专题十三 主题三 电磁感应中的单杆模型-【新高考方案】2024年高考物理二轮复习专题增分方略（新教材）

新高考方案·专题增分方略物理 主题三 电磁感应中的单杆模型 、有哪些模型 由考题感悟清 类型 考题品悟 模型特点 1.(2021·天津高考)如图所示，两根足够长的平行光滑 金属导轨MN、PQ间距L=1m,其电阻不计，两导 ①示意图： 轨及其构成的平面均与水平面成0=30°角，N,Q两 端接有R=1n的电阻。一金属棒ab垂直导轨放置， ab两端与导轨始终有良好接触，已知ab的质量m 单 ②运动分析： 杆 0.2kg,电阻r=12,整个装置处在垂直于导轨平面向 上的匀强磁场中，磁感应强度大小B=1T。ab在平行于导轨向上的拉力作用 电 下，以初速度=0.5m/s沿导轨向上开始运动，可达到最大速度v=2m/s。运 动过程中拉力的功率恒定不变，重力加速度g=10m/s2。 ③能量分析： (1)求拉力的功率P: WE=Q+mg.rsin 0 (2)ab开始运动后，经t=0.09s速度达到=1.5m/s,此过程中ab克服安 培力做功W=0.06J,求该过程中ab沿导轨的位移大小x。 +2m2- 1 2m42 (详解参阅答案分册P230】 2.(2021·河北高考)如图，两光滑导轨水平放置在竖直 ①示意图： 向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。导轨间距 最窄处为一狭缝，取狭缝所在处O点为坐标原点。 狭缝右侧两导轨与x轴夹角均为0，一电容为C的电 杆 容器与导轨左端相连。导轨上的金属棒与x轴垂 ②运动分析： 直，在外力F作用下从O点开始以速度。向右匀速 容器 运动，忽略所有电阻。下列说法正确的是 A.通过金属棒的电流为2BC2tan0 B.金属棒到达xo时，电容器极板上的电荷量为BCvrotan0 ③能量分析： C.金属棒运动过程中，电容器的上极板带负电 1 D.金属棒运动过程中，外力F做功的功率恒定 (详解参阅答案分册P231) We=2m2+E电 3.(2022·全国甲卷)（多选）如图，两根相互平行 ×× ①示意图： 的光滑长直金属导轨固定在水平绝缘桌面上， ××× B 在导轨的左端接入电容为C的电容器和阻值 为R的电阻。质量为m,阻值也为R的导体 棒MN静止于导轨上，与导轨垂直，且接触良好，导轨电阻忽略不计，整个 ②运动分析： 系统处于方向竖直向下的匀强磁场中。开始时，电容器所带的电荷量为 导体棒先加速运 Q,合上开关S后， 动，达到最大速度 型 后再做减速运动， A酒过导体棒MN电流的最大值为忌 最后速度为零。 B.导体棒MN向右先加速、后匀速运动 ③能量分析： C.导体棒MW速度最大时所受的安培力也最大 E电=E电'十 D.电阻R上产生的焦耳热大于导体棒MN上产生的焦耳热 2m2+Q 1 (详解参阅答案分册P231) 92)铺 第五板块 电路与电磁感应 二、如何建构模型 由典例示范明 [典例](2023·浙江6月选考)某兴趣小组设 整理得U= 12Mg2 aM+R 速真电 计了一种火箭落停装置，简化原 U 理如图所示，它由两根竖直导 装置A输出的功率为 切泰P 导出杆 表达此 轨、承载火箭装置（简化为与火 M P-UI-12 M-6Mg+PR 中，时 :有候 箭绝缘的导电杆MN)和装置A 初始时刻，l=0,P与=一6Mg+PR 定备件 组成，并形成闭合回路。装置A 能自动调节其输出电压确保回轨 到达停靠平台时，1= 轨 安P装=PR 路电流I恒定，方向如图所示。 由P1关系可知，P=P些P生=-3Mg十FR, 2 导轨长度远大于导轨间距，不论 装貿A 则在火箭落停过程中，装置A输出的能量为 导电杆运动到什么位置，电流I在导电杆以上空间 产生的磁场近似为零：在导电杆所在处产生的磁场 W=p·%=-多Mh2+PR 2g 2 2g 近似为匀强磁场，大小B1=kI(其中k为常量)，方 (4)装置A可回收导电杆和火箭减少的机械能： 向垂直导轨平面向里：在导电杆以下的两导轨间产 火箭从速度功到平台速度减为零，则 生的磁场近似为匀强磁场，大小B2=2kI,方向与 B,相同。火箭无动力下降到导轨顶端时与导电杆 E-Mo+Mgl-Mu 4 粘接，以速度进入导轨，到达绝缘停靠平台时速 [答案](1)3Mg Ag 度恰好为零，完成火箭落停。已知火箭与导电杆的 (2)E= 总质量为M,导轨间距山=3M,导电杆电阻为R。 Ms(-2g<0 k12 (3)U= 12Mg 6Mg+IR 导电杆与导轨保持良好接触滑行，不计空气阻力和： 摩擦力，不计导轨电阻和装置A的内阻。在火箭落 M2+PR 2 停过程中， (4)导电杆和火箭减少的机械能 (1)求导电杆所受安培力的大小F和运动的距离L: [思维建模] (2)求回路感应电动势E与运动时间t的关系： 单杆模型的分析规律 (3)求装置A输出电压U与运动时间1的关系和输 电 单杆等效为电源，用右 出的能量W: 路 于