9-07-物理建模：電磁感應(yīng)中的“桿+導(dǎo)軌”模型ppt課件.ppt

1、物理建模： 電磁感應(yīng)中 的“桿導(dǎo)軌”模型,1.模型特點(diǎn),2.典例剖析,3.規(guī)律方法,4.跟蹤訓(xùn)練,第九章 電磁感應(yīng),5.真題演練,1,一、模型特點(diǎn),1.模型特點(diǎn),一、模型構(gòu)建 “桿導(dǎo)軌”模型是電磁感應(yīng)問(wèn)題高考命題的“基本道具”，也是高考的熱點(diǎn)，考查的知識(shí)點(diǎn)多，題目的綜合性強(qiáng)，物理情景變化空間大，是我們復(fù)習(xí)中的難點(diǎn)“桿導(dǎo)軌”模型又分為“單桿”型和“雙桿”型(“單桿”型為重點(diǎn))；導(dǎo)軌放置方式可分為水平、豎直和傾斜；桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為勻速、勻變速、非勻變速運(yùn)動(dòng)等,.單桿水平式,二、模型分類及特點(diǎn),.單桿傾斜式,二、典例剖析,2. 典例剖析,【例3】如圖甲所示，兩根足夠長(zhǎng)平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距為L(zhǎng)

2、，導(dǎo)軌平面與水平面夾角為，金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導(dǎo)軌上，且始終與導(dǎo)軌接觸良好，金屬棒的質(zhì)量為m。導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的方向垂直于導(dǎo)軌平面斜向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。金屬導(dǎo)軌的上端與開(kāi)關(guān)S、定值電阻R1和電阻箱R2相連。不計(jì)一切摩擦，不計(jì)導(dǎo)軌、金屬棒的電阻，重力加速度為g?，F(xiàn)在閉合開(kāi)關(guān)S，將金屬棒由靜止釋放。,(1)判斷金屬棒ab中電流的方向； (2)若電阻箱R2接入電路的阻值為0,當(dāng)金屬棒下降高度為h時(shí),速度為v,求此過(guò)程中定值電阻上產(chǎn)生的焦耳熱Q； (3)當(dāng)B0.40 T,L0.50 m,37時(shí),金屬棒能達(dá)到的最大速度vm隨電阻箱R2阻值的變化關(guān)系,如圖乙所示。取g10 m/s

3、2,sin 370.60,cos 370.80。求R1的阻值和金屬棒的質(zhì)量m。,轉(zhuǎn)解析,轉(zhuǎn)原題,【拓展延伸】若例3改為：金屬棒和導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，不計(jì)導(dǎo)軌、金屬棒的電阻，重力加速度為g?，F(xiàn)在閉合開(kāi)關(guān)S，將金屬棒由靜止釋放。 (1)若電阻箱R2接入電路的阻值為0，當(dāng)金屬棒下降高度為h時(shí)，速度為v，求此過(guò)程中定值電阻上產(chǎn)生的焦耳熱Q； (2)當(dāng)B0.40 T,L0.50 m,37,0.25時(shí),金屬棒能達(dá)到的最大速度vm隨電阻箱R2阻值的變化關(guān)系,如圖乙所示.取g10 m/s2,sin 370.60,cos 370.80.求R1的阻值和金屬棒的質(zhì)量m。,轉(zhuǎn)解析,導(dǎo)體棒受力情況如何？,轉(zhuǎn)原題,【

4、備選】 (2013安徽卷,16)如圖所示,足夠長(zhǎng)平行金屬導(dǎo)軌傾斜放置,傾角為37 ,寬度為0.5 m,電阻忽略不計(jì),其上端接一小燈泡,電阻為1 .一導(dǎo)體棒MN垂直于導(dǎo)軌放置,質(zhì)量為0.2 kg,接入電路的電阻為1 ,兩端與導(dǎo)軌接觸良好,與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5.在導(dǎo)軌間存在著垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8 T將導(dǎo)體棒MN由靜止釋放,運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后,小燈泡穩(wěn)定發(fā)光,此后導(dǎo)體棒MN的運(yùn)動(dòng)速度以及小燈泡消耗的電功率 分別為(重力加速度g取10 m/s2， sin 370.6)(). A.2.5 m/s1 W B.5 m/s1 W C.7.5 m/s9 W D.15 m/s9 W,審

5、題析疑,注意導(dǎo)體棒受力圖的畫(huà)法.,轉(zhuǎn)解析,小燈泡穩(wěn)定發(fā)光時(shí),導(dǎo)體棒受力及運(yùn)動(dòng)情況怎樣?遵從什么物理規(guī)律?,轉(zhuǎn)原題,三、規(guī)律方法,3.規(guī)律方法,(1)桿的穩(wěn)定狀態(tài)一般是勻速運(yùn)動(dòng)(達(dá)到最大速度或最小速度，此時(shí)合力為零)； (2)整個(gè)電路產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功； (3)電磁感應(yīng)現(xiàn)象遵從能量守恒定律。,【變式訓(xùn)練3】 (2014江蘇卷，13)如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，長(zhǎng)為3d，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為，在導(dǎo)軌的中部刷有一段長(zhǎng)為d的薄絕緣涂層。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與導(dǎo)軌平面垂直。質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌的頂端由靜止釋放，在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運(yùn)動(dòng)

6、，并一直勻速滑到導(dǎo)軌底端。導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直，且僅與涂層間有摩擦，接在兩導(dǎo)軌間的電阻為R，其他部分的電阻均不計(jì)，重力加速度為g。求：,(1)導(dǎo)體棒與涂層間的動(dòng)摩擦因數(shù)； (2)導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小v； (3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q。,轉(zhuǎn)解析,轉(zhuǎn)原題,四、跟蹤訓(xùn)練,4.跟蹤訓(xùn)練,【跟蹤訓(xùn)練】 間距為L(zhǎng)2 m的足夠長(zhǎng)金屬直角導(dǎo)軌如甲圖放置,它們各有一邊在同一水平面內(nèi),另一邊垂直于水平面.質(zhì)量均為m0.1 kg的金屬細(xì)桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直放置形成閉合回路.桿與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.5,導(dǎo)軌的電阻不計(jì),細(xì)桿ab、cd的電阻分別為R10.6 ,R20.4 .整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度

7、大小為B0.50T、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.當(dāng)ab在平行于水平導(dǎo)軌的拉力F作用下從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí),cd桿也同時(shí)從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng).測(cè)得拉力F與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示.g10 m/s2.,(1)求ab桿的加速度a. (2)求當(dāng)cd桿達(dá)到最大速度時(shí)ab桿的速度大小. (3)若從開(kāi)始到cd桿達(dá)到最大速度的過(guò)程中拉力F做了5.2 J的功, 通過(guò)cd桿橫截面 的電荷量為2 C, 求該過(guò)程中ab桿 所產(chǎn)生的焦耳熱.,轉(zhuǎn)審題,轉(zhuǎn)解析,審題析疑,第一步：讀題 抓關(guān)鍵詞,ab桿做勻加速運(yùn)動(dòng) 加速度是定值.,讀圖(Ft圖) t0時(shí),F1.5 N F安=0.,cd桿達(dá)到最大速度時(shí) cd桿合力為零

8、.,第二步：找突破口 理思路,對(duì)ab桿受力分析:由F t圖象得t0時(shí),F1.5 N 由牛頓第二定律求加速度a. 對(duì)cd桿受力分析:由平衡條件 得cd桿的最大速度. 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求ab桿全過(guò)程位移 再由動(dòng)能定理得W安 由功能關(guān)系得Q總 再由電阻的串聯(lián)知識(shí)得ab桿上的熱量Qab.,轉(zhuǎn)原題,五、真題演練,5.真題演練,【真題】 (2012山東卷20)如圖示,相距為L(zhǎng)的兩條足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌與水平面的夾角為,上端接有定值電阻R,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.將質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒由靜止釋放,當(dāng)速度達(dá)到v時(shí)開(kāi)始勻速運(yùn)動(dòng),此時(shí)對(duì)導(dǎo)體棒施加一平行于導(dǎo)軌向下的拉力,并保持拉力的功率恒為P,導(dǎo)體棒最

9、終以2v的速度勻速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，不計(jì)導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻，重力加速度為g.下列選項(xiàng)正確的是() AP2mgvsin BP3mgvsin C當(dāng)導(dǎo)體棒速度達(dá)到時(shí)加速 度大小為sin D在速度達(dá)到2v以后勻速運(yùn) 動(dòng)的過(guò)程中，R上產(chǎn)生的焦耳 熱等于拉力所做的功,轉(zhuǎn)解析,mg,BIL,FN,v,B,F,2v,轉(zhuǎn)原題,【真題】 (2012天津卷，11)如圖所示,一對(duì)光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間距l(xiāng)0.5 m，左端接有阻值R0.3 的電阻一質(zhì)量m0.1 kg，電阻r0.1 的金屬棒MN放置在導(dǎo)軌上，整個(gè)裝置置于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.4 T棒在水平向右的外力作用下，由靜止開(kāi)始以a2 m/s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)棒的位移x9 m時(shí)撤去外力，棒繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段距離后停下來(lái)，已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1Q221.導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)，棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)