《高二物理电磁感应中的动力学问题 新课标 人教（通用）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理电磁感应中的动力学问题 新课标 人教（通用）（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电磁感应中的动力学问题,例1如图 所示，用铝板制成的“U”型框，将一质量为m的带电小球，用绝缘线悬挂在框的上方，让整体在垂直于水平方向的匀强磁场中，向左以速度v匀速运动，悬挂拉力为T，则 ( ) A.悬线竖直，T=mg B.速度选择合适的 大小，可使T=0 C.悬线竖直，Tmg D.条件不足，无法确定,A,拓展：如图所示，在平行于地面的匀强磁场上方，有两个用相同金属材料制成的边长相同的正方形线圈a、b，其中a的导线比b粗，它们从同一高度自由落下.则,A.它们同时落地 B.a先落地 C.b先落地 D.无法判断,分析：可将粗线圈视为是若干个细线圈捆在一起，其运动情况必然与细线圈的相同,例2 .如图
2、所示两根竖直很长的、放在绝缘地面上的金属框架宽为L，磁感应强度为B的匀强磁场与框架平面垂直，一质量为m阻值为r的金属棒放在框架上，金属棒接触良好且无摩擦，框架上方串接一个定值电阻R，不计导轨电阻，试分析松手后金属棒在磁场中的运动情况,分析：开始PQ受力为mg,所以 a=g PQ向下加速运动,产生感应电流,方向逆时针,受到向上的磁场力F作用。随速度的增加F逐渐增加，加速度逐渐减小当F=mg时a=g最终匀速.所以物体先做加速度减小的加速运动最终匀速,拓展2: 如图所示两根竖直放在绝缘地面上的金属框架宽为L，磁感应强度为B的匀强磁场与框架平面垂直，一质量为m的金属棒放在框架上，金属棒接触良好且无摩擦
3、，框架上方串接一个电容为C的电容器，开始时不带电，现将金属棒从离地高为h处无初速释放，求棒落地的时间t是多少,caB2 L2,分析：棒在磁场中下落时，必然要切割磁感应线产生一定的感应电动势，又由于电容器可以容纳电荷，因此在回路中就要形成一个充电电流，使棒受到一个竖直向上的安培力的作用。设在时间t内，棒的速度增加了V，棒的平均加速度为a，则E=BLV，Q=CE，依电流强度的定义可得，于是导体棒所受安培力为F=BIL= ，由牛顿第二定律可得mg-F=ma，整理上述各式得，由a的表达式不难发现棒的下落过程是一种匀加速直线运动，于是,例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。
4、导体棒ab与导轨接触良好且无摩擦，ab的电阻R=0.4，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,解,ab 棒由静止开始自由下落0.8s时速度大小为,v=gt=8m/s,则闭合K瞬间，导体棒中产生的感应电流大小,IBlv/R=4A,ab棒受重力mg=0.1N, 安培力F=BIL=0.8N,因为Fmg，ab棒加速度向上，开始做减速运动,产生的感应电流和受到的安培力逐渐减小,当安培力 F=mg时，开始做匀速直线运动,此时满
5、足B2l2 vm /R =mg,解得最终速度,vm = mgR/B2l2 = 1m/s,闭合电键时速度最大为8m/s,t=0.8s l=20cm R=0.4m=10g B=1T,拓展3 如图示,螺线管匝数n=4截面积S=0.1m2，管内匀强磁场以B1/t=10T/s 逐渐增强,螺线管两端分别与两根竖直平面内的平行光滑直导轨(电阻不计)相接垂直导轨的水平匀强磁场B2=2T， 现在导轨上垂直放置一根质量m=0.02kg，长l=0.1m的铜棒，回路总电阻为R=5，试求铜棒从静止下落的最大速度. (g=10m/s2,解,螺线管产生感生电动势 E1=nS B1/t=4V 方向如图示,I1 =0.8A F
6、1=B2 I1 L=0.16N mg=0.2N,mg F1 ab做加速运动,又产生感应电动势E2,（动生电动势,当达到稳定状态时,F2 =mg=0.2N,F2 =BI2 L I2 =1A,I2 =(E1 +E2 )/R=(4+E2)/5 =1A,E2 =1V=BLvm,vm=5m/s,例4.如图，电磁火箭的总质量M，光滑竖直架宽L，高为H，发射架处于磁感应强度为B的匀强磁场中，发射电源电动势为E，内阻为r ,其它电阻合计为R，闭合S后火箭开始加速上升，当火箭刚好要离开发射架时，刚好到达最大速度，则该火箭飞行的最大高度是多少？（设重力加速度为g,L,H,拓展4:下图为飞缆系统的简化模型示意图，图
7、中两个物体P，Q的质量分别为mP、mQ，柔性金属缆索长为l，外有绝缘层，系统在近地轨道作圆周运动，运动过程中Q距地面高为h。设缆索总保持指向地心，P的速度为vP。已知地球半径为R，地面的重力加速度为g （1）飞缆系统在地磁场中运动，地磁场在缆索所在处的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外。设缆索中无电流，问缆索P、Q哪端电势高？此问中可认为缆索各处的速度均近似等于vP，求P、Q两端的电势差； （2）设缆索的电阻为R1，如果缆索两端物体P、Q通过周围的电离层放电形成电流，相应的电阻为R2，求缆索所受的安培力多大? （3）求缆索对Q的拉力FQ,解,1）缆索的电动势 E=Blvp,P、Q两点电势差
8、 UPQ=Blvp，P点电势高,2）缆索电流,安培力,3）Q的速度设为vQ，Q受地球引力和缆索拉力FQ作用,P、Q角速度相等,联立、解得,小结:电磁感应中通过导体的感应电流在磁场中又将受到安培力的作用，这就使得电磁感应问题往往和力学问题联系在一起，解决这类问题的基本方法是： 用法拉第电磁感应定律或导体做切割磁感线运动时感应电动势公式确定感应电动势的大小，再用楞次定律或右手定则确定感应电动势的方向； 画出等效电路，磁通量发生变化的电路或切割磁感线的导体相当于电源，用闭合电路欧姆定律求出电路中的电流； 分析所研究的导体受力情况（包括安培力、用左手定则确定其方向）； 列出动力学方程或平衡方程并求解。常用动力学方程有：牛顿运动定律、动量定理、动量守恒定律、动能定理、机械能守恒定律等,演讲完毕，谢谢观看
