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用微积分解一道电磁感应的竞赛问题———一道竞赛题,两处用积分
物理强基从竞赛抓起,物理竞赛从导数和积分抓起。
微积分是解决复杂物理问题的不二方法。
学过高中物理的普高学生都了解,物理现象和规律的研究都是以最简单的现象和规律为基础的,对于实际中的复杂物理问题,则可以化整为零,把问题分割范围小到对于这些局部范围内的问题都可以近似处理为简单、基本又可研究的问题,最后再把所有局部范围内研究的结果累积起来,就可以得到问题的结果。在理论分析时,把分割过程无限地进行下去,局部范围便无限地小下去,称为微分;把所有的无限多个微分元中的结果求和,便是积分。这就是微积分思想和方法。运用微积分的方法,过去很多初等数学束手无策的物理问题往往都可以迎刃而解,这显示出微积分在解决物理问题上的非凡威力。
积分就是我们熟悉的无限分割的极限思想的体现,高中物理中利用这种解决问题的思想,我们可以顺利解决变速运动的位移、变力做功以及某一物理量对应的函数构成的曲边梯形面积等问题。
例如这道22届预赛电磁感应的问题就可以很好地用定积分解决。
例1.(22届预赛)如图所示,水平放置的金属细圆环半径为a,竖直放置的金属细圆柱(其半径比a小得多)的端面与金属圆环的上表面在同一平面内,圆柱的细轴通过圆环的中心O.一质量为m,电阻为R的均匀导体细棒被圆环和细圆柱端面支撑,棒的一端有一小孔套在细轴O上,另一端A可绕轴线沿圆环作圆周运动,棒与圆环的摩擦系数为.圆环处于磁感应强度大小为  
、方向竖直向上的恒定磁场中,式中K为大于零的常量,r为场点到轴线的距离.金属细圆柱与圆环用导线ed连接.不计棒与轴及与细圆柱端面的摩擦,也不计细圆柱、圆环及导线的电阻和感应电流产生的磁场.问沿垂直于棒的方向以多大的水平外力作用于棒的A端才能使棒以角速度 匀速转动.
注:
例题讲解微课:
强基系列:
1.物理强基入门必备:认识导数和微分(含微课视频)
2.高考强基竞赛:斜抛运动三种分解方法(附讲解视频)
3.浮梁一中强基计划校本课程: 惯性力
4.强基与高考:简谐运动的微分方程及周期
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