电磁感应中的单杆问题

电磁感应中的“双杆问题”

电磁感应中“双杆问题”是学科内部综合的问题，涉及到电磁感应、安培力、牛顿运动定律和动量定理、动量守恒定律及能量守恒定律等。要求学生综合上述知识，认识题目所给的物理情景，找出物理量之间的关系，因此是较难的一类问题，也是近几年高考考察的热点。 下面对“双杆”类问题进行分类例析 1.“双杆”向相反方向做匀速运动

当两杆分别向相反方向运动时，相当于两个电池正向串联。

[例] 两根相距d=0.20m的平行金属长导轨固定在同一水平面内，并处于竖直方向的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B=0.2T，导轨上面横放着两条金属细杆，构成矩形回路，每条金属细杆的电阻为r=0.25Ω，回路中其余部分的电阻可不计。已知两金属细杆在平行于导轨的拉力的作用下沿导轨朝相反方向匀速平移，速度大小都是v=5.0m/s，如图所示，不计导轨上的摩擦。

（1）求作用于每条金属细杆的拉力的大小。

（2）求两金属细杆在间距增加0.40m的滑动过程中共产生的热量。

解析：（1）当两金属杆都以速度v匀速滑动时，每条金属杆中产生的感应电动势分别为： E1=E2=Bdv

由闭合电路的欧姆定律，回路中的电流强度大小为：

因拉力与安培力平衡，作用于每根金属杆的拉力的大小为F1=

电磁感应双杆问题（排除动量范畴）

1.导轨间距相等

例3. （04广东）如图所示，在水平面上有两条平行导电导轨MN、PQ，导轨间距离为l。匀强磁场垂直于导轨所在平面（纸面）向里，磁感应强度的大小为B。两根金属杆1、2摆在导轨上，与导轨垂直，它们的质量和电阻分别为m1、m2和R1、R2，两杆与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数为?。已知：杆1被外力拖动，以恒定的速度?0沿导轨运动，达到稳定状态时，杆2也以恒定速度沿导轨运动，导轨的电阻可忽略。求此时杆2克服摩擦力做功的功率。

解法1：设杆2的运动速度为v，由于两杆运动时，两

M 2

杆间和导轨构成的回路中的磁通量发生变化，产生感

1 N 应电动势 E?Bl(v0?v) ①

E感应电流 I? ②

R1?R2v

杆2作匀速运动，它受到的安培力等于它受到的摩擦力，BlI??m2g ③ 导体杆2克服摩擦力做功的功率 P??m2gv ④ 解得 P??m2g[v0??m2gBl22(R1?R2)] ⑤

解法2：以F表示拖动杆1的外力，以I表示由杆1、杆2和导轨构成的回

电磁感应中“滑轨”问题归类例析

一、“单杆”滑切割磁感线型

1、杆与电阻连接组成回路

例1、如图所示，MN 、PQ 是间距为L 的平行金属导轨，置于磁感强度为B 、方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中，M 、P 间接有一阻值为R 的电阻．一根与导轨接触良好、阻值为R ／2的金属导线ab 垂直导轨放置

（1）若在外力作用下以速度v 向右匀速滑动，试求ab 两点间的电势差。

（2）若无外力作用，以初速度v 向右滑动，试求运动过程中产生的热量、通过ab 电量以

及ab 发生的位移x 。

例2、如右图所示，一平面框架与水平面成37°角，宽L=0.4 m ，上、下两端各有一个电

阻R 0＝1 Ω，框架的其他部分电阻不计，框架足够长.垂直于框平面的方向存在向上的匀

强磁场，磁感应强度B ＝2T.ab 为金属杆，其长度为L ＝0.4 m ，质量m ＝0.8 kg ，电阻r

＝0.5Ω，棒与框架的动摩擦因数μ＝0.5.由静止开始下滑，直到速度达到最大的过程中，

上端电阻R 0产生的热量Q 0＝0.375J(已知sin37°＝0.6，cos37°=0.8；g 取10m ／s2)求：

(1)杆ab 的最大速度；

(2)从开始到速度最大的过程中ab 杆沿斜面下滑的距离；在该过程中通过ab

电磁感应中“滑轨”问题归类例析1

一、“单杆”滑切割磁感线型 例1、杆与电阻连接组成回路

例1、如图所示，MN、PQ是间距为L的平行金属导轨，置于磁感强度为B、方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中，M、P间接有一阻值为R的电阻．一根与导轨接触良好、阻值为R／2的金属导线ab垂直导轨放置 （1）若在外力作用下以速度v向右匀速滑动，试求ab两点间的电势差。

