专题强化：电磁感应中的动力学和能量问题（举一反三讲义）2027年高考物理一轮复习举一反三系列

该高中物理高考复习教案聚焦电磁感应中的动力学和能量问题，整合平衡态与非平衡态分析、单棒/双棒/线框模型、能量转化与焦耳热计算等核心考点，按“核心考点-考情透析-模型精讲-分层训练”逻辑架构知识体系。通过必备知识回顾、典例精讲（含高考真题）、方法规律总结、分层练习（基础巩固+综合提升）四环节，帮助学生构建问题分析框架，突破动态过程与能量转化难点。 资料以模型建构和科学思维为特色，创新设计“四步法”分析动力学问题（受力分析→牛顿定律→收尾速度→能量守恒），通过单棒+电容、双棒动量守恒等典型模型训练，培养学生动态分析与守恒思想。设置高考真题改编的变式训练和分层练习，配合易错点专项指导（如收尾速度条件、焦耳热分配），确保高效突破高频考点，为教师把控复习节奏、提升学生应考能力提供系统支持。

专题强化：电磁感应中的动力学和能量问题 目录 1 4 考点一 电磁感应中的平衡和动力学问题 4 考向1：电磁感应中的平衡问题 5 考向2：电磁感应中的动力学问题 5 考点二 电磁感应中的能量问题 9 13 基础巩固练 13 综合提升练 21 核心考点 1.动力学问题： 核心思想：对切割磁感线的导体棒（或线框）进行受力分析，应用牛顿第二定律分析其运动过程。 两种典型状态： 非平衡态（动态过程）：金属棒受到合外力，做加速度减小的加速或减速运动，直到加速度为0进入平衡态。 平衡态（终极状态）：金属棒所受合外力为零，做匀速直线运动（或静止）。对应最大速度（收尾速度）。 常见模型： 单棒+电阻：基础模型，通常求收尾速度。 单棒+电容器：电容充电，棒做匀加速直线运动（加速度恒定），因为I=C·B·L·a为恒量，安培力为恒力。 双棒模型：两根棒在导轨上切割，可能满足系统动量守恒（无外力时）或受外力共同作用。 2.能量问题： 核心思想：电磁感应现象中，克服安培力做的功完全或部分转化为回路的总焦耳热。 功能关系： 安培力做正功→电能转化为机械能（如电磁驱动）。 安培力做负功→机械能（或其他形式能）转化为电能（如杆切割磁感线）。 求焦耳热的三种途径：功能关系、能量守恒定律、焦耳定律。 考情透析 1.题型与难度：高考的必考压轴重难点，通常以计算题（整道）或选择题（综合性强）出现。难度较高，是区分拔尖学生的关键。 2.命题规律： 高频考查： 单棒+电阻（或电容）模型的动力学与能量问题（求最大速度、瞬时加速度、焦耳热等）。 双棒模型（等间距或不等间距导轨）中动量守恒与能量守恒的综合应用。 线框穿过磁场的动力学与能量分析（进入过程、完全进入过程、离开过程）。 常规考法： 给出光滑导轨（或考虑摩擦），一根导体棒在恒定外力或变力作用下运动，求最终速度、某段过程的电荷量、焦耳热等。 线框从某一高度下落进入磁场，分析其运动状态，求产生的热量或通过某截面的电荷量。 创新考法： 与动量定理（或动量守恒）深度结合：利用-BIL·Δt=mΔv求导体棒的位移x或时间t。 含电容器模型：电容器的充放电过程与导体棒受力和运动的综合。 与能量守恒结合：考查系统内能（摩擦生热）与焦耳热的区别，或斜面、多过程问题中的能量转化。 3.考查方向：侧重受力与运动状态的完整分析、对“收尾速度”的推导与理解、“克服安培力做功等于回路总焦耳热”这一结论的熟练应用、复杂情境下（如斜面、双棒）能量转化关系的梳理。 素养对接 1.模型建构与动态分析：将复杂的“杆+导轨”系统抽象为“棒切割磁感线（电源）+电阻（负载）”的模型，并能够分析一个物理量（如速度v）的变化如何引起其他量（如安培力F安、加速度a）的连锁变化，直至达到平衡态（a=0）。培养系统思维与动态归零的分析素养。 2.