专题24 电磁感现象中的单棒模型-2023年高三物理二轮常见模型与方法强化专训专练

2023年高三物理二轮常见模型与方法强化专训专练 专题24 电磁感现象中的单棒模型 特训目标 特训内容 目标1 高考真题（1T—4T） 目标2 阻尼式单棒模型（5T—8T） 目标3 电动式单棒模型（9T—12T） 目标4 发电式单棒模型（13T—16T） 目标5 含容单棒模型（17T—20T） 【特训典例】 1、 高考真题 1．如图1所示，光滑的平行导电轨道水平固定在桌面上，轨道间连接一可变电阻，导体杆与轨道垂直并接触良好（不计杆和轨道的电阻），整个装置处在垂直于轨道平面向上的匀强磁场中。杆在水平向右的拉力作用下先后两次都由静止开始做匀加速直线运动，两次运动中拉力大小与速率的关系如图2所示。其中，第一次对应直线①，初始拉力大小为F0，改变电阻阻值和磁感应强度大小后，第二次对应直线②，初始拉力大小为2F0，两直线交点的纵坐标为3F0。若第一次和第二次运动中的磁感应强度大小之比为k、电阻的阻值之比为m、杆从静止开始运动相同位移的时间之比为n，则k、m、n可能为（   ） A．k = 2、m = 2、n = 2 B． C． D． 2．如图所示，水平放置的平行光滑导轨，间距为，左侧接有电阻，导体棒AB质量为，电阻不计，向右运动的初速度为，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直轨道平面向下，导轨足够长且电阻不计，导体棒从开始运动至停下来，下列说法正确的是（　　） A．导体棒AB内有电流通过，方向是 B．磁场对导体棒的作用力水平向右 C．通过导体棒的电荷量为 D．导体棒在导轨上运动的最大距离为 3．光滑的水平长直轨道放在匀强磁场中，轨道宽，一导体棒长也为，质量，电阻，它与导轨接触良好。当开关与a接通时，电源可提供恒定的电流，电流方向可根据需要进行改变，开关与b接通时，电阻，若开关的切换与电流的换向均可在瞬间完成，求： ①当棒中电流由M流向N时，棒的加速度的大小和方向是怎样的； ②当开关始终接a，要想在最短时间内使棒向左移动而静止，则棒的最大速度是多少； ③要想棒在最短时间内向左移动而静止，则棒中产生的焦耳热是多少。 4．如图，间距为l的光滑平行金属导轨，水平放置在方向竖直向下的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，导轨左端接有阻值为R的定值电阻，一质量为m的金属杆放在导轨上。金属杆在水平外力作用下以速度v0向右做匀速直线运动，此时金属杆内自由电子沿杆定向移动的速率为u0。设金属杆内做定向移动的自由电子总量保持不变，金属杆始终与导轨垂直且接触良好，除了电阻R以外不计其它电阻。 （1）求金属杆中的电流和水平外力的功率； （2）某时刻撤去外力，经过一段时间，自由电子沿金属杆定向移动的速率变为，求： （i）这段时间内电阻R上产生的焦耳热； （ii）这段时间内一直在金属杆内的自由电子沿杆定向移动的距离。 2、 阻尼式单棒模型 5．如图所示，光滑平行导轨水平固定，间距为l，其所在空间存在方向竖直向上，磁感应强度大小为B的匀强磁场，导轨左侧接有阻值为R的定值电阻，一导体棒垂直导轨放置，导体棒的有效电阻为r、质量为m。导轨电阻忽略不计，导体棒运动中始终与导轨垂直且接触良好。现使导体棒获得一水平向右的速度，在导体棒向右运动过程中，下列说法正确的是（  ） A．流过电阻R的电流方向为a→R→b B．导体棒的最大加速度为 C．通过电阻R的电荷量为 D．全过程电阻R的发热量为 6．如图所示，在磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中，间距为L的光滑水平U型导体框左端连接一阻值为R的电阻，质量为m、电阻为r的导体棒置于导体框上。不计导体框的电阻。时棒以水平向右的初速度开始运动，到达位置c时棒刚好静止，其中a、b与b、c的间距相等。下列分析正确的是（　　） A．时棒两端电压 B．棒运动过程中的平均速度 C．棒运动过程中克服安培力做的总功等于 D．棒在由与的两个过程中回路中产生的热能 7．如图所示，光滑平行金属导轨由左侧弧形轨道与右侧水平轨道平滑连接而成，导轨间距均为L。左侧轨道上端连接有阻值为R的电阻。水平轨道间有连续相邻、宽均为d的区域I、II、III，区域边界与水平导轨垂直。I、III区域存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B；II区域存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为2B。质量为m、长度为L、电阻为R的金属棒从左侧轨道上h高处由静止释放，金属棒最终停在III区域右边界上。不计金属导轨电阻，金属棒与导轨接触良好，重力加速度大小为g，则金属棒（　　） A．穿过区域I过程，通过R的电荷量为 B．刚进入区域III时受到的安培力大小为 C．穿过区域I与II过程，R上产生的焦耳热之比为11:24 D．穿过区域I与III过程，克服安培力做功之比为5:1 8．如图所示，两条相距L的平行光滑金属导轨位于同一水平面内，其右端接一阻值为R的电阻。矩