谈电磁感应中动生类问题
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇谈电磁感应中动生类问题范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
电磁感应动生类问题是历年高考的热点及重点.因为该类问题是力学和电学的综合应用，通过它可以考查考生综合运用知识的能力.笔者在高三的物理教学工作中发现，大部分教辅都把电磁感应问题分为电路问题、动力学问题、能量问题、图象问题.实际上，任何一个电磁感应题，一般都要涉及以上几种问题，以此来分类学生会觉得有些凌乱.对物理计算题，构建物理模型、进而确定过程模型才是解题的关键.因此本人在复习过程中尝试对导体从运动学的角度进行总结，引导学生熟练处理此类问题.
1.匀速直线运动类问题
例1如图1，顶角为90°的光滑金属导轨MON固定在水平面上，导轨MO、NO的长度相等，M、N两点间的距离l=2 m，整个装置处于磁感应强度大小B=0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场中.一根粗细均匀、单位长度电阻值r=0.5 Ω/m的导体棒在垂直于棒的水平拉力作用下，从MN处以速度v=2 m/s沿导轨向右匀速滑动，导体棒在运动过程中始终与导轨接触良好，不计导轨电阻，求：（1）导体棒刚开始运动时所受水平拉力F的大小；（2）开始运动后0.2 s内通过导体棒的电荷量q；（3）导体棒通过整个金属导轨的过程中产生的焦耳热Q.
解析（1）导体棒开始运动时，回路中产生的感应电动势E=Blv，
感应电流I=Elr=Bvr，
安培力F安=BIl，
由平衡条件得F=F安，
联立上式得F=B2lvr=2 N.
（2）由（1）问知，感应电流I=Elr=Bvr与导体棒切割的有效长度l无关，
感应电流大小I=Bvr=2 A，
故0.2 s内通过导体棒的电荷量
q=It=0.4 C.
（3）解法一：设导体棒经t时间沿导轨匀速向右运动的位移为x，
则t时刻导体棒切割的有效长度lx=l―2x，
由（1）问知，导体棒在导轨上运动时所受的安培力
F安=BIlx=B2vr（l―2x）=2―2x，
因安培力的大小F安与位移x成线性关系，故通过导轨过程中导体棒所受安培力的平均值
安=2+02 N=1 N，
产生的焦耳热Q=安・l2=1 J.
解法二：作出安培力大小随位移x变化的图象
图象与坐标轴围成面积表示导体棒克服安培力作功，也为产生的焦耳热Q=1 J.
2.变加速直线运动
例2如图3所示.两根竖直放在绝缘地面上的金属框架宽为L，磁感应强度为B的匀强磁场与框架平面垂直，一质量为m阻值为r的金属棒放在框架上，金属棒接触良好且无摩擦，框架上方串接一个定值电阻R，不计导轨电阻，试分析松手后金属棒在磁场中的运动情况？
解析松手后，金属棒在重力的作用下开始做自由落体运动，而物体一旦运动起来，棒就有切割磁感应线的速度，于是在U型框架中将形成逆时针方向的感应电流，此时导体棒又成了一段通电直导线，必然受到一个竖直向上的安培力作用，因此导体棒将在重力和安培力的共同作用下在竖直面内做变加速运动.
设经t时间导体棒达到速度v，此时导体棒的加速度为a，则由法拉第电磁感应定律得E=BLv，依闭合电路欧姆定律得I=ER+r，于是导体棒所受的安培力为F=BIL，依牛顿第二定律可得mg―BIL=ma，联立诸式可得a=g―B2L2vm.
观察a随v变化的关系式不难发现：导体棒做加速度逐渐减小的加度运动，当速度为0时，棒的加速度达最大值g，当棒的加速度为0时，棒有最大速度vm=mgB2L2，整个运动过程中导体棒的v―t曲线如图4所示.
3.变减速运动
例3一种高速运动设备的电磁制动系统，其原理可简化为以下模型：如图甲所示，质量为m=0.5 kg、电阻r=1.0 Ω的金属杆ab，跨接在宽度L=1.0 m的水平固定金属导轨上，导轨足够长，且电阻、摩擦均不计，导轨两端接有电阻，R1=1.5 Ω，R2=3.0 Ω.装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度B=1.0 T.杆从x轴原点o以水平初速度向右滑行直到停止.已知杆在整个运动过程中，v随位移x变化的关系如图乙所示.求：
（1）在杆的整个运动过程中，电阻R1产生的热量；
（2）已知整个运动过程中通过杆的电荷量为2.0 C.若要使产生1.0 J的热量，杆需向右移动的距离.
解析（1）电源等效电路如图，
R12=R1・R2R1+R2=1.5×31.5+3 Ω=1 Ω，
据能量守恒得电路产生的总热量
Q=12mv20=12×0.5×42 J=4 J.
由串并联关系可知
Q12Q=R12R12+r=12，
Q1Q12=R12R1=23.
在杆的整个运动过程中，电阻R1产生的热量Q1=13Q=43 J.
（2）电阻R1产生的热量Q1′=1 J时，由（2）解可知电路总热量为Q′=3Q′1=3 J.
因为Q′=12mv20―12mv2
（v为移动x距离时的瞬时速度）
解得v=2 m/s.
又由于q=Δt、=R12+r、=ΔΦΔt、ΔΦ=BLx，
所以x=q（R12+r）BL.
全过程xm=qm（R12+r）BL
=2×（1+1）1.0×1.0 m=4 m.
由图象有v0xm=v0―vx，
解得：要产生1.0 J的热量，杆需向右移动的距离x=2 m.