专题67 电磁感应现象中的单棒问题-【鼎力高考】2024年高考物理一轮复习热点重点难点夯练与提升

2024年高考物理一轮复习热点重点难点夯练与提升 专题67 电磁感应现象中的单棒问题 特训目标 特训内容 目标1 阻尼式单棒问题（1T—5T） 目标2 电动式单棒问题（6T—10T） 目标3 发电式单棒问题（11T—15T） 【特训典例】 1、 阻尼式单棒问题 1．如图所示，在水平面上固定有两根相距0.5m的足够长的平行光滑金属导轨MN和PQ，它们的电阻可忽略不计，在M和P之间接有阻值为R=3Ω的定值电阻，导体棒ab长l=0.5m，其电阻为r=1.0Ω，质量m=1kg，与导轨接触良好。整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.4T。现使ab棒在水平拉力作用下以v=10m/s的速度向右做匀速运动，以下判断正确的是（　　） A．ab中电流的方向为从a向b B．ab棒两端的电压为1.5V C．拉力突然消失，到棒最终静止，定值电阻R产生热量为75J D．拉力突然消失，到棒最终静止，电路中产生的总热量为50J 2．如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨放置在同一水平面内，相距为，一端连接阻值为的电阻。长度为的金属棒放在导轨上，与导轨接触良好且运动过程中始终与导轨垂直，金属棒的质量为，电阻为。整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为，不计金属导轨的电阻，在金属棒以初速度沿导轨向右运动的过程中，下列说法正确的是（　　）    A．金属棒的最大加速度为 B．金属棒向右运动的距离 C．通过电阻的电荷量为 D．电阻上产生的热量为 3．如图（a）所示，水平面内有一光滑金属导轨，边接电阻，其他电阻均不计，与夹角为与垂直。将质量为的长直导体棒搁在导轨上，并与平行。棒与、交点、间的距离为，空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为在外力作用下，棒由处以初速度向右做直线运动，其速度的倒数随位移变化的关系如图（b）所示，在棒运动到处的过程中（　　）    A．导体棒做匀变速直线运动 B．导体棒运动的时间为 C．流过导体棒的电流不变 D．外力做功为 4．如图所示，水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨和，两导轨间距为，电阻不计。在之间接有一阻值为的电阻。导体杆质量为，电阻为，并与导轨接触良好，整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度为的匀强磁场中。现给杆一个初速度，使杆向右运动。求： （1）杆速度减为时，杆加速度大小； （2）整个过程电阻上产生的热量； （3）整个过程通过电阻的电荷量及导体杆移动的距离。    5．2022年6月，我国首艘完全自主设计建造的航母“福建舰”下水亮相，除了引人注目的电磁弹射系统外，电磁阻拦索也是航母的“核心战斗力”之一，其原理是利用电磁感应产生的阻力快速安全地降低舰载机着舰的速度。如图所示为电磁阻拦系统的简化原理：舰载机着舰时关闭动力系统，通过绝缘阻拦索拉住轨道上的一根金属棒ab，金属棒ab瞬间与舰载机共速并与之一起在磁场中减速滑行至停下。已知舰载机质量为M，金属棒质量为m，接入导轨间电阻为r，两者以共同速度为v0进入磁场。轨道端点MP间电阻为R，不计其它电阻。平行导轨MN与PQ间距L， 轨道间有竖直方向的匀强磁场，磁感应强度为B。除安培力外舰载机系统所受其它阻力均不计。求： （1） 舰载机和金属棒一起运动的最大加速度a； （2） 舰载机减速过程电阻R上产生的热量； （3）舰载机减速过程通过的位移x的大小。    2、 电动式单棒问题 6．如图是“电磁炮”模型的原理结构示意图。光滑水平金属导轨M、N的间距L=0.2m，电阻不计，在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小B=1×102T。装有弹体的导体棒ab垂直放在导轨M、N上的最左端，且始终与导轨接触良好，导体棒ab(含弹体)的质量m=0.2kg，在导轨M、N间部分的电阻R=0.8Ω，可控电源的内阻r=0.2Ω。在某次模拟发射时，可控电源为导体棒ab提供的电流恒为I=4×103A，不计空气阻力，导体棒ab由静止加速到4km/s后发射弹体，则（　　） A．导体棒ab所受安培力大小为1.6×105N B．光滑水平导轨长度至少为20m C．该过程系统产生的焦耳热为3.2×106J D．该过程系统消耗的总能量为1.76×106J 7．光滑平行导轨水平放置，导轨左端通过开关S与电源相连，电源的电动势为E、内阻为r，一根质量为m、电阻为R的导体棒ab，用长为L的绝缘细线悬挂，细线竖直时导体棒恰好与导轨良好接触且细线处于张紧状态，导轨间距为L，如图所示，系统空间有竖直方向的匀强磁场，磁感强度大小为B，闭合开关S导体棒向右摆出，摆到最大高度时细线与竖直方向夹角为，导轨电阻不计，则（　　） A．磁场方向竖直向上 B．此过程中安培力的最大功率为 C．电源消耗的电能为 D．导体棒中产生的热量为 8．如图所示，在竖直向下的磁感应强度B的匀强磁场中，有两根足够长