守恒与转化思想： 收入-支出-结余：在分析能量时，明确“输入的能量”（如拉力做功）转化为“输出的能量”（焦耳热、摩擦生热）和“储存的能量”（动能、重力势能）。 功能关系等效：深刻领悟“克服安培力做的总功”恒等于“回路中产生的总焦耳热”，这是连接力学与电磁学的能量桥梁。 3.动量与动力学的综合：当电磁感应过程时间很短、力是变力时，用牛顿定律难以求解位移、时间，此时动量定理（I_冲=ΔP）是破局利器，将电流的时间累积（q）与速度变化相关联。培养从不同视角（力、能、动量）分析问题的灵活思维。 4.极值与临界思维：在求最大速度、最大加速度、产生最大焦耳热时，需要明确平衡态（a=0）往往是极值态；当速度为零或达到最大时，往往是某些临界条件满足的时刻。 学习目标 1.知识目标： 能写出安培力的常用表达式：F安=B²L²v/(R+r)（单棒模型）。 能说出最大速度（收尾速度）的求解方法。 能说出回路总焦耳热的三种计算方法（克服安培力做功、能量守恒、焦耳定律）。 能说出动量定理在电磁感应中应用的典型形式。 2.能力目标： 动态分析能力：能根据导体棒的初始条件（速度、所受外力），分析其加速度、安培力、速度如何变化，最终判断其运动状态。 守恒计算能力：能熟练运用功能关系和能量守恒定律，求解电磁感应过程中的位移、速度、热量等物理量。 模型迁移能力：能识别“单棒”、“双棒”、“线框”不同的物理模型，并分别应用对应的动力学和能量规律。 备考建议 1.熟练“单棒+电阻”模型的动力学与能量分析，这是基础： 模板： ①受力分析、②列牛顿定律、③求收尾速度、④能量守恒。 2.重点区分“克服安培力做功”与“焦耳热”的关系： 结论：在纯电阻电路中（无电容器、无其他电源），克服安培力所做的总功，等于回路中产生的总焦耳热。这是一个极其有用的结论，可以直接跳过复杂的电流计算，从能量角度得出总发热量。 注意：如果需要求某一段特定电阻上的发热量，需要按电阻的比例分配（串联电路中Q∝R）。 3.熟练分析“线框穿过磁场”问题： 分段分析： 进入磁场：在安培力阻力下做减速运动（可能匀减速也可能变减速，取决于外力情况）。 完全在磁场中：磁通量不变，无感应电流，只受重力（或外力）作用运动。 离开磁场：做减速运动（与进入类似，但方向相反）。 功能关系： 进入和离开过程，重力做的功+安培力做的功=动能变化量。 若只有重力做功，则减少的重力势能=线框获得的动能+产生的焦耳热。 4.强化易错点专项训练： 易错点一：“收尾速度”模型的前提不清。只有当合力为零时才有最大速度，若合力一直不为零（如持续受恒力），速度不会达到最大值。 易错点二：混淆回路总焦耳热与某电阻上的焦耳热。Q_总包含所有电阻（电源内阻r和外电阻R）产生的焦耳热。题目若问“电阻R上产生的热量”，需用QR=[R/(R+r)]·Q总。 易错点三：误以为安培力总是做负功。在电磁驱动现象（如异步电动机、电磁炮）中，安培力是动力，做正功，将电能转化为机械能。 易错点四：对F安=B²L²v/(R+r)公式的“瞬时性”掌握不够。该公式是瞬时值，适用于导体棒有瞬时速度v时计算安培力。不能用它计算整个过程的平均安培力（除非速度是线性变化）。 考点一 电磁感应中的平衡和动力学问题 【必备知识回顾】 1.导体棒的动力学分析 电磁感应现象中产生的感应电流在磁场中受到安培力的作用，从而影响导体棒(或线圈)的受力情况和运动情况。涉及安培力大小、方向的分析。 2．两种状态及处理方法 状态 特征 处理方法 平衡态 加速度为零 根据平衡条件列式分析 非平衡态 加速度不为零 根据牛顿第二定律进行分析或结合功能关系进行分析 3．力学对象和电学对象的相互关系 抓住“两个研究对象”“四步分析” 关注两个“桥梁”：联系力学对象与电学对象的“桥梁”——感应电流I、切割速度v 【重难模型精讲】 考向1：电磁感应中的平衡问题 【典例1】(2026·湖北省武汉市·其他类型)如图所示，两固定的绝缘斜面倾角均为，上沿相连。