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電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題
——單棒模型電磁感應(yīng)中的導(dǎo)軌問(wèn)題能量轉(zhuǎn)化運(yùn)動(dòng)情況分析動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)動(dòng)量觀點(diǎn)能量觀點(diǎn)牛頓定律平衡條件動(dòng)量定理動(dòng)量守恒功能關(guān)系能量守恒電學(xué)問(wèn)題力學(xué)問(wèn)題楞次定律、右手定則能量守恒電動(dòng)式發(fā)電式阻尼式v0F一、單棒模型運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)功能關(guān)系放電式無(wú)外力充電式Fv0有外力充電式lFRab例1:定值電阻R,導(dǎo)體棒ab電阻r,水平光滑導(dǎo)軌間距l(xiāng),勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,
ab棒質(zhì)量為m,開(kāi)始靜止,當(dāng)受到一個(gè)向右恒力F的作用。rB1、試分析ab棒的運(yùn)動(dòng)情況?加速度a減小的加速運(yùn)動(dòng)發(fā)電式單棒FRabr2、若ab向右運(yùn)動(dòng)位移為x時(shí),速度達(dá)到最大值,這一過(guò)程中通過(guò)回路某一橫截面的電量為多少?R上產(chǎn)生的焦耳熱又為多少?發(fā)電式單棒3、其他條件不變,ab棒質(zhì)量為m,開(kāi)始時(shí)靜止,當(dāng)受到一水平向右拉力的作用,若拉力的功率P保持不變,則:①、ab將如何運(yùn)動(dòng)?②、ab的最大速度是多少?這時(shí)ab兩端的電壓為多少?F減小,F(xiàn)安增加,做加速度a減小的加速運(yùn)動(dòng)
vRabr→F③、若ab向右運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t時(shí),速度達(dá)到最大值,這一過(guò)程中回路產(chǎn)生的焦耳熱為多少,電阻R產(chǎn)生的焦耳熱又為多少?
vRabr→F5.幾種變化(3)拉力變化(4)導(dǎo)軌面變化(豎直或傾斜)(1)電路變化(2)磁場(chǎng)方向變化
F加沿斜面恒力通過(guò)定滑輪掛一重物
FF
BF若勻加速拉桿則F大小恒定嗎?加一開(kāi)關(guān)發(fā)電式單棒Kab例、若從金屬導(dǎo)體ab從靜止下落,磁場(chǎng)區(qū)域足夠大,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間接通電鍵K。ab棒以后的運(yùn)動(dòng)情況有幾種可能?試用v-t圖象描述。解析:因?yàn)閷?dǎo)體棒ab自由下落的時(shí)間t沒(méi)有確定,所以電鍵K閉合瞬間ab的速度無(wú)法確定,使得ab棒受到的瞬時(shí)安培力F與G大小無(wú)法比較,因此存在以下可能:(1)若安培力F<G:則ab棒先做變加速運(yùn)動(dòng),再做勻速直線運(yùn)動(dòng)(2)若安培力F>G:則ab棒先做變減速運(yùn)動(dòng),再做勻速直線運(yùn)動(dòng)(3)若安培力F=G:則ab棒始終做勻速直線運(yùn)動(dòng)KabmgF例1:定值電阻R,導(dǎo)體棒ab質(zhì)量為m,電阻r,水平光滑導(dǎo)軌間距l(xiāng),勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。給棒一瞬時(shí)沖量,使棒以初速度V0水平?jīng)_出。b
v0Rar1、阻尼式單棒(熱身訓(xùn)練)(1)試分析棒的運(yùn)動(dòng)情況(2)若已知了棒整個(gè)過(guò)程中的位移x,還能得出那些物理量?例、如圖所示,豎直平面內(nèi)的平行導(dǎo)軌,間距l(xiāng)=20cm,金屬導(dǎo)體ab可以在導(dǎo)軌上無(wú)摩檫的向下滑動(dòng),金屬導(dǎo)體ab的質(zhì)量為0.2g,電阻為0.4Ω,導(dǎo)軌電阻不計(jì),水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1T,當(dāng)金屬導(dǎo)體ab從靜止自由下落0.8s時(shí),突然接通電鍵K。(設(shè)導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),g取10m/s2)求:(1)電鍵K接通前后,金屬導(dǎo)體ab的運(yùn)動(dòng)情況(2)金屬導(dǎo)體ab棒的最大速度和最終速度的大小。KabVm=8m/sV終=2m/s若從金屬導(dǎo)體ab從靜止下
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