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高中物理电容器:单杆运动与电容的关联

2026-04-11 22:10:40教育资讯0

电磁问题里,单杆运动是难点,双杆运动也是难点,其知识覆盖范围广,对受力分析有考察,对运动学有考察,对冲量与动量有考察,对能量守恒有考察,对电磁感应也有考察,是进行全方位综合考查。pcJ物理好资源网(原物理ok网)

今天所举的这个例子,属于单杆运动方面的问题,然而这道题目出得存在一定问题,缘由在于它所给出的条件并不契合物理规律,不过这并不妨碍我们依据给定条件去对问题展开求解,在求解的进程当中,能够对电容器的特点有一次复习以及巩固。pcJ物理好资源网(原物理ok网)

题目pcJ物理好资源网(原物理ok网)

存有两条足够长的平行导轨,其所在平面跟水平地面形成夹角θ ,二者间隔距离是为d,导轨上端与电容为C的电容器相连接,存在一条虚线O1O2,它垂直于导轨,在O1O2上方存在垂直导轨平面且向下的匀强磁场,此部分导轨是由不计电阻的光滑金属材料制作而成,在O1O2下方的导轨是由粗糙的绝缘材料制作而成,如图(甲)所示。pcJ物理好资源网(原物理ok网)

时刻为t = 0时,有一个质量是m的金属棒MN,该金属棒电阻不计,它由静止开始被释放,在运动的过程当中,MN一直都与导轨保持垂直,并且接触状况良好,它的速度v随着t的变化呈现出如图(乙)所示的情况,其中v0以及t0是已知的量,重力加速度取值为g,电容器在整个过程里都没有被击穿,要求解的是:pcJ物理好资源网(原物理ok网)

(1)t=0到t= t0时,磁场对金属棒MN的冲量大小;pcJ物理好资源网(原物理ok网)

(2)t=0到t= t2时,金属棒MN损失的机械能是多少;pcJ物理好资源网(原物理ok网)

(3)匀强磁场的磁感应强度大小是多少。pcJ物理好资源网(原物理ok网)

高中物理电容器与什么有关pcJ物理好资源网(原物理ok网)

命题遗留的问题pcJ物理好资源网(原物理ok网)

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在我们对图(甲)和图(乙)进行对比时,当金属棒于O1O2上方的磁场里下滑之际,在与导轨平面平行的那个方向上,它会受到重力在该方向的分量所产生的作用,因切割磁力线,进而产生电动势,这一电动势会致使向电容器充电,此时MN中会有电流,而有电流就又会使金属棒受到安培力的作用。pcJ物理好资源网(原物理ok网)

由于电动势会随着MN速度变大而变大,MN中的电流也会跟着发生变化,因为电容器有这样的特性,电流会先大后小,那么MN所受到的安培力就是变化的贝语网校,所以在与导轨平面平行的方向上,MN所受到的合力也是变化的,进而加速度也应该是变化的。pcJ物理好资源网(原物理ok网)

我们再次去看那图(乙),它的0到t0这一段所显示的,对应的是金属棒在O1O2上方的磁场里下滑的那一段,然而呢,从v-t图上去观察,它呈现的是匀加速运动这种情况,这又和我们上面所做的分析存在矛盾了。pcJ物理好资源网(原物理ok网)

当然,这道题没让你剖析这些细微之处,依据题目给出的条件,依旧能够回答它所提出的问题。我们会于下一讲里,针对此问题展开分析,因为下一讲的题目,是要让你剖析出这些精细化的内容才能够解答题目,并且,可以确切地讲,金属棒在O1O2上方的磁场内下滑,就是匀加速的动态,也就是它受到的恒力,电流同样是恒定不变的。pcJ物理好资源网(原物理ok网)

第一问的分析pcJ物理好资源网(原物理ok网)

咱们先来说说,在上面就已经提及过的,金属棒于O1O2上方的磁场里的那种运动,这种运动,其实就是存在着两个力会产生冲量,你瞧,其中一个力是重力的分量,另外还有一个力是安培力,而这个安培力,实际上也就是磁场的冲量。pcJ物理好资源网(原物理ok网)

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无论处于中间位置的那些不明确的具体情况究竟是怎样的,也无论其是否具备合理性存在与否,仅仅依靠物理性质法则理论,便能够获得准确适当的结果出来。pcJ物理好资源网(原物理ok网)

第二问的分析pcJ物理好资源网(原物理ok网)

此一问所求的是金属棒所损失的机械能,这一问并非困难,然而务必得看清题目所问的时间段,它所问的乃是整个过程里机械能的损失。pcJ物理好资源网(原物理ok网)

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在整个进程里面,重力势能呈现出减少的态势,其减少的那部分,其中一部分转变成为电容器之中所储存的电场能,另外一部分转化成为金属棒在第二段滑行期间所产生的焦耳热,并且还有一部分是金属棒过后剩余的动能。pcJ物理好资源网(原物理ok网)

它损失的机械能,是电场能以及焦耳热,然而我们并不用去计算电场能还有焦耳热,只需关注它机械能的起始状态与最终状态,在起始状态时,它的机械能是重力势能,在最终状态时,是金属棒的动能,这两者之间的差值就是机械能的损失。pcJ物理好资源网(原物理ok网)

要知晓金属棒的重力势能,就得清楚其在整个过程里的位移,对于金属棒的动能高中物理电容器与什么有关,题目所给的图中已给出现成的数值,如此一来我们只需计算它在整个过程的位移。pcJ物理好资源网(原物理ok网)

能运用运动学方面的知识去计算位移,然而题目给出了v - t图,我们都清楚,v - t图的面积所代表的含义就是位移,在该图里,由两段直线围起来的三角形面积加上梯形面积便是位移,那么。pcJ物理好资源网(原物理ok网)

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第三问的分析pcJ物理好资源网(原物理ok网)

前面我们针对金属棒MN在磁场中运动的受力情形提出了疑问高中物理电容器与什么有关,然而我们依旧要依据题设条件去进行解答。既然图(乙)展现出金属棒在磁场里处于匀加速运动状态,这就意味着它所受的合外力是恒力,其重力分量是恒定不变的,如此一来安培力也应当是恒定的,进而金属棒中的电流也应该是恒定的,所以安培力的冲量,也就是第一问中所求出的磁场的冲量还能够写成:pcJ物理好资源网(原物理ok网)

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围绕着含有电容器的相关问题,基本上全都得紧紧把握住电荷守恒这一最为关键的根本所在。针对这道题目所具备的难度情况而言,它呈现出的是处于中等水平的那种难度程度,对于那些处于中等水平的学生来讲,通通都应当将其攻克下来。pcJ物理好资源网(原物理ok网)