细金属棒仅标出端和仅标出端长度均为，质量分别为和，用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路导线的电阻忽略不计，并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上，两金属棒水平。右斜面上存在匀强磁场，磁感应强度大小为，方向垂直于斜面向上。已知两根导线刚好不在磁场中，两金属棒的电阻均为，两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为，重力加速度大小为，金属棒匀速下滑。下列说法正确的是() A.作用在金属棒上的安培力大小为 B.、两点的电势差为 C.金属棒运动的速度大小为 D.、减少的机械能等于系统产生的焦耳热 【答案】A 【解析】A.对金属棒受力分析，有 对有 联立可得 故A正确； B.、两点的电势差，由 可得 故B错误； C.由 可得金属棒运动的速度大小 故C错误； D.、减少的机械能等于系统产生的焦耳热加摩擦热，故D错误。 故选A。 考向2：电磁感应中的动力学问题 【典例2】(2026·北京市·期末考试)如图所示，间距为的两倾斜且平行的金属导轨固定在绝缘的水平面上，金属导轨与水平面之间的夹角为，电阻不计，空间存在垂直于金属导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为，导轨上端接有阻值为的定值电阻。质量为的导体棒从金属导轨上某处由静止释放，开始运动时间后做匀速运动，速度大小为，且此阶段通过定值电阻的电量为。已知导轨平面光滑，导体棒的电阻为，重力加速度为，下列说法正确的是() A.导体棒先做匀加速运动，后做匀速运动 B.导体棒稳定的速度大小 C.导体棒从释放到其速度稳定的过程中，其机械能的减少量等于电阻产生的焦耳热 D.导体棒从释放到其速度稳定的过程中，位移大小为 【答案】D 【解析】A.导体棒在加速阶段，根据牛顿第二定律可得 其中 解得 由于速度是增加的，所以加速度是减小的，导体棒不可能做匀加速运动，故A错误； B.导体棒稳定时的加速度为零，则有，解得，故B错误； C.根据能量守恒定律可知，导体棒从释放到其速度稳定的过程中，其机械能的减少量等于电阻与导体棒产生的焦耳热之和，故C错误； D.根据电荷量的计算公式可得，解得，故D正确。 【变式训练与拓展】 【变式1】（多选）(2026·山东省烟台市·其他类型)年月，国家卫健委举行新闻发布会，宣布启动“体重管理年”活动，更多的人走进了健身房。某健身器的简化装置如图所示，整个装置倾斜放置，与水平面的夹角为，两侧平行金属导轨相距为，导轨上端接一阻值为的电阻，下端接一电容为的电容器。在导轨间长为的区域内存在磁感应强度大小为、方向垂直导轨平面向下的匀强磁场，质量为的金属棒水平置于导轨上，用平行两侧导轨的绝缘绳索通过定滑轮与拉杆相连。金属棒向上运动时，闭合，断开，向下运动时，断开，闭合。开始时金属棒静止在磁场下方某位置处，电容器不带电，一位健身者用恒定的拉力竖直向下拉动拉杆，金属棒进入磁场时恰好做匀速运动，再经时间运动至磁场中间位置时撤去拉力，金属棒恰好能运动到磁场上边界，然后金属棒从磁场上边界由静止开始下滑。其它电阻不计、忽略一切摩擦以及拉杆和绳索的质量，金属棒始终与导轨垂直且接触良好，重力加速度为。下列说法正确的是() A.撤去拉力后金属棒向上做匀减速直线运动 B.拉力的大小为 C.金属棒在磁场中向下运动时做匀加速直线运动 D.