15年高考物理复习：解决电磁感应中切割问题.doc

15年高考物理复习：解决电磁感应中切割问题二、运用负反馈原理来解决导体杆切割磁感线的问题分为单杆切割和双杆切割(1)单杆切割磁感线1、单杆无电源思路：杆释放后下滑，此时具有加速度a，杆的速度从0开始增大v感应电动势E=BvL电流I=-安培力F=BIL，安培力总是阻碍相对运动，所以a，当杆的合外力为零时，加速度为零，此时速度不再变化，保持这个最大速度运动，这之前杆做加速度逐渐减小的加速运动。这一过程中，杆的速度越大，安培力对杆的阻碍作用就越大，即为负反馈原理，解决关键在于最终杆的加速度为零。例2、如图所示，竖直平面内有足够长的金属导轨，轨距0.2m，金属导体ab可在导轨上无摩擦地上下滑动，ab的电阻为0.4，导轨电阻不计，导轨ab的质量为0.2g，垂直纸面向里的匀强磁场的磁应强度为0.2T，且磁场区域足够大，当ab导体自由下落0.4s时，突然接通电键K，则：(1)试说出K接通后，ab导体的运动情况。(2)ab导体匀速下落的速度是多少？(g取10m/s2 )解析：(1)闭合K之前导体自由下落的末速度为v0=gt=4m/sK闭合瞬间，导体产生感应电动势，回路中产生感应电流。ab立即受到一个竖直向上的安培力：FA=BIL=-FA=0.016mg 此刻导体棒所受到合力的方向竖直向上，与初速度方向相反，加速度的表达式为：a=-=-g 所以，ab做竖直向下的加速度逐渐减小的变减速运动。当速度减小至FA=mg时，ab做竖直向下的匀速运动。(2)设竖直向下的速度为v，此时BIL=- vm=-=0.5m/s(完毕)2、回路中本身存在一个电源，单杆切割磁感线，思路： S闭合，杆受到安培力F=-，此时a=-，棒的速度v感应电动势BvL电流I安培力F=BIL加速度a当安培力F=0(a=0)时v最大。在这之前杆一直在做加速度逐渐减小的加速运动。此为一个负反馈的过程，即随着杆速度的增加，感应电动势使自身的电流减小。解决关键在于最终杆的加速度为零。例3、如图，水平放置的光滑金属导轨M、N，平行地置于匀强磁场中，间距为 d，磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面垂直，金属棒ab的质量为m，电阻为r,放在导轨上且与导轨垂直，电源电动势为E，定值电阻为R，其余部分电阻不计。当电键K闭合瞬间，棒ab的加速度大小是多少？方向怎样？棒的最终速度是多少？解析：I=- F=BId F=ma a=- 方向向右当棒向右运动，切割磁感线，必然会产生感应电动势E'，依据右手定则，此电动势为下负上正，与原电源E反向，使回路中电流减小，但只要E'E=Bvdv=-为最终棒的速度