高三物理电磁感应力学综合题

高三第二轮物理专题复习学案

——电磁感应中的力学问题

电磁感应中中学物理的一个重要“节点”，不少问题涉及到力和运动、动量和能量、电路和安培力等多方面的知识，综合性强，也是高考的重点和难点，往往是以“压轴题”形式出现．因此，在二轮复习中，要综合运用前面各章知识处理问题，提高分析问题、解决问题的能力．

本学案以高考题入手，通过对例题分析探究，让学生感知高考命题的意图，剖析学生分析问题的思路，培养能力．

例1.【2003年高考江苏卷】如右图所示，两根平行金属导端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离l=0.20 m．有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感应强度B与时间t的关系为B=kt，比例系数k＝0.020 T／s．一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直．在t=0时刻，轨固定在水平桌面上，每根导轨每m的电阻为r0＝0.10Ω／m，导轨的金属杆紧靠在P、Q端，在外力作用下，杆恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t＝6.0 s时金属杆所受的安培力．

[解题思路] 以a示金属杆运动的加速度，在t时刻，金属杆与

1at2

初始位置的距离L＝

2

此时杆的速度v ＝at

这时，杆与导轨构成的回路的面

积S=L l

回路中的感应电动势E ＝S

t B ∆∆＋B lv 而k t

Bt t t B t B kt B =∆-∆+=∆∆=)( 回路的总电阻 R ＝2Lr 0

回路中的感应电流，R

E I = 作用于杆的安培力

F ＝BlI

解得t r l k F 0

2

223= 代入数据为F ＝1.44×10-3N

例2． (2000年高考试题)如右上图所示，一对平行光滑R 轨道放置在水平地面上，两轨道间距L ＝0.20 m ，电阻R ＝1.0 Ω；有一导体杆静止地放在轨道上，与两轨道垂直，杆与轨道的电阻皆可忽略不计，整个装置处于磁感强度B ＝0.50T 的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道面向下．现用一外力F 沿轨道方向拉杆，使之做匀加速运动．测得力F 与时间t 的关系如下图所示．求杆的质量m 和加速度a ．

解析：导体杆在轨道上做匀加速直线运动，用v 表示其速度，t 表示时间，则有v ＝at ①

杆切割磁感线，将产生感应电动势E ＝BLv ②

在杆、轨道和电阻的闭合回路中产生电流I=E/R ③

杆受到的安培力为F

安=IBL ④ 根据牛顿第二定律，有F －F 安＝ma ⑤

联立以上各式，得at R

l B ma F 2

2 ⑥ 由图线上各点代入⑥式，可解得

a ＝10m/s 2，m ＝0.1kg

例3． (2003年高考新课程理综)两根

平行的金属导轨，固定在同一水平面上，

磁感强度B ＝0.05T 的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计．导轨间的距离l ＝0.20 m ．两根质量均为m ＝0.10 kg 的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻为R ＝0.50Ω．在t ＝0时刻，两杆都处于静止状态．现有一与导轨平行、大小为0.20 N 的恒力F 作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动．经过t ＝5.0s ，金属杆甲的加速度为a ＝1.37 m ／s ，问此时两金属杆的速度各为多少?

本题综合了法拉第电磁感应定律、安培力、左手定则、牛顿第二定律、动量定理、全电路欧姆定律等知识，考查考生多角度、全方位综合分析问题的能力．

设任一时刻t ，两金属杆甲、乙之间的距离为x ，速度分别为v l 和v 2，经过很短的时间△t ，杆甲移动距离v 1△t ，杆乙移动距离v 2△t ，

回路面积改变

△S＝[(x一ν2△t)+ν1△t]l—lχ＝(ν1-ν2) △t

由法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势

E＝B△S/△t＝Bι(νl一ν2)

回路中的电流

i＝E／2 R

杆甲的运动方程

F—B l i＝ma

由于作用于杆甲和杆乙的安培力总是大小相等、方向相反，所以两杆的动量(t＝0时为0)等于外力F的冲量．

Ft＝mνl＋mν2

联立以上各式解得

ν1＝[Ft/m＋2R(F一ma)／B2l2]／2

ν2＝[Ft／m一2R(F一ma)／B2l2]／2

代入数据得移νl＝8.15 m／s，v2＝1.85 m／s

练习

1、．如图l ，ab 和cd 是位于水平面内的平行金属轨道，其电阻可忽略不计．af 之间连接一阻值为R 的电阻．ef 为一垂直于ab 和cd 的金属杆，它与ab 和cd 接触良好并可沿轨道方向无摩擦地滑动．ef 长为l ，电阻可忽略．整个装置处在匀强磁场中，磁场方向垂直于图中纸面向里，磁感应强度为B ，当施外力使杆ef 以速度v 向右匀速运动时，杆ef 所受的安培力为( A )．

R l vB A 2. R v B l B R l vB C 2 R

v B l D 2

图1 图2

2、如图2所示·两条水平虚线之间有垂直于纸面向里、宽度为d 、磁感应强度为B 的匀强磁场．质量为m 、电阻为R 的正方形线圈边长为L(L

A·线圈可能一直做匀速运动

B ．线圈可能先加速后减速

C ．线圈的最小速度一定是mgR ／B 2 L 2

D ．线圈的最小速度一定是)(2l d h g +-