（2）若无外力作用，以初速度v向右滑动，试求运动过程中产生的热量、通过ab电量以及ab发生的位移x。

例2、如右图所示，一平面框架与水平面成37°角，宽L=0.4 m，上、下两端各有一个电阻R0＝1 Ω，框架的其他部分电阻不计，框架足够长.垂直于框平面的方向存在向上的匀强磁场，磁感应强度B＝2T.ab为金属杆，其长度为L＝0.4 m，质量m＝0.8 kg，电阻r＝0.5Ω，棒与框架的动摩擦因数μ＝0.5.由静止开始下滑，直到速度达到最大的过程中，上端电阻R0产生的热量Q0＝0.375J(已知sin37°＝0.6，cos37°=0.8；g取10m／s2)求：

(1)杆ab的最大速度；

(2)从开始到速度最大的过程中ab杆沿斜面下滑的距离；在该过程中通过ab的电荷量.

2012高考物理二轮专题复习：电磁感应中“单、双棒”问题归类例析

王佃彬

一、单棒问题：

1.单棒与电阻连接构成回路：

例1、如图所示，MN、PQ是间距为L的平行金属导轨，置于磁感强度为B、方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中，M、P间接有一阻值为R的电阻．一根与导轨接触良好、阻值为R／2的金属导线ab垂直导轨放置

（1）若在外力作用下以速度v向右匀速滑动，试求ab两点间的电势差。

（2）若无外力作用，以初速度v向右滑动，试求运动过程中产生的热量、通过ab电量以及ab发生的位移x。

2、杆与电容器连接组成回路

例2、如图所示, 竖直放置的光滑平行金属导轨, 相距l , 导轨一端接有一个电容器, 电容量为C, 匀强磁场垂直纸面向里, 磁感应强度为B, 质量为m的金属棒ab可紧贴导轨自由滑动. 现让ab由静止下滑, 不考虑空气阻力, 也不考虑任何部分的电阻和自感作用. 问金属棒的做什么运动？棒落地时的速度为多大？

3、杆与电源连接组成回路

例3、如图所示，长平行导轨PQ、MN光滑，相距l?0.5m，处在同一水平面中，磁感应强度B=0.8T的匀强磁场竖直向下穿过导轨面．横跨在导轨上的直导线ab的质量m =0.1kg、电阻R =0.8

电磁感应中的物理图象问题

1．（双选）一闭合金属环，处于与环面（即纸面）垂直且均匀变化的匀强磁场中，若磁场变化情况如图中的图像所示，则其中在0至t1秒内可使环中产生恒定电流的是（ BC ） 2．一环形线圈放在均匀磁场中，设在第1 秒内磁感线垂直于线圈平面向内，如图甲所示。若磁感强度B随时间 t 变化

的关系如图乙中实线所示，那么在第2 秒内线圈中感应电流的大小和方向是（ D ）

（A） 逐渐增加, 逆时针方向 （B） 逐渐减小 , 顺时针方向 （C） 大小恒定, 顺时针方向 （D） 大小恒定, 逆时针方向 3.如图3-9-12甲所示，一个由导体做成的矩形线圈，以恒定速率v运动，从无磁场区进入匀强磁场区，然后出来．若取反时针方向为电流正方向，那么图乙中的哪一个图线能正确地表示电路中电流与时间的函数关系？（ B ）

4．（05江西模拟）如图（甲）所示，两根竖直放置的光滑平行导轨，其中一部分处于方向垂直导轨所在平面并且有上下水平边界的匀强磁场中．一根金属杆MN保持水平沿轨道滑下（导轨电阻不计）．当金属杆MN进入磁场区域后，其运动的速度随时间变化的图线不可能是图（乙）中的（ B ）

M

5．一磁棒自远处匀速沿一圆形线圈

应强度大小相等、方向相反的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面，bc边与磁场的边界P重合.导线框与磁场区域的尺寸如图所示.从t＝0时刻开始线框匀速横穿两个磁场区域.以a→b→c→d→e→f为线框中有电动势的正方向.以下四个ε-t关系示意图中的是

ε

电磁感应中的图像问题

类型一 由给定的电磁感应过程选正确的图像

【金题1】（2007全国I、21）如图所示，LOO’L’为一折线，它所形成的两个角∠LOO’和∠OO’L’均为45º.折线的右边有一匀强磁场，其方向垂直OO’的方向以速度v做匀速直线运动，在t＝0时刻恰好位于图中所示的位置.以逆时针方向为导线框中电流的正方向，在下面四幅图中能够正确表示电流—时间(I—t)关系的是(时间以l/v为单位)

