高中物理“通电导体”在磁场中的“直线运动”（通用）.doc

“通电导体”在磁场中的“直线运动”—’08备考综合热身辅导系列山东平原一中魏德田253100在这里,所谓“通电导体”,指处于磁场当中通电的导线、棒、圆环、线圈等等。我们知道,“通电导体”(下文多称“通导”)在磁场中往往受到磁场的安培力,若再加之于重力、外力等,则形成合力。从而,可产生各种形式的运动(包括静止)或形变。若合力具有功和冲量,则必然地伴随着能量、动量的变化。因此,解决此类综合问题均宜运用磁场的基本概念和规律,再联系已学过的力、电、热学等知识,才能较好的予以分析和解决。下面,先来讨论“通导”在磁场中的直线运动。解题依据解决此类问题,试归纳为以下几条“依据”:㈠判断“磁强”(或磁场)方向,用安培定则。㈡欲求安培力F的大小:①用公式F=BILsinθ(或F=BIL),②间接用力学规律等。㈢判断F的方向,用左手定则。⑴若B、I、F“两两垂直”,则B正向穿入手掌;I、F分别与四指、大指同向。若B、I仅有之一变化方向,则F随之改变。或者用F总垂直于B、I所决定的平面判断。⑵若B与I不垂直,则正交分解B(或I),再取B与I的垂直分量,作为“两两垂直”对待。㈣关于“通导”的三种运动状态,“平衡”(详见前文)、“加速运动”和“转动”等,宜分别用“平衡条件”、“牛顿定律和运动方程”、“曲线运动规律”和“力矩知识”等处理。㈤若仅有安培力对“通导”做正功,则机械能增加;而电源的电(势)能减少,其量值等于电流做的功(直流电路最终导致系统“内能变化”)与“通导”机械能的增加之和;反之,则反之。当涉及功率时,作类似处理即可。㈥机械力、安培力的“合力”与速度方向的关系,共同决定了“通导”的运动轨迹、加(或减)速;而功量、冲量的计算以及动量、动能等变化问题,则分别用动量定理、动能定理等解决。㈦若满足相应条件,则宜用系统能量、动量、质量、电荷等守恒定律。不尽之处,请参考力学、电场、恒定电流、磁场等内容。二、解题示例[例题1](’03上海)如图—1所示,OACO为置于水平面内的光滑闭合金属导轨,O、C处分别接有短电阻丝(图中粗线表法),R1=4Ω、R2=8Ω(导轨其它部分电阻不计)。导轨OAC的形状满足方程(单位:m)。磁感强度B=。一足够长的金属棒在水平外力F作用下,以恒定的速率v=,棒与导思接触良好且始终保持与OC导轨垂直,不计棒的电阻。求:(1)外力F的最大值;(2)金属棒在导轨上运动时电阻丝R1上消耗的最大功率;(3)在滑动过程中通过金属棒的电流I与时间t的关系。[解析][⑴首先,由“依据”㈡、㈢可知,在“通导”匀速运动的全过程中,安培力FB与外力Fmax始终保持平衡。从而,应用“依据”㈣(即平衡条件)可得图—1又,由数学可知,当即时,曲线有极大值,亦即联立①②③④式,再代入已知数据,即可求出⑵其次,只应用功率公式,即可解得⑶然后,显见金属棒的“有效切割长度”L应满足方程同时,我们很容易写出以下两式最后,再联立③⑤⑥⑦式,求出滑动过程中金属棒内的电流I与时间t的关系为[点拨]此例为安培力作用下“通导”的匀速运动问题。欲求正确的结果,需综合运用力学、电学的许多重要概念和规律,但最值得强调的是,三角函数知识在解题过程中发挥了极其重要的作用。[例题2](’06北京)磁流体推进船的动力来源于电流与磁