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电磁用力学观点解决电磁理由

收藏本文 2024-03-28 点赞:13466 浏览:58125 作者:网友投稿原创标记本站原创

解决电磁问题,主要以力学思路为主线,突出场的性质和电磁感应现象中的规律,具体采用的途径有:1.动力学观点(牛顿运动定律和运动学公式);2.动量观点(动量定理、动量守恒定律);

3.能量观点(动能定理、能的转化和守恒定律).

有关这部分内容的高考命题,题目一般变化情况复杂,综合性强,多以把场的性质、运动学规律、牛顿运动定律、功能关系等知识有机地结合在一起,对考生的空间想象能力、物理过程和运动规律的综合分析能力,以及用数学方法解决物理问题的能力要求较高,在复习中要高度重视,强化训练.
解决电磁问题的基本思路往往是应用力学知识解决电磁学问题,并没有太多新的知识和方法,只是在处理此类问题时,物体的受力除受常规力(重力、弹力、摩擦力等)外,还受到场力.比如在电场中,带电体(或点电荷)还受到电场力(或库仑力);在磁场中,通电导体还受到安培力,运动电荷还受到洛伦兹力.我们要告诉考生在遇到此类问题时,不必惊慌,应该冷静下来思考,此类问题往往就是应用我们熟悉的力

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学知识进行解题.

一、应用动力学观点解决电磁学问题

问题的实质是动力学知识,即牛顿第二定律和运动学公式的应用.动力学两大类问题:①已知物体受力情况,确定运动情况;②反过来已知物体运动情况,确定受力情况.
基本思路为:
物体的加速度a把物体的受力情况和运动情况联系起来,起到纽带、桥梁的作用,所以求加速度是解决问题的关键.
例1:如图所示,两根相距L平行放置的光滑导电轨道,与水平面的夹角均为α,轨道间有电阻R,处于磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场中,一根质量为m、电阻为r的金属杆ab,由静止开始沿导电轨道下滑.设下滑过程中杆ab始终与轨道保持垂直,且接触良好,导电轨道有足够的长度,且电阻不计.(1)杆ab将做什么运动?(2)若开始时就给ab沿轨道向下的拉力F使其由静止开始向下做加速度为a的匀加速运动(a>gsinα),求拉力F与时间t的关系式.
解析:(1)金属杆受力如图所示:当杆向下滑动时,速度越来越大,安培力F安变大,加速度变小.随着速度的变大,加速度越来越小,ab做加速度越来越小的加速运动,最终加速度变为零,杆做匀速运动.
(2)经过时间t,ab杆的速度v=at
感应电流
由牛顿第二定律得:F+mgsinα-BILcosα=ma

二、应用动量观点解决电磁学问题

1. 应用动量定理解决电磁问题

通电直导线在磁场中要受到安培力的作用,速度发生变化,安培力随之变化.通常直导线(或线框)的运动为非匀变速直线运动,不能用牛顿定律结合运动学公式解题,而动量定理适用于非匀变速直线运动.在?驻t时间内安培力的冲量F·?驻t=BLI?驻t=BLq,式中的q是通过导体截面的电量.

2. 在电磁场中,只要系统满足动量守恒条件,对系统也可以应用动量守恒定律解题

例2:如图所示,在匀强磁场区域内与B垂直的平面中有两根足够长的固定金属平行导轨,在它们上面横放两根平行导体棒构成矩形回路,长度为L,质量为m,电阻为R,回路部分导轨电阻可忽略,棒与导轨无摩擦,且接触良好.开始时图中左侧导体棒静止,右侧导体棒具有向右的初速v0,试求两棒之间距离增长量x的上限.
分析:当右侧导体棒运动时,产生感应电动势,两棒中有感应电流通过,右侧导体棒受到安培力作用而减速,左侧导体棒受到安培力作用而加速.当它们的速度相等时,它们之间的距离最大.设它们的共同速度为v,则据动量守恒定律可得:
对于左侧导体棒应用动量定理可得:
BLIt=mv
所以,通过导体棒的电量:
点评:本题结合冲量公式F?驻t=BLI?驻t=BLq应用动量定理,使貌似复杂的电磁问题迅速得到解决.应用动量守恒定律和动量定理知识解题,是我们熟悉的力学知识.

三、应用能量观点解决电磁学问题

在解决电磁问题时,我们经常应用动能定理、机械能守恒定律、功能关系或能量守恒定律,所以我们必须熟练掌握.
动能定理:W总=?驻Ek
功能关系:W =?驻E
能量守恒:?驻E增=?驻E减
例3:如图所示,在倾角为θ的光滑斜面上,存在着两个磁感应强度相等的匀强磁场,方向一个垂直斜面向上,另一个垂直斜面向下,宽度为L.一个质量为m,边长也为L的正方形金属框以速度v进入磁场时,恰好做匀速直线运动.若ab边到达gg'与ff'中点位置时,线框又恰好做匀速直线运动,且设金属框电阻为R,则金属框从开始进入磁场到ab边到达gg'与ff'中点位置的过程中产生的热量是多少?
解析:设线框刚进入磁场时速度为v,则回路感应电动势和感应电流分别为:E1=BLv,I1=■.
线框ab边越过ff'后做初速度为v、加速度逐渐减小的加速运动.设当ab边到达gg'与ff'中点位置时速度为v2,则回路感应电动势和感应电流
设线框从刚进入磁场到边ab到达gg'与ff'中点位置的过程中产生的热量为Q,由能量转化与守恒定律得
电磁感应中的能量转化特点:外力克服安培力做功,把机械能或其他能量转化成电能;感应电流通过电路做功又把电能转化成其他形式的能(如内能).这一功能转化途径可表示为:
应用能量的知识解决难度较大的电磁问题,收到事半功倍的效果,使问题简单化了.
总而言之,电磁知识与力学知识联系非常紧密,应用熟悉的力学三大观点解决电磁问题,化难为易,通俗易懂.所以我们必须让学生熟练掌握力学知识,在备考中强化电磁知识的训练,找出它们之间的因果必然联系.学生在考场中如果遇到此类问题,就会得心应手.
责任编辑 罗峰

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