电磁感应双杆切割问题.pdf

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1、课程研究电磁感应双杆切割问题周霁（江苏省睢宁高级中学江苏睢宁）摘要：在综合复习电磁感应章节时，很多同学都提出不会处理双杆切割问题，其涉及到知识点多、问题类型多样。为此，笔者以本文和大家共同探讨双杆切割问题，希望能给同学们些许帮助。关键词：双杆切割；电磁感应；安培力；合外力中图分类号：文献标识码：导体棒切割模型是电磁感应的重点，是高考题的常客，我们必须熟练应用，本文将就双杆切割问题的基本知识和遵循的基本规律，介绍解题的基本方法和基本思路，归纳常见的题型及主要关系，培养解决电磁感应中的切割类问题的能力。电磁感应中的切割类问题是电磁感应的基本问题，可以从四个常规角度：、研究对象的选取：可分为三种类型

2、，即单杆切割类、伪双杆切割和双杆切割类模型。其中单杆切割是基础模型。而伪双杆切割问题却是考察的重点，要求较高。伪即不是，很多类似问题中有双杆存在，但是真正切割的只为其一，而另一个往往是静止状态，可是很多同学分析这类问题时，随即采用右手定则，殊不知这是可怕的误区。双杆切割是难点，在近几年高考中有所降温，但能更好的诠释电磁感应的本质。、电磁学中的基本规律，法拉第电磁感应定律、楞次定律，而安培定则（对应直线电流）、安培定则（对应环线电流）、左手定则、右手定则的循环使用要求很高，本文中将逐题逐步说明其方法和技巧。这些规律对应的重点问题有：感应电流方向的判断、安培力方向的判断。、电路的基本规律，如闭合电

3、路欧姆定律，串、并联电路中电流、电压、电阻、功率关系等。此规律对应的重点问题是：等效电路图的得出、路端电压的求解。、力学规律，如运动学公式、牛顿运动定律、功能关系、动能定理、动量定理、动量守恒定律和能量守恒定律。此规律对应的重点问题有：正确的受力分析、牛顿第二定律理解、动能定理的应用。鉴于难点的突破，笔者将从以下双杆案例加以分析：一、伪双杆切割（笔者的“伪”字，是为了强调，即不是双杆切割，此类问题会导致学生犯错，尤其是左、右手定则的混淆。此题的导入希望会帮助学生区分）、如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨、间距为 ，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成。角完全相同的两金属棒、 分别垂

4、直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒质量均为，电阻均为 ，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度 ，棒在平行于导轨向上的力作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒恰好能够保持静止，取 ，问：（）通过棒的电流是多少，方向如何？（）棒受到的力多大？（）棒每产生 的热量，力做的功是多少？思路：明确物理情景：，斜面倾角为。，两棒相同，“棒恰好能够保持静止”这句话的重要含义，圆 读写算年第期文章编号：（）即 “ 伪”切割杆。我们应该用平衡关系： 。；匀速切割磁感线，它是电源，匀速运动：受合外力为零；利用， 求 利用求。再利用求功解析：（）棒受到的安培力棒在共点力作用下平衡，则 。

5、代人数据解得根据楞次定律可知，棒中的电流方向由至（）棒与棒受到的安培力大小相等对棒，由共点力平衡知 。代人数据解得 （）设在时间内棒产生 的热量，由焦耳定律知设棒匀速运动的速度大小为，其产生的感应电动势由闭合电路欧姆定律知由运动学公式知时间内，棒沿导轨的位移 力做的功 二、双杆切割、水平面双杆模型：如图所示，两足够长平行金属导轨固定在水平面上，匀强磁场方向垂直导轨平面向下，金属棒、与导轨构成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动，两金属棒、的质量之比为：用一沿导轨方向的恒力水平向右拉金属棒，经过足够长时间以后（）金属棒、都做匀速运动丑金属棒上的电流方向是由厶向金属棒所受安培力的大小 等于两金属棒间距离

6、保持不变图解析：对两金属棒、进行受力和运动分析可知，两金属棒最终将做加速度相同的匀加速直线运动，且金属棒速度小于金属棒速度，所以两金属棒间距离是变大的，由楞次定律判断金属棒 上的电流方向是由到，、错误，正确；以两金属棒整体为研究对象有：，隔离金属棒 分析女，可求得金属棒所受安培力的大小，正确；因此答案选、。竖直面双杆模型：如图所示，两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计两质量、长度均相同的导体棒、，置于边界水平的匀强磁场上方同一高度处磁场宽为，方向与导轨平面垂直先由静止释放 ： ，刚进入磁场即匀速运课程研究动，此时再由静止释放，两导体棒与导轨始终保持良好接触用表示的加速度，表示的动能，、分别

7、表示、相对释放点的位移。下列图中正确的是（）为加速度减小的减速运动，该阶段减小；，离开磁场做匀加速直线运动，错对。答案：随均匀增加，综上分析，关于双杆切割，属于电磁感应中较复杂问题，笔者在此归、一。 一上一图解析：的运动过程分为四个阶段： ，自由落体运动，。；。，进入磁场匀速下落，速度。 ；此时自由落体运动，其平均速度：下饿下落高度，此过程中； 。，、均在磁场中，。，回路中无感应电流，只受重力，；。，离开磁场，。 。依据上述分析，错误，正确的运动过程也可分为四段：，自由落体，；。该阶段对 运动的阶段，两者均做加速度为的匀加速运动，； ，该阶段对应着运动的阶段，受重力和方向竖直向上的安培力；由进

8、入磁场匀速运动知，皇：，故该阶段开始时粤 ，可 知做 减 速 且纳了以下常见模型，以供读者参考。类型一：初速度不为零，不受其它水平外力的作用光滑的丰行导轨光潸的不等距导轨示意酉贡量码二：、蓖，杆， 激变减速运动轩做交加速运动，稳定时两杆的加速建均为零两轩的速囊鲒论稳定时，两杆的加速受均为零，相等的速之比曲 度匀速透动一一一一一的作用光滑妁平行导轨不 匕滑的卓行导轨下意茁一一丁一图一慷（，）开始时两杆激交加速运动：稳定时，两轩开始时，若，则， 杆先变加速后结论 相同盼加速度故匀麦速运动匀速运静；若，杆生变加速詹两轩漱匀速运动综上所述，杆切割棒问题是力、电、磁和热的综合，往往一道试题包含法拉第电磁感应定律、牛顿运动定律、力的平衡、功能关系、动量定理等多个知识点的综合应用。处理这类问题必须熟练掌握相关的知识和规律， 还要求有较高的分析能力、逻辑推断能力，以及综合运用知识解决问题的能力等。杆切割问题既是高中物理教学的重要内容，又是高考的重点和热点问题。同学们在复习过程中若能进行归类总结，再演绎推广，驾驭知识的能力将会有效的提升。通过以上问题的分类研究与归纳，其内在的规律与联系进一步完善，同学们能更熟练处理此类问题，直达高考。 读写算年第期皿