电容器储存的电场能最大值为 【答案】BCD 【解析】A、撤去拉力后，金属棒沿斜面向下方向的合力为，故向上做减速直线运动，随着减小，合力减小，加速度减小，故A错误； B、金属棒向上匀速运动时间到达磁场中间位置，则匀速运动的速度为，根据平衡条件有，故B正确； C、金属棒在磁场中向下运动时，与电容相连，向下加速运动，切割磁感线产生感应电流，， 根据牛顿第二定律，， 联立解得， 由表达式可知保持不变，故C正确； D、金属棒离开磁场时，电容器电压为，，电场能最大，为，故D正确。 故选BCD。 【变式2】（多选）(2026·湖南省·月考试卷)如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻，导轨的端点、用电阻可以忽略的导线相连，两导轨间的距离。有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面向里，已知磁感应强度与时间的关系为，为大于零的比例系数。一电阻不计、质量为的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直且接触良好。在时刻，金属杆紧靠在、端，在平行于导轨的外力作用下，杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的右端滑动，下列说法正确的是() A.导线中感应电流的方向由指向 B.时刻感应电动势的大小 C.时刻导体棒所受安培力 D.在时间内，作用在金属杆上外力的冲量 【答案】BD 【解析】解：由楞次定律可知导线中感应电流的方向由指向，金属杆做匀加速直线运动，在时刻，金属杆与初始位置的距离为，此时杆的速度为，这时，杆与导轨构成的回路的面积为，回路中的感应电动势为，其中有， 解得，故A错误，B正确； 回路中的总电阻，联立可得回路中的感应电流为，金属杆所受的安培力为安， 代入解得，方向水平向左。可得图像中，图线与坐标轴所围成的面积大小即为安培力的冲量，安培力随时间均匀变化，即，以向右为正，由动量定理，解得，故C错误，D正确。 故选：。 【变式3】(2026·河北省·期末考试)如图甲所示，轻质细线吊着一质量、边长、匝数的正方形线框，线框总电阻。线圈最下方的导线有垂直纸面向里的匀强磁场，磁场分布在边长为正方形内，磁场一半处于线框内，磁感应强度大小随时间变化关系如图乙所示，重力加速度。求： 时刻穿过线圈的磁通量； 时间内线圈产生的电流大小； 时轻质细线的拉力大小。 【答案】解：时刻穿过线圈的磁通量， 得：； 时间内线圈产生的感应电动势大小， 由图乙得：， 时间内线圈产生的感应电流大小， 得：； 时，由图乙得此时磁感应强度大小， 由平衡条件：， 得：。 【方法规律】 用“四步法”分析电磁感应中的动力学问题 考点二 电磁感应中的能量问题 【必备知识回顾】 1.电磁感应中的能量转化 闭合电路的部分导体做切割磁感线运动产生感应电流，通有感应电流的导体在磁场中受安培力。外力克服安培力做功，将其他形式的能转化为电能；通有感应电流的导体在磁场中通过受安培力做功或通过电阻发热，使电能转化为其他形式的能。 电磁感应现象中能量转化的实质是其他形式的能和电能之间的转化。如图所示。 2.求解电磁感应中的焦耳热Q的三种方法 焦耳定律 Q＝I2Rt，电流、电阻都不变时适用 功能关系 Q＝W克服安培力，任意情况都适用 能量转化 Q＝ΔE其他能的减少量，任意情况都适用 【重难模型精讲】 【典例3】（多选）(2026·浙江省·期中考试)如图甲所示，在半径为的圆形区域内存在垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度大小随时间变化如图乙所示。同一平面内有边长为的金属框，总电阻为，边与圆形磁场区域的直径重合。则() A.时，框中的感应电动势大小为 B.时，框中的电流为 C.时间内，框中产生的焦耳热为 D.时间内，框中产生的焦耳热为 【答案】AD 【解析】A.