量。
三画的重要性：画电源，画受力分析，画等效电路用到的知识点（三动）：动量定理，动量守恒，动能定理
【例4：2017.04】22．（10分）间距为l的两平行金属导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成，如图所示，倾角为θ的导轨处于大小为B1、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间I中，水平导轨上的无磁场区间静止放置一质量为3m的“联动双杆”（由两根长为l的金属杆cd和ef，用长度为L的刚性绝缘杆连接构成），在“联动双杆”右侧存在大小为B2，方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间II，其长度大于L，质量为m、长为l的金属杆ab从倾斜导轨上端释放，达到匀速后进入水平导轨（无能量损失），杆ab与“联动双杆”发生碰撞，碰后杆ab和cd合在一起形成“联动三杆”，“联动三杆”继续沿水平导轨进入磁场区间II并从中滑出，运动过程中，杆ab、cd和ef与导轨始终接触良好，且保持与导轨垂直，已知杆ab、cd和ef电阻均为R＝0.02Ω，m＝0.1kg，l＝0.5m，L＝0.3m，θ＝30°，B1＝0.1T，B2＝0.2T，不计摩擦阻力和导轨电阻，忽略磁场边界效应，求：（1）杆ab在倾斜导轨上匀速运动时的速度大小v0；（2）“联动三杆”进入磁场区间II前的速度大小v；（3）“联动三杆”滑过磁场区间II产生的焦耳热Q。
课堂总结：“三画三动”
预祝同学们高考取得优异的成绩！
【巩固练习】：如图所示，水平固定一半径r=0.2m的金属圆环，长均为r，电阻均为R0的两金属棒沿直径放置，其中一端与圆环接触良好，另一端固定在过圆心的导电竖直转轴OO′上，并随轴以角速度 =600rad/s匀速转动，圆环内左半圆均存在磁感应强度大小为B1的匀强磁场。圆环边缘、与转轴良好接触的电刷分别与间距l1的水平放置的平行金属轨道相连，轨道间接有电容C=0.09F的电容器，通过单刀双掷开关S可分别与接线柱1、2相连。电容器左侧宽度也为l1、长度为l2、磁感应强度大小为B2的匀强磁场区域。在磁场区域内靠近左侧边缘处垂直轨道放置金属棒ab，磁场区域外有间距也为l1的绝缘轨道与金属轨道平滑连接，在绝缘轨道的水平段上放置“［”形金属框fcde。棒ab长度和“［”形框的宽度也均为l1、质量均为m=0.01kg，de与cf长度均为l3=0.08m，已知l1=0.25m，l2=0.068m，B1=B2=1T、方向均为竖直向上；棒ab和“［”形框的cd边的电阻均为R=0.1 ，除已给电阻外其他电阻不计，轨道均光滑，棒ab与轨道接触良好且运动过程中始终与轨道垂直。开始时开关S和接线柱1接通，待电容器充电完毕后，将S从1拨到2，电容器放电，棒ab被弹出磁场后与“［”形框粘在一起形成闭合框abcd，此时将S与2断开，已知框abcd在倾斜轨道上重心上升0.2m后返回进入磁场。（1）求电容器充电完毕后所带的电荷量Q，哪个极板（M或N；）带正电？（2）求电容器释放的电荷量 ；（3）求框abcd进入磁场后，ab边与磁场区域左边界的最大距离x。