单棒切割磁感线运动 (1)

（1）运动情况分析一、单棒:初速度V0加速度不断减小的减速运动，最后静止。（2）能量分析2021mVQ热RV0X（3）电量分析总总电RBLXRqnmaF安maRVLB总022例1：如图所示，在竖直向上磁感强度为B的匀强磁场中，放置着一个宽度为L的金属框架，框架的右端接有电阻R．一根质量为m，电阻忽略不计的金属棒受到外力冲击后，以速度v沿框架向左运动．已知棒与框架间的摩擦系数为μ，在整个运动过程中，通过电阻R的电量为q，设框架足够长．求：（1）棒运动的最大距离；（2）电阻R上产生的热量。二、单棒:1.恒力F（初速度为0）（1）运动情况分析加速度不断减小的加速运动，最后匀速运动。（2）能量分析2222,mmFRBLVFVRBL总总匀速时：（3）电量分析RxFF热QVFX+m21=2m总总电RBLXRqnmaFF安maRVLBF总22例2：如图所示，两根平行的光滑长导轨处于同一水平面内，相距为L。导轨左端用阻值为R的电阻相连，导轨的电阻不计，导轨上跨接一电阻为r的金属杆，质量为m，整个装置放在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，现对杆施加一水平向右的恒定拉力F，使它由静止开始运动。求（1）当杆的速度为r时，杆的加速度（2）杆稳定时的速度（3）若杆从静止到达稳定的过程中，杆运动的距离为S，则此过程回路中产生的热量为多少。变式1：如图所示，足够长的U形导体框架的宽度L=0.5m，电阻可忽略不计，其所在平面与水平面成θ=37°角．有一磁感应强度B=0.8T的匀强磁场，方向垂直于导体框平面．一根质量m=0.2kg、电阻为R=2Ω的导体棒MN垂直跨放在U形框架上，某时刻起将导体棒由静止释放．已知导体棒与框架间的动摩擦因数μ=0.5.(已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2)(1)求导体棒刚开始下滑时的加速度的大小．(2)求导体棒运动过程中的最大速度和重力的最大功率．(3)从导体棒开始下滑到速度刚达到最大时的过程中，通过导体棒横截面的电量Q=2C，求导体棒在此过程中消耗的电能．二单棒：2.恒力F（初速度不为0）（1）运动情况分析F安F加速度不断减小的加速运动，最后匀速运动。（2）能量分析2222,mmFRBLVFVRBL总总匀速时：（3）电量分析RxFFV0F安F加速度不断减小的减速运动，最后匀速运动。F安=F匀速运动。热QVVWF+m21-m21=202m总总电RBLXRqn例3：如图所示PQ、MN为足够长的两平行金属导轨，它们之间连接一个阻值R=8Ω的电阻；导轨间距为L=1m；一质量为m=0.1kg，电阻r=2Ω，长约1m的均匀金属杆水平放置在导轨上，它与导轨的滑动摩擦因数μ=√3/5，导轨平面的倾角为θ=30°在垂直导轨平面方向有匀强磁场，磁感应强度为B=0.5T，今让金属杆AB由静止开始下滑，下滑过程中杆AB与导轨一直保持良好接触，杆从静止开始到杆AB恰好匀速运动的过程中经过杆的电量q=lC，求：（1）当AB下滑速度为2m/s时加速度的大小（2）AB下滑的最大速度（3）从静止开始到AB匀速运动过程R上产生的热量．变式3：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）变式4：如图所示，两根足够长相距为L的平行金属导轨MN、PQ与水平面的夹角53°，导轨处在竖直向上的有界匀强磁场中，有界匀强磁场的宽度，导轨上端连一阻值R=1Ω的电阻。质量m=1kg、电阻r=1Ω的细金属棒ab垂直放置在导轨上，开始时与磁场上边界距离，现将棒ab由静止释放，棒ab刚进入磁场时恰好做匀速运动。棒ab在下滑过程中与导轨始终接触良好，导轨光滑且电阻不计，取重力加速度g=10m/s2。求：（1）棒ab刚进入磁场时的速度v；（2）磁场的磁感应强度B；（3）棒ab穿过过磁场的过程中电阻R产生的焦耳热Q。三、单棒:恒加速度a（1）运动情况分析加速度不变的加速运动（2）能量分析（3）电量分析qBLxR电总RxFFa恒定运动学方程：axvv2202txvvv)(2102021attvxQVWF+m21=2m例4：如图所示，足够长的光滑导轨ab、cd固定在竖直平面内，导轨间距为l，b、c两点间接一阻值为R的电阻．