根据法拉第电磁感应定律可知，时，框中的感应电动势大小为，选项A正确； B.时，框中的电流为，选项B错误； 时间内，框中的感应电动势大小为，框中产生的焦耳热为，选项C错误，D正确。 故选AD。 【变式训练与拓展】 【变式4】(2026·江苏省·单元测试)如图所示，相距为的足够长平行光滑金属导轨、与水平面间夹角为，处于磁感应强度大小为、方向竖直向上的匀强磁场中，导轨上端接有一电阻水平导体棒以速度沿导轨匀速下滑，棒与导轨垂直且接触良好已知重力加速度为，导体棒的质量为，则() A.导体棒中电流方向为 B.回路中的电动势为 C.导体棒受到的安培力大小为 D.回路中的电功率为 【答案】D 【解析】A.根据右手定则，可得导体棒中电流方向为，故A错误。 B.导体棒切割磁感线产生的感应电动势，故B错误。 C.对导体棒进行受力分析，它受到重力、支持力和水平向右的安培力由于导体棒匀速下滑，沿导轨方向合力为零，即，所以，故C错误。 D.因为导体棒匀速下滑，根据能量守恒，重力做功的功率等于回路中的电功率，重力做功的功率，所以回路中的电功率为，故D正确。 【变式5】（多选）(2026·湖北省黄冈市·其他类型)如图所示，线框、边长为、电阻不计，三条短边、、长均为、电阻均为，位于线框正中间。线框下方有一宽度为的有界匀强磁场，磁感应强度大小为，边与磁场边界平行，当距磁场上边界一定高度时无初速释放线框，线框边进入磁场时线框恰好匀速运动，下落过程中线框始终在竖直面内，已知线框质量为，重力加速度为，则下列判断正确的是() A.线框通过磁场过程中流过边的电流不变 B.线框通过磁场过程中、两点间电势差始终为 C.释放时边到磁场上边界高度为 D.整个过程中边产生的焦耳热一定为 【答案】BC 【解析】A.设整个运动过程中，产生的感应电流大小为，当或通过磁场的过程中，和另一等电阻支路并联，则两支路电流大小相等，均为，根据楞次定律及安培定则可知，中的电流方向均为；当通过磁场的过程中，流过的电流为等效电路的干路电流，大小为，根据楞次定律及安培定则可知，中的电流方向为，则线框通过磁场过程中流过边的电流改变，故A错误； B.设线框边进入磁场时的速度大小为， 根据法拉第电磁感应定律可得：， 根据闭合电路欧姆定律可得：， 线框边进入磁场时线框恰好匀速运动，则线框受到的安培力为：， 联立可得：； 根据线框构成等效电路的特点可知，线框在通过磁场的过程中将始终做匀速运动，、两点间电势差始终等于对应等效电路的路端电压的相反数，即：， 联立可得：，故B正确； C.设线框边进入磁场时的速度大小为，释放时边到磁场上边界高度为，根据运动学公式可得：， 解得：， 结合选项可得：， 联立可得：，故C正确； D.结合前面分析，根据焦耳定律可得，整个过程中边产生的焦耳热为：， 解得：，故D错误。 【变式6】(2026·广东省·单元测试)如图所示，两根足够长的光滑金属导轨、平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为。一根质量为的金属杆放在两导轨上，并与导轨垂直。、两点间接有阻值为的电阻，其余部分电阻不计。装置处于磁感应强度为的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上。让金属杆沿导轨由静止开始下滑，下降高度时达到最大速度。金属杆下滑时与导轨接触良好，已知重力加速度为。求： 金属杆由静止释放瞬间的加速度大小； 金属杆最大速度的大小； 从静止到最大速度的过程中，电阻上产生的热量。 【答案】金属杆由静止释放瞬间，金属杆还没有切割磁感线，没有感应电流，不受安培力，根据牛顿第二定律得： 解得。 当金属杆匀速运动时，速度最大，设为。 由平衡条件得： 而金属杆受到的安培力大小： 金属杆产生的感应电动势： 感应电流为： 联立整理得： 解得。 