第12章 专题强化205 动量观点在电磁感应中的应用.docxVIP

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专题强化二十五动量观点在电磁感应中的应用

目标要求1.把握应用动量定理处理电磁感应问题的方法技巧.2.建立电磁感应问题中动量守恒的模型,并用动量守恒定律解决问题.

题型一动量定理在电磁感应中的应用

导体棒或金属框在感应电流所引起的安培力作用下做非匀变速直线运动时,当题目中涉及速度v、电荷量q、运动时间t、运动位移x时常用动量定理求解.

考向1“单棒+电阻”模型

情景示例1

水平放置的平行光滑导轨,间距为L,左侧接有电阻R,导体棒初速度为v0,质量为m,电阻不计,匀强磁场的磁感应强度为B,导轨足够长且电阻不计,从开头运动至停下来

求电荷量q

-Beq\x\to(I)LΔt=0-mv0,q=eq\x\to(I)Δt,q=eq\f(mv0,BL)

求位移x

-eq\f(B2L2\x\to(v),R)Δt=0-mv0,x=eq\x\to(v)Δt=eq\f(mv0R,B2L2)

应用技巧

初、末速度已知的变加速运动,在用动量定理列出的式子中q=eq\x\to(I)Δt,x=eq\x\to(v)Δt;若已知q或x也可求末速度

情景示例2

间距为L的光滑平行导轨倾斜放置,倾角为θ,由静止释放质量为m、接入电路的阻值为R的导体棒,当通过横截面的电荷量为q或下滑位移为x时,速度达到v

求运动时间

-Beq\x\to(I)LΔt+mgsinθ·Δt=mv-0,q=eq\x\to(I)Δt-eq\f(B2L2\x\to(v),R)Δt+mgsinθ·Δt=mv-0,x=eq\x\to(v)Δt

应用技巧

用动量定理求时间需有其他恒力参与.若已知运动时间,也可求q、x、v中的任一个物理量

例1水平面上放置两个相互平行的足够长的金属导轨,间距为d,电阻不计,其左端连接一阻值为R的电阻.导轨处于方向竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度大小为B.质量为m、长度为d、阻值为R与导轨接触良好的导体棒MN以速度v0垂直导轨水平向右运动直到停下.不计一切摩擦,则下列说法正确的是()

A.导体棒运动过程中所受安培力先做正功再做负功

B.导体棒在导轨上运动的最大距离为eq\f(2mv0R,B2d2)

C.整个过程中,电阻R上产生的焦耳热为eq\f(1,2)mv02

D.整个过程中,导体棒的平均速度大于eq\f(v0,2)

听课记录:_______________________________________________________________

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考向2不等间距上的双棒模型

例2(多选)(2023·辽宁抚顺市模拟)如图所示,M、N、P、Q四条光滑的足够长的金属导轨平行放置,导轨间距分别为2L和L,两组导轨间由导线相连,装置置于水平面内,导轨间存在方向竖直向下的、磁感应强度大小为B的匀强磁场,两根质量均为m、接入电路的电阻均为R的导体棒C、D分别垂直于导轨放置,且均处于静止状态,其余部分电阻不计.t=0时使导体棒C获得瞬时速度v0向右运动,两导体棒在运动过程中始终与导轨垂直并与导轨接触良好.且达到稳定运动时导体棒C未到两组导轨连接处.则下列说法正确的是()

A.t=0时,导体棒D的加速度大小为a=eq\f(B2L2v0,mR)

B.达到稳定运动时,C、D两棒速度之比为1∶1

C.从t=0时至达到稳定运动的过程中,回路产生的内能为eq\f(2,5)mv02

D.从t=0时到达到稳定运动的过程中,通过导体棒的电荷量为eq\f(2mv0,5BL)

听课记录:_______________________________________________________________

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考向3“电容器+棒”模型

1.无外力充电式

基本模型

规律

(导轨光滑,电阻阻值为R,电容器电容为C)

电路特点

导体棒相当于电源,电容器充电

电流特点

安培力为阻力,棒减速,E减小,有I=eq\f(BLv-UC,R),电容器充电UC变大,当BLv=UC时,I=0,F安=0,棒匀速运动

运动特点和最终特征

棒做加速度a减小的减速运动,最终做匀速运动,此时I=0,但电容器带电荷量不为零

最终速度

电容器充电荷量:q=CU

最终电容器两端电压U=BLv

对棒应用动量定理:

mv-mv0=-Beq\x\to(I)L·Δt=-BLq

v=eq\f(mv0,m+B2L2C).

v-t图像

例3如图甲、乙中,除导体棒ab可动外,其余部分

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