電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的桿+導(dǎo)軌模型專題教案

1、第1頁電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的“桿導(dǎo)軌導(dǎo)軌”模型專題模型專題解決電磁感應(yīng)電路問題的關(guān)鍵就是借鑒或利用相似原型來啟發(fā)理解和變換物理模型，即把電磁感應(yīng)的問題等效轉(zhuǎn)換成穩(wěn)恒直流電路，把產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體等效為內(nèi)電路.感應(yīng)電動勢的大小相當于電源電動勢.其余部分相當于外電路，并畫出等效電路圖.此時，處理問題的方法與閉合電路求解基本一致，惟一要注意的是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，有時導(dǎo)體兩端有電壓，但沒有電流流過，這類似電源兩端有電勢差但沒有接

2、入電路時，電流為零。變換物理模型，是將陌生的物理模型與熟悉的物理模型相比較，分析異同并從中挖掘其內(nèi)在聯(lián)系，從而建立起熟悉模型與未知現(xiàn)象之間相互關(guān)系的一種特殊解題方法.巧妙地運用“類同”變換，“類似”變換，“類異”變換，可使復(fù)雜、陌生、抽象的問題變成簡單、熟悉、具體的題型，從而使問題大為簡化.電磁感應(yīng)現(xiàn)象部分的知識歷來是高考的重點、熱點，出題時可將力學(xué)、電磁學(xué)等知識溶于一體，能很好地考查學(xué)生的理解、推理、分析綜合及應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能

3、力通過近年高考題的研究，此部分每年都有“桿導(dǎo)軌”模型的高考題出現(xiàn)。一、命題演變一、命題演變“桿導(dǎo)軌”模型類試題命題的“基本道具”：導(dǎo)軌、金屬棒、磁場，其變化點有：1導(dǎo)軌導(dǎo)軌（1）導(dǎo)軌的形狀：常見導(dǎo)軌的形狀為U形，還可以為圓形、三角形、三角函數(shù)圖形等；（2）導(dǎo)軌的閉合性：導(dǎo)軌本身可以不閉合，也可閉合；（3）導(dǎo)軌電阻：不計、均勻分布或部分有電阻、串上外電阻；（4）導(dǎo)軌的放置：水平、豎直、傾斜放置等等[例1]（2003上海22）如圖1所示，O

4、ACO為置于水平面內(nèi)的光滑閉合金屬導(dǎo)軌，O、C處分別接有短電阻絲（圖中粗線表法），R1=4Ω、R2=8Ω（導(dǎo)軌其它部分電阻不計）導(dǎo)軌OAC的形狀滿足方程y=2sin（x）（單位：m）磁感強度B=0.2T的勻強磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面一足夠長的金屬棒在水平3?外力F作用下，以恒定的速率v=5.0ms水平向右在導(dǎo)軌上從O點滑動到C點，棒與導(dǎo)軌接觸良好且始終保持與OC導(dǎo)軌垂直，不計棒的電阻求：（1）外力F的最大值；（2）金屬棒在導(dǎo)軌上運動時電阻

5、絲R1上消耗的最大功率；（3）在滑動過程中通過金屬棒的電流I與時間t的關(guān)系解析：本題難點在于導(dǎo)軌呈三角函數(shù)圖形形狀，金屬棒的有效長度隨時間而變化，但第（1）（2）問均求的是某一狀態(tài)所對應(yīng)的物理量，降低了一定的難度解第（3）問時可根據(jù)條件推導(dǎo)出外力F的表達式及電流I與時間t的關(guān)系式，由三角函數(shù)和其他條件求出需要的量即可第3頁二、模型轉(zhuǎn)換二、模型轉(zhuǎn)換電磁感應(yīng)現(xiàn)象考查的知識重點是法拉第電磁感應(yīng)定律，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律的表達式，有下列四個模

6、型轉(zhuǎn)換：tBSntnE???????)(1B變化，變化，S不變不變（1）B均勻變化均勻變化①B隨時間均勻變化如果B隨時間均勻變化，則可以寫出B關(guān)于時間t的表達式，再用法拉第電磁感應(yīng)定律解題，如例2第（1）問②B隨位置均勻變化B隨位置均勻變化的解題方法類似于B隨時間均勻變化的情形（2）B非均勻變化非均勻變化B非均勻變化的情況在高中并不多見，如例2第（3）問如果題目給出了B非均勻變化的表達式，也可用后面給出的求導(dǎo)法求解[例2]（2000上海

7、23）如圖2所示，固定于水平桌面上的金屬框架cdef，處在豎直向下的勻強磁場中，金屬棒ab擱在框架上，可無摩擦滑動此時abed構(gòu)成一個邊長為l的正方形，棒的電阻為r，其余部分電阻不計開始磁感強度為B0（1）若從t=0時刻起，磁感強度均勻增加，每秒增量為k，同時棒保持靜止求棒中的感應(yīng)電流在圖上標出感應(yīng)電流的方向；（2）在上述（1）情況中，始終保持棒靜止，當t=t1末時需加的垂直于棒的水平拉力為多大？（3）若t=0時刻起，磁感強度逐漸減小，

8、當棒以恒定速度v向右做勻速運動時，可使棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，則磁感強度應(yīng)怎樣隨時間變化（寫出B與t的關(guān)系式）？解析：將加速度的定義式和電磁感應(yīng)定律的表達式類比，弄清k的物理意義，寫出可與相對照的B的表達atvvt??0式；第（3）問中B、S均在變化，要能抓住產(chǎn)生ktBB??0感應(yīng)電流的條件（①回路閉合；②回路中有磁通量的變化）解題（1）磁感強度均勻增加，每秒增量為k，得ktB???∵感應(yīng)電動勢2SkltBtE????????dab圖2eB