从静止到最大速度的过程中，电阻上产生的热量： 答：金属杆由静止释放瞬间的加速度大小为； 金属杆最大速度的大小为； 从静止到最大速度的过程中，电阻上产生的热量为。 【方法规律】 电磁感应现象中能量问题的计算： (1)回路中电流稳定时，可利用电路知识，由W＝UIt，Q＝I2Rt直接计算。 (2)若电流变化，则利用功能关系、能量守恒定律解决。 基础巩固练 1.(2026·吉林省吉林市·期末考试)如图，空间某区域中有一匀强磁场，磁感应强度方向水平，且垂直于纸面向里，磁场上边界和下边界水平．在竖直面内有一矩形金属线圈，线圈上下边的距离很短，下边水平。线圈从水平面开始下落。已知磁场上下边界之间的距离大于水平面、之间的距离。若线圈下边刚通过水平面、位于磁场中和时，线圈所受到的磁场力的大小分别为、和，则() A. B. C. D. 【答案】D 【解析】解：线圈从到做自由落体运动，在点开始进入磁场切割磁感线所以受到安培力，由于线圈的上下边的距离很短，所以经历很短的变速运动而进入磁场，以后线圈中磁通量不变不产生感应电流，在处不受安培力，但线圈在重力作用下依然加速，因此从处切割磁感线所受安培力必然大于处。 故选：。 2.（多选）(2026·广东省·单元测试)间距为的平行光滑金属导轨、固定在水平绝缘桌面上，整个装置处于竖直向下的磁场中，沿方向建立坐标，磁感应强度大小随坐标的关系为、均为大于零的常数。将质量为的金属杆锁定在坐标原点处，、间接一恒流装置，该装置可使回路保持恒定的电流，电流方向由到，如图所示。某时刻解除锁定的同时对施加一个大小为、方向沿轴正方向的恒定外力，使从静止开始向右运动，始终与导轨垂直且接触良好。则在运动过程中，金属杆() A.做变加速运动 B.最大位移为 C.最大速度为 D.速度达到最大时的坐标值为 【答案】AC 【解析】A、由于金属杆长度、电流均恒定，磁感应强度随坐标线性增加，由安培力公式知：， 金属杆的合外力为：，可知合外力随发生线性变化，由牛顿第二定律可知其加速度也随发生线性变化，所以金属杆做变加速运动，故A正确； B、金属杆所受合外力随坐标变化的图像为 其中当时，解得。 在金属杆从静止开始向右运动的过程中，合外力做的功为零时，其位移最大，根据图线与轴所围的面积表示做功的多少，可知图像与轴所围的两个三角形面积相等，可得，故B错误； 、当合外力为零、加速度为零时速度最大，即速度达到最大时的坐标值为，此过程合外力做功由所围的面积可得： 设最大速度为，由动能定理得：，解得：，故C正确，D错误。 故选：。 3.（多选）(2026·江西省·期中考试)足够长的光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨左端连接电容为的电容器，导轨间距为，磁感应强度大小为、方向竖直向下的匀强磁场穿过导轨所在平面。一根质量为的导体棒垂直静置在导轨上，俯视图如图甲。时刻导体棒在水平拉力作用下从静止开始向右运动，电容器两极板间电势差随时间变化的图象如图乙所示图中和已知，则() A.导体棒的加速度大小为 B.水平拉力的大小为 C.通过导体棒的电流大小为 D.时间内导体棒克服安培力所做的功为 【答案】ACD 【解析】解：、电容器两极板间电势差，根据乙图可知：，所以有：，解得导体棒的加速度，故A正确； C、时间内通过导体棒的电荷量，解得通过导体棒的电流大小为，故C正确； B、对导体棒根据牛顿第二定律可得：，解得，故B错误； D、时间内安培力所做的功为，，解得：，安培力做负功，故D正确。 4.(2026·广东省东莞市·其他类型)如图所示，两根平行光滑金属导轨和放置在水平面内，其间距，磁感应强度的匀强磁场垂直导轨平面向下。两导轨之间连接的电阻，在导轨上有一金属棒，其接入电路的电阻，金属棒与导轨垂直且接触良好。在棒上施加水平拉