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(1)让金属杆ab从静止开始向右做匀加速运动时,在t时刻,杆的速度为感应电动势为电容器的所带电量为Q=CE则该过程中电容器的充电电流得:(2)通过杆的电流为根据牛顿第二定律解得:如图所示,水平放置的两根足够长的平行光滑金属导轨相距L,质量为m的金属杆ab垂直置于导轨上,两导轨左端接的定值电阻阻值为R,右端接的电容器为C,匀强磁场方向垂直于导轨平面竖直向下,磁感应强度为B,不计金属杆和金属导轨的电阻.
(1)当金属杆ab在水平外力F1作用下以速度v0向右匀速运动时,求电容器所带电量和金属杆ab所受水平外力F1的大小.
(2)现让金属杆ab在在水平外力F2作用下从静止开始以加速度a向右做匀加速运动t时间,求该过程中电容器的充电电流IC和F2随时间t变化的关系式.解:(1)金属杆ab匀速运动时,产生感应电动势为,因不计金属杆和金属导轨的电阻,则电容器两端的电压U=E,由得,电容器所带电量.电路中感应电流为杆所受的安培力大小为,因杆做匀速运动,则由平衡条件得联立以上各式得:(2)让金属杆ab从静止开始向右做匀加速运动时,在t时刻,杆的速度为感应电动势为电容器的所带电量为Q=CE则该过程中电容器的充电电流故通过杆的电流为根据牛顿第二定律得解得,问题解析(1)金属杆ab匀速运动时,产生感应电动势为E=BLv0,因金属杆相当于电源,又不计电阻,则电容器两端的电压等于感应电动势E,可由Q=CU求其电量.根据欧姆定律可求出电路中感应电流I,由F=BIL求出杆所受的安培力,杆匀速运动,外力与安培力平衡,就能求得水平外力F1的大小.(2)让金属杆ab从静止开始向右做匀加速运动时,产生的感应电动势不断增大,电容器不断充电,电路中存在充电电流,根据I=△Q/△t,Q=CU,U=E,E=BLv、v=at,联立求得电容器的充电电流IC,并能求出杆所受的安培力,再根据牛顿第二定律得到F2随时间t变化关系式.名师点评本题考点:导体切割磁感线时的感应电动势;牛顿第二定律;电磁感应中的能量转化.考点点评:本题电磁感应与电路的综合,除掌握电磁感应与力学的基本规律外,关键要理解电容器的充电电流IC=△Q△t,并掌握电量Q=CU,再进行推导.电容放电式:1.电路特点电容器放电,相当于电源;导体棒受安培力而运动。2.电流的特点电容器放电时,导体棒在安培力作用下开始运动,同时产生阻碍放电的反电动势,导致电流减小,直至电流为零,此时UC=Blv3.运动特点a渐小的加速运动,最终做匀速运动。4.最终特征但此时电容器带电量不为零tvOvm匀速运动电容放电式:5.最大速度vm电容器充电量:vtOvm放电结束时电量:电容器放电电量:对杆应用动量定理:电容放电式:6.达最大速度过程中的两个关系安培力对导体棒的冲量:安培力对导体棒做的功:易错点:认为电容器最终带电量为零7.几种变化(1)导轨不光滑(2)光滑但磁场与导轨不垂直电容无外力充电式1.电路特点导体棒相当于电源;电容器被充电.2.电流的特点3.运动特点a渐小的加速运动,最终做匀速运动。4.最终特征但此时电容器带电量不为零匀速运动v0vOtv导体棒相当于电源;电容器被充电。F安为阻力,当Blv=UC时,I=0,F安=0,棒匀速运动。棒减速,E减小UC渐大,阻碍电流I感渐小有I感电容无外力充电式5.最终速度电容器充电量:最终导体棒的感应电动势等于电容两端电压:对杆应用动量定理:无外力等距双棒1.电路特点棒2相当于电源;棒1受安培力而加速起动,运动后产生反电动势.2.电流特点随着棒2的减速、棒1的加速,两棒的相对速度v2-v1变小,回路中电流也变小。v1=0时:电流最大v2=v1时:电流I=0无外力等距双棒3.两棒的运动情况安培力大小:两棒的相对速度变小,感应电流变小,安培力变小.棒1做加速度变小的加速运动棒2做加速度变小的减速运动v0tv共Ov最终两棒具有共同速度无外力等距双棒4.两个规律(1)动量规律两棒受到安培力大小相等方向相反,系统合外力为零,系统动量守恒.(2)能量转化规律系统机械能的减小量等于内能的增加量.(类似于完全非弹性碰撞)两棒产生焦耳热之比:无外力等距双棒5.几种变化:(1)初速度的提供方式不同(2)磁场方向与导轨不垂直(3)两棒都有初速度vv001122两棒动量守
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