预测16 导体棒在导轨上运动问题 -【临门一脚】2021年高考物理三轮冲刺过关(新高考专用)

2021年高考物理【临门一脚】（新高考专用） 预测16 导体棒在导轨上运动问题 概率预测 ☆☆☆☆☆ 题型预测 选择题☆☆☆☆ 计算题☆ 考向预测 考查集中在楞次定律，法拉第电磁感定律的应用，电磁感应中的图象问题、电路问题、动力学和能量问题，题型以选择题为主；计算题常以“导体棒”切割磁感线为背景，还可能会涉及动量的问题。 1．常见单杆情景及解题思路 常见情景(导轨和杆电阻不计，以水平光滑导轨为例) 过程分析 三大观点的应用 单杆阻尼式 设运动过程中某时刻的速度为v，加速度为a，a＝，a、v反向，导体棒做减速运动，v↓⇒a↓，当a＝0时，v＝0，导体棒做加速度减小的减速运动，最终静止 动力学观点：分析加速度 能量观点：动能转化为焦耳热 动量观点：分析导体棒的位移、通过导体棒的电荷量和时间 单杆发电式(v0＝0) 设运动过程中某时刻棒的速度为v，加速度为a＝＋ma，F与t为一次函数关系；a恒定时，F＝，F恒定时，a、v同向，随v的增加，a减小，当a＝0时，v最大，vm＝－ 动力学观点：分析最大加速度、最大速度 能量观点：力F做的功等于导体棒的动能与回路中焦耳热之和 动量观点：分析导体棒的位移、通过导体棒的电荷量 含“源”电动式(v0＝0) 开关S闭合，ab棒受到的安培力F＝，速度v↑⇒E感＝BLv↑⇒I↓⇒F＝BIL↓⇒加速度a↓，当E感＝E时，v最大，且vm＝，此时a＝ 动力学观点：分析最大加速度、最大速度 能量观点：消耗的电能转化为动能与回路中的焦耳热 动量观点：分析导体棒的位移、通过导体棒的电荷量 含“容”无外力充电式 充电电流减小，安培力减小，a减小，当a＝0时，导体棒匀速直线运动 能量观点：动能转化为电场能(忽略电阻) 含“容”有外力充电式 (v0＝0) 电容器持续充电F－BIL＝ma，I＝，得I恒定，a恒定，导体棒做匀加速直线运动，ΔQ＝CΔU＝CBLΔv，a＝ 动力学观点：求导体棒的加速度a＝ 1．常见双杆情景及解题思路 常见情景(以水平光滑导轨为例) 过程分析 三大观点的应用 双杆切割式 杆MN做变减速运动，杆PQ做变加速运动，稳定时，两杆的加速度均为零，以相同的速度匀速运动．对系统动量守恒，对其中某杆适用动量定理 动力学观点：求加速度 能量观点：求焦耳热 动量观点：整体动量守恒求末速度，单杆动量定理求冲量、电荷量 不等距导轨 杆MN做变减速运动，杆PQ做变加速运动，稳定时，两杆的加速度均为零，两杆以不同的速度做匀速运动，所围的面积不变．v1L1＝v2L2 动力学观点：求加速度 能量观点：求焦耳热 动量观点：动量不守恒，可分别用动量定理联立末速度关系求末速度 双杆切割式 aPQ减小，aMN增大，当aPQ＝aMN时二者一起匀加速运动，存在稳定的速度差 动力学观点：分别隔离两导体棒， F－＝mMNa，求加速度＝mPQa 1、在电磁感应中，动量定理应用于单杆切割磁感线运动，可求解变力的时间、速度、位移和电荷量． ①求电荷量或速度：BΔt. LΔt＝mv2－mv1，q＝ ②求位移：－＝0－mv0. ＝0－mv0，即－ ③求时间：(i)－BLΔt＋F其他Δt＝mv2－mv1 即－BLq＋F其他·Δt＝mv2－mv1 已知电荷量q，F其他为恒力，可求出变加速运动的时间． (ii)Δt＝x. ＋F其他·Δt＝mv2－mv1， 若已知位移x，F其他为恒力，也可求出变加速运动的时间． 2.对于不在同一平面上运动的双杆问题，动量守恒定律不适用，可以用对应的牛顿运动定律、能量观点、动量定理进行解决． 1．（2020·全国高考真题）（多选）如图，U形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上，ab和dc边平行，和bc边垂直。ab、dc足够长，整个金属框电阻可忽略。一根具有一定电阻的导体棒MN置于金属框上，用水平恒力F向右拉动金属框，运动过程中，装置始终处于竖直向下的匀强磁场中，MN与金属框保持良好接触，且与bc边保持平行。经过一段时间后（　　） A．金属框的速度大小趋于恒定值 B．金属框的加速度大小趋于恒定值 C．导体棒所受安培力的大小趋于恒定值 D．导体棒到金属框bc边的距离趋于恒定值 【答案】 BC 【详解】 由bc边切割磁感线产生电动势，形成电流，使得导体棒MN受到向右的安培力，做加速运动，bc边受到向左的安培力，向右做加速运动。当MN运动时，金属框的bc边和导体棒MN一起切割磁感线，设导体棒MN和金属框的速度分别为 、 ，则电路中的电动势 电流中的电流 金属框和导体棒MN受到的安培力 ，与运动方向相反 ，与运动方向相同 设导体棒MN和金属框的质量分别为 、 ，则对导体棒MN 对金属框 初始速度均为零，则a1从零开始逐渐增加，a2从 开始逐渐减小。当a1＝