题型专练四 电磁感应中的单、双杆模型-2023年高考物理【热点·重点·难点】专练（全国通用）

题型专练四 电磁感应中的单、双杆模型 这部分知识单独考查一个知识点的试题非常少，大多数情况都是同时涉及到几个知识点，而且都是牛顿运动定律、功和能、法拉第电磁感应定律、楞次定律、左手定则、右手定则、动量守恒定律、动量定理、能量守恒定律等内容结合起来考查，考查时注重物理思维与物理能力的考核. 例题1. （多选） 如图所示，一个水平放置的“∠”形光滑金属导轨固定在方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中，ab是粗细、材料与导轨完全相同的导体棒，导体棒与导轨接触良好。在外力作用下，导体棒以恒定速度v向右平动，导体棒与导轨一边垂直，以导体棒在图中所示位置的时刻作为计时起点，则下列关于回路中感应电动势E、感应电流I、导体棒所受外力的功率P和回路中产生的焦耳热Q随时间变化的图像正确的是（   ） A． B． C． D． 例题2. （多选）如图所示，两条间距为足够长的平行金属导轨固定，所在平面与水平面的夹角为30°，两导轨所在的平面内存在着垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为。将两根导体棒，相隔一定距离放在导轨上，同时由静止释放，两导体棒始终与导轨垂直且接触良好，两导体棒的质量均为，两棒接入的电阻均为，其他电阻不计。棒与轨道间的动摩擦因数，棒与轨道间的动摩擦因数，重力加速度为，则经过足够长的时间后（　　） A．导体棒的加速度大小为 B．导体棒的加速度大小为0 C．两导体棒的速度差恒为 D．电路中的电流大小为 一、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＝－，F恒定时，a、v同向，随v的增加，a减小，当a＝0时，v最大，vm＝；a恒定时，F＝＋ma，F与t为一次函数关系 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＝，此时a＝，速度v↑⇒E感＝BLv↑⇒I↓⇒F＝BIL↓⇒加速度a↓，当E感＝E时，v最大，且vm＝ 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＝，ΔQ＝CΔU＝CBLΔv，a＝，得I恒定，a恒定，导体棒做匀加速直线运动 动力学观点：求导体棒的加速度a＝ 2.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：BLΔt＝mv2－mv1，q＝Δt. ②求位移：－＝0－mv0，即－＝0－mv0. 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)＋F其他·Δt＝mv2－mv1，Δt＝x. 若已知位移x，F其他为恒力，也可求出变加速运动的时间． 二、电磁感应中的双杆模型 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－＝mPQa＝mMNa，求加速度 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． （建议用时：30分钟） 一、单选题 1．如图所示，固定在同一水平面内的