AC

【掘金分析】从初始位置开始，在第一段时间内切割的有效长度在逐渐变大，且电流方向为逆时针，按正方向规定，只有B、D符合要求.由B、D两项中第二段时间的图象是一样的，可以不再详细分析；在第三段时间内，线框已经有部分离开上面的磁场，切割的有效长度在减少，且电流方向为顺时针方向，所以只有D选项正确.【答案】 D

【金题2】（2007全国II、21）如图所示，在PQ、QR区域是在在着磁感

Q BDA.

l

【掘金分析】楞

专题 电磁感应中的图像问题

1．如图11所示，一闭合直角三角形线框以速度v匀速穿过匀强磁场区域．从BC边进入磁场区开始计时，到A点离开磁场区止的过程中，线框内感应电流的情况(以逆时针方向为电流的正方向)是如图12所示中的 [ ]

2．如图1-10-5所示，两竖直放置的平行光滑导轨处于垂直于导轨平面的匀强磁场中，金属杆ab与导轨接触良好并可沿导轨滑动，最初S断开。现让ab杆由静止开始下滑，经一段时间后闭合S，则从S闭合开始计时，ab杆的速度v随时间t的关系图可能是1-10-6图中的哪一个（ ）

图1-10-5

图1-10-6

3．如图所示，矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直低面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图所示.若规定顺时针方向为感应电流I的正方向，图各图中正确的是（ ）

A B C D

4.在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的

正方向如图甲所示，当磁场的磁感应强度B随时间t如图乙变化时，正确表示线圈中感应

一、单棒问题

阻尼式 电动式 基本模型 运动特点 最终特征 静止 a逐渐减小的减速运动 I=0 匀速 a逐渐减小的加速运动 发电式

二、含容式单棒问题

放电式 无外力充电式 有外力充电式

三、无外力双棒问题

基本模型 运动特点 最终特征 基本模型 运动特点 最终特征 I=0 (或恒定) 匀速 a逐渐减小的加速运动 I 恒定 a逐渐减小的加速运动 匀速运动 I＝0 a逐渐减小的减速运动 匀速运动 匀加速运动 I＝0 匀加速运动 I 恒定

无外力等距杆1做a渐小的加速运动 式 无外力不等杆1做a渐小的减速运动 距式 杆2做a渐小的加速运动

四、有外力双棒问题 有外力等距式 有外力 不等距式

题型一 阻尼式单棒 模型如图。

杆1做a渐小的加速运动 杆2做a渐大的加速运动 基本模型 运动特点 杆1做a渐大的加速运动 杆2做a渐小的加速运动 最终特征 杆2做a渐小的减速运动 v1=v2 I＝0 a＝0 I＝0 L1v1=L2v2 a1=a2，Δv 恒定 I 恒定 a1

1 导轨电路中的电容问题

1．两相互平行且足够长的水平金属导轨MN、PQ放在竖直平面内，相距0.4m，左端接有平行板电容器，板间距离为0.2m，右端接滑动变阻器R。水平匀强磁场磁感应强度为10T，垂直于导轨所在平面，整个装置均处于上述匀强磁场中，导体棒CD与金属导轨垂直且接触良好，棒的电阻为1Ω，其他电阻及摩擦不计。现在用与

2

金属导轨平行，大小为2N的恒力F使棒从静止开始运动。已知R的最大阻值为2Ω，g=10m/s。则：

⑴ 滑动变阻器阻值取不同值时，导体棒处于稳定状态时拉力的功

C 率不一样，求导体棒处于稳定状态时拉力的最大功率。 M N ⑵当滑动触头在滑动变阻器中点且导体棒处于 稳定状态时，一个带电小球从平行板电容器左侧，以某一速度沿两板的正中间且平行

R 于两极板射入后，在两极板间恰好做匀速直线运动；当滑动触头位F 于最下端且导体棒处于稳定状态时，该带电小球以同样的方式和速度射入，小球在两极板间恰好做匀速圆周运动，则小球的速度为多P Q D

大。

解：（1）当棒达到匀速运动时，棒受到的安培力F1与外力F相平衡，即

F=F1=BIL ① （1分）

此时棒产生的电动势E=BLv，则电路中的电流。

EBLvI