ef是一水平放置的导体杆，其质量为m、有效电阻值为R，杆与ab、cd保持良好接触。整个装置放在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直·现用一竖直向上的力F拉导体杆，使导体杆从静止开始做加速度为的匀加速直线运动，在上升高度为h的过程中，拉力做功为W，g为重力加速度，不计导轨电阻及感应电流间的相互作用．求：(1)导体杆上升到h时所受拉力F的大小；(2)导体杆上升到h过程中通过杆的电量；(3)导体杆上升到h过程中bc间电阻R产生的焦耳热．变式5：如图所示，在匀强磁场中有一足够长的光滑平行金属导轨，与水平面间的夹角θ=30°，间距L=0.5m，上端接有阻值R=0.3Ω的电阻．匀强磁场的磁感应强度大小B=0.4T，磁场方向垂直导轨平面向上．一质量m=0.2kg，电阻r=0.1Ω的导体棒MN，在平行于导轨的外力F作用下，由静止开始向上做匀加速运动，运动过程中导体棒始终与导轨垂直，且接触良好．当棒的位移d=9m时，电阻R上消耗的功率为P=2.7W．其它电阻不计，g取10m/s2．求：（1）此时通过电阻R上的电流；（2）这一过程通过电阻R上的电荷量q；（3）此时作用于导体棒上的外力F的大小．四、单棒:恒功率P（1）运动情况分析加速度不断减小的加速运动，最后匀速运动。（2）能量分析（3）电量分析RxFFP恒定热QVPt+m21=2m总总电RBLXRqnmaFF安maRVLBVP总22总匀速时：RVLBVPmm22例5：如图18所示,ef,gh为水平放置的足够长的平行光滑导轨,导轨间距为L=1m,导轨左端连接一个R=2Ω的电阻,将一根质量为0.2kg的金属棒cd垂直地放置导轨上,且与导轨接触良好,导轨与金属棒的电阻均不计,整个装置放在磁感应强度为B=2T的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下.现对金属棒施加一水平向右的拉力F,使棒从静止开始向右运动.试解答以下问题.(1)若施加的水平外力的功率恒为P=18W,则金属棒达到的稳定速度v2是多少(2)若施加的水平外力的功率恒为P=18W,则金属棒从开始运动到速度v3=2m/s的过程中电阻R产生的热量为8.6J,则该过程所需的时间是多少?变式6：如图所示，倾角θ＝30°、宽为L＝1m的足够长的U形光滑金属导轨固定在磁感应强度B＝1T、范围足够大的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面斜向上。现用一平行于导轨的F牵引一根质量m＝0.2kg、电阻R＝1Ω的导体棒ab由静止开始沿导轨向上滑动；牵引力的功率恒定为P=90W，经过t=2s导体棒刚达到稳定速度v时棒上滑的距离s=11.9m。导体棒ab始终垂直导轨且与导轨接触良好，不计导轨电阻及一切摩擦，取g=10m/s2。求：（1）从开始运动到达到稳定速度过程中导体棒产生的焦耳热Q1；（2）若在导体棒沿导轨上滑达到稳定速度前某时刻撤去牵引力，从撤去牵引力到棒的速度减为零的过程中通过导体棒的电荷量为q=0.48C，导体棒产生的焦耳热为Q2=1.12J，则撤去牵引力时棒的速度v′多大？变式7：如图甲所示，P、Q为水平面内平行放置的金属长直导轨，间距为d，处在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中。一根质量为m、电阻为r的导体棒ef垂直放在P、Q导轨上，导体棒ef与P、Q导轨间的动摩擦因数为μ。质量为M的正方形金属框abcd的边长为L，每边电阻均为r，用细线悬挂在竖直平面内，ab边水平，金属框a、b两点通过细导线与导轨相连，金属框的上半部分处在磁感应强度大小为B、方向垂直框面向里的匀强磁场中，下半部分处在大小也为B、方向垂直框面向外的匀强磁场中，不计其余电阻和细导线对a、b点的作用力。现用一电动机以恒定功率沿导轨方向水平牵引导体棒ef向左运动，从导体棒开始运动时计时，悬挂金属框的细线的拉力T随时间t的变化如图乙所示，求：(1)t0时刻以后通过ab边的电流；(2)t0时刻以后导体棒ef运动的速度；(3)电动机牵引力的功率P。解题中做好以下四分析：课堂小结切割磁感线→感应电流→受安培力→运动状态变化↓←切割速度变化趋于或达到稳定状态电路分析、受力分析、运动分析（可结合图像）、功和能的分析