導體棒做切割磁感線運動模型是高考的重點,也是一個難點,這是一個動態變化過程,涉及的知識點很多(動力學、功能關系、電磁知識等),一般過程也比較復雜,解題關鍵在于分析運動過程,知道各個物理量的變化關系,從而列出等式進行求解,下面以具體例子對模型進行介紹。
基本模型的分類
模型分兩類,一類是給棒施加恒力,另一類是給棒一初速度,本次只介紹給棒一初速度的情況。
典型例題
1、如圖所示,在豎直向下的磁感應強度為B=1.0 T的勻強磁場中,兩根足夠長的平行光滑金屬軌道MN、PQ固定在水平面內,相距為L=0.4 m。一質量為m=0.2 kg、電阻R0=0.5 Ω的導體棒ab垂直于MN、PQ放在軌道上,與軌道接觸良好。若軌道左端P點接一電動勢為E=1.5 V、內阻為r=0.1 Ω的電源和一阻值R=0.3 Ω的電阻。軌道左端M點接一單刀雙擲開關K,軌道的電阻不計。求:
(1)單刀雙擲開關K與1閉合后導體棒運動穩定時的最大速度vm;
(2)導體棒運動穩定后,單刀雙擲開關K與1斷開,然后與2閉合,求此后在電阻R上產生的電勢QR和導體棒前沖的距離x。
解析:(1)單刀雙擲開關K與1閉合后導體棒運動穩定時產生的感應電動勢E感=BLVm=E=1.5 V.
解得Vm=3.75 m/s。
(2)單刀雙擲開關K與2閉合后,導體棒在向左的安培力作用下最后停止,設電路中產生的總電熱為Q,由能量守恒可得:
2、如圖所示,間距為L的兩條足夠長的光滑平行金屬導軌MN、PQ與水平面夾角為30°,導軌的電阻不計,導軌的N、Q端連接一阻值為R的電阻,導軌上有一根質量一定、電阻為r的導體棒ab垂直導軌放置,導體棒上方距離L以上的范圍存在著磁感應強度大小為B、方向與導軌平面垂直向下的勻強磁場.現在施加一個平行斜面向上且與棒ab重力相等的恒力,使導體棒ab從靜止開始沿導軌向上運動,當ab進入磁場后,發現ab開始勻速運動,求:
(1)導體棒的質量;
(2)若進入磁場瞬間,拉力減小為原來的一半,求導體棒能繼續向上運動的最大位移
解析: (1)棒在磁場中勻速運動時:
(2)若進入磁場瞬間使拉力減半,則:F=mg/2,相當于沿斜面方向相不受外力,故做加速度減小的減速運動,取沿斜面向上為正方向,由動量定理有: