【】“導(dǎo)體單棒”模型分析與應(yīng)對(duì)策略

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1、“導(dǎo)體單棒”模型分析與應(yīng)對(duì)策略2012年第1期河北理科教學(xué)研究問(wèn)題討論“導(dǎo)體單棒”模型分析與應(yīng)對(duì)策略廣西壯族自治區(qū)合浦師范學(xué)校鄒平536100在磁場(chǎng)中，導(dǎo)體棒在平面導(dǎo)軌上滑動(dòng)切割磁感線，導(dǎo)體棒中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),閉合電路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁場(chǎng)又會(huì)對(duì)導(dǎo)體棒施加安培力作用，影響導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)?從導(dǎo)體棒所在的導(dǎo)軌模型上看有平面導(dǎo)軌，斜面導(dǎo)軌，豎直導(dǎo)軌等?導(dǎo)體棒因涉及受力分析，牛頓運(yùn)動(dòng)定律，動(dòng)量定理，能量守恒定律,閉合電路的歐姆定律等主干知識(shí)，綜合性強(qiáng),利于考查學(xué)生的各種能力,命題形式也較為靈活，所以在強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)，突出主干，考查能力的新課程改革不斷深化的背景下,導(dǎo)體棒自然就成為電磁場(chǎng)綜合命題中的一大

2、熱點(diǎn)?本文著重討論2011年高考中出現(xiàn)的導(dǎo)體單棒模型進(jìn)行分析歸納，希望對(duì)2012年高考復(fù)習(xí)有所幫助.1導(dǎo)體單棒在平面導(dǎo)軌中運(yùn)動(dòng)模型例1(2011年浙江卷理綜）如圖1所示,在水平面上固定有長(zhǎng)為L(zhǎng)=2m,寬為d=lm的金屬““型軌導(dǎo)，在從型導(dǎo)軌右側(cè)Z=0.5m范圍內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，但磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖20.40.30.20.1圖101324圖2所示?在t=0時(shí)刻，質(zhì)量為m=0.1kg的導(dǎo)體棒以?=lln/S的初速度從導(dǎo)軌的左端開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為=0.1,導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒單位長(zhǎng)度的電阻均為=0.1O/m，不計(jì)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的接觸電阻及地球磁場(chǎng)的影響

3、(取g=10m/s2).(1)通過(guò)計(jì)算分析4s內(nèi)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況；(2)計(jì)算4s內(nèi)回路中電流的人小，并判斷電流方向；(3)計(jì)算4s內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱.解析:(1)根據(jù)題意有，導(dǎo)體棒先在無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域做勻減速運(yùn)動(dòng)，有一mg=ma(l),6=0+at(2)=0+去at2(3),聯(lián)立⑴⑵⑶,代人數(shù)據(jù)解得t=ls尸0.5m.導(dǎo)體棒沒(méi)有進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域?導(dǎo)體棒在Is末已經(jīng)停止運(yùn)動(dòng)，以后一直保持靜止，離左端位置仍為=0.5m.⑵前2s磁通量不變，回路電動(dòng)勢(shì)和電流分別為E=0,，=0;后2s回路產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為E==zdAB=O.IV;回路的總長(zhǎng)度為5m,因此冋路的總電阻為=5=0.5Q;電流為尸詈=0.2A,

4、根據(jù)楞次定律，在回路中的電流方向是順時(shí)針?lè)较?(3)前2s電流為零，后2s有恒定電流，焦耳熱為q=12Rt=0.04J.點(diǎn)評(píng):在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的"導(dǎo)體單棒”受到的安培力，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中變速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體棒受的安培力也隨速度（電流）變化,變速運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度可用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解，要畫好受力圖，抓住a=0吋，速度達(dá)最大值的特點(diǎn);在解題時(shí)涉及始,末狀態(tài)，還有力和作用時(shí)間的;涉及始，末狀態(tài)，述有力和?31?2012年第1期河北理科教學(xué)研究問(wèn)題討論位移的，以及熱量問(wèn)題應(yīng)盡量應(yīng)用動(dòng)能立律與能的轉(zhuǎn)化和守恒定律解決?本題考查電磁感應(yīng)的規(guī)律和電磁感應(yīng)與力學(xué)的綜合.分析與力學(xué)綜合問(wèn)題時(shí)，可把問(wèn)題分解成兩

5、部分:電學(xué)部分與力學(xué)部分來(lái)處理?電學(xué)部分思路是將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的部分電路等效成電源,畫出等效電路圖，應(yīng)用歐姆定律來(lái)處理.2導(dǎo)體單棒在豎直導(dǎo)軌屮運(yùn)動(dòng)模型例2（2011年全國(guó)卷理綜）如圖3所示,兩根足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌口6,cd豎直放置，導(dǎo)軌間距離為電阻不計(jì)?在導(dǎo)軌上端并接兩個(gè)額定功率均為P,電阻均為R的小燈泡.圖3整個(gè)系統(tǒng)置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與導(dǎo)軌所在平而垂直?現(xiàn)將一質(zhì)量為m,電阻可以忽略的金屬棒IV從圖示位置由靜止開(kāi)始釋放?金屬棒下落過(guò)程屮保持水平，且與導(dǎo)軌接觸良好?已知某時(shí)刻后兩燈泡保持正常發(fā)光?重力加速度為g.求：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。虎茻襞菡０l(fā)光時(shí)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)速解析:(1)設(shè)

6、小燈泡的額定電流,?,有,.7,由題意，在金屬棒沿著導(dǎo)軌豎直下落的某時(shí)刻后，小燈泡保持正常發(fā)光，流經(jīng)MN的電流為尸2,0,此時(shí)刻金屬棒MN所受的重力和安培力相等，下落的速度達(dá)到最人值，有mg=BLI,聯(lián)立上血三式得B=??mgC-Fk2P￡'⑵設(shè)燈泡正常發(fā)光時(shí)，導(dǎo)體棒的速率為二由電磁感應(yīng)定律與歐姆定律得E=932?BL,又有E:RI.，聯(lián)立上式得:CPR上J"mg，點(diǎn)評(píng):本題是導(dǎo)體單棒在豎直導(dǎo)軌中運(yùn)動(dòng)模型，考查電磁感應(yīng)與力學(xué),電路的綜合問(wèn)題，屬于常規(guī)題，從導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況來(lái)看，屬于一根導(dǎo)體棒的'，運(yùn)動(dòng)——發(fā)電——電流——運(yùn)動(dòng)”類型，自由釋放的金屬棒MN,下落過(guò)程中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，回路中形

7、成電流,金屬棒MN受到安培力作用，影響金屬棒的運(yùn)動(dòng)?解決該類問(wèn)題的關(guān)鍵是對(duì)導(dǎo)體或者是閉合冋路的局部進(jìn)行正確的受力分析,列岀動(dòng)力學(xué)或者靜力學(xué)方程.3導(dǎo)體單棒在斜面導(dǎo)軌中運(yùn)動(dòng)模型例3(2011年上海卷物理)如圖4所示,電阻可忽略的光滑平行金屬導(dǎo)軌2012年第1期河北理科教學(xué)研究問(wèn)題討論正確的解答.解析：(1)下滑過(guò)程中安培力的功即為在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱，由于R=3i?，因此QR=3Q=0.3J,得安=Q=Q+Q,0.4J.(1)金屬棒下