2019-2020年高考物理復(fù)習(xí) 專題09 電磁感應(yīng)中的滑桿問題易錯點.doc
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2019-2020年高考物理復(fù)習(xí) 專題09 電磁感應(yīng)中的滑桿問題易錯點.doc
2019-2020年高考物理復(fù)習(xí) 專題09 電磁感應(yīng)中的滑桿問題易錯點
主標(biāo)題:電磁感應(yīng)中的滑桿問題易錯點
副標(biāo)題:剖析考點規(guī)律,明確高考考查重點,為學(xué)生備考提供簡潔有效的備考策略。
關(guān)鍵詞:電磁感應(yīng)
難度:3
重要程度:5
內(nèi)容:熟記易混易錯點。
易錯類型:不會處理“雙滑桿”的運動問題
“雙滑桿”問題就是兩根滑桿在磁場的運動問題,它包括以下三種常見的類型:兩滑桿在水平導(dǎo)軌上運動、兩滑桿沿豎直導(dǎo)軌運動、兩滑桿在斜面導(dǎo)軌上運動。在高考中,這類題一般是以大題的形式出現(xiàn),涉及的知識比較廣,一般需要綜合力的平衡、動能定理、能量守恒定律以及電磁感應(yīng)等知識才能正確解答。解題時,首先要分析兩滑桿的運動狀態(tài)、平衡狀態(tài)等力學(xué)問題,然后再分析兩滑桿組成的電路問題,最后再分析兩桿的能量關(guān)系。
37
R
a
b
c
d
l
B1
B2
F
例 如圖所示,兩條間距為l=1 m的光滑金屬導(dǎo)軌制成傾角為37的斜面和水平面,上端用阻值為R=4 Ω的電阻連接。在斜面導(dǎo)軌區(qū)域和水平導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)分別有垂直于斜面和水平面的勻強磁場B1 和B2,且B1 =B2=0.5 T。ab和cd是質(zhì)量均為m=0.1 kg,電阻均為r=4 Ω的兩根金屬棒,ab置于斜面導(dǎo)軌上,cd置于水平導(dǎo)軌上,均與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。已知t=0時刻起,cd棒在外力作用下開始水平向右運動(cd棒始終在水平導(dǎo)軌上運動),ab棒受到沿斜面向上的力F=0.6-0.2t(N)的作用,處于靜止?fàn)顟B(tài)。不計導(dǎo)軌的電阻。試求:
(1)流過ab棒的電流強度Iab隨時間t變化的函數(shù)關(guān)系;
(2)分析并說明cd棒在磁場B2中做何種運動;
(3)t=0時刻起,1 s內(nèi)通過cd棒的電量q;
(4)若t=0時刻起,1.2 s內(nèi)作用在cd棒上外力做功為W=16 J,則這段時間內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱QR多大?
【易錯】不會在大量題目已知信息中抓住“ab棒處于靜止?fàn)顟B(tài)”這一條件來求流過ab棒的電流以及cd棒的運動狀態(tài),以致得出錯誤答案。對電路分析錯誤,而將兩桿的電阻當(dāng)成電源的內(nèi)阻,混淆了電源電動勢與路端電壓,從而解題出錯。不會利用能量守恒定律來求解,將題目復(fù)雜化,增加了出錯的幾率。
【解析】(1)根據(jù)題意可知,ab棒靜止在斜面上,根據(jù)力的平衡可知
FA =B Iab l ①
F+FA=mgsin 37
聯(lián)立①②式并代入數(shù)據(jù)解得 ②
Iab=0.4t(A) ③
(2)因為金屬棒ab與電阻R并聯(lián)在電路中,所以cd棒上電流為
Icd=2Iab=0.8t(A) ④
回路中電源電動勢為
E=Icd R總 ⑤
由于cd棒切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,則
E=Blv ⑥
聯(lián)立④⑤⑥式解得cd棒的速度為
v=9.6t ⑦
由⑦式可知,cd棒的速度與時間成正比,故cd棒做初速為零的勻加速直線運動。
(3)由⑦式可知,cd棒的加速度為a=9.6 m/s2,在1 s內(nèi)的位移為
s=at2=9.612 m=4.8 m ⑧
在1 s內(nèi)的平均電流為
⑨
聯(lián)立⑧⑨解得
q=t==0.4 C ⑩
(4)由⑦式可知,在t=1.2 s時,cd棒的速度為
v=at=11.52 m/s
根據(jù)動能定理可得
W-W安=mv2-0
聯(lián)立式可得,在1.2 s內(nèi)克服安培力做功為
W安=(16-0.111.522)J=9.36 J
所以回路中產(chǎn)生的焦耳熱為
Q=W安=9.36 J
根據(jù)功率的公式可知,電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為
QR==2.34 J
【點評】處理這類題目時,一般都需要對桿進行受力分析,以此為解題的切入點,并且還需綜合利用功和能的觀點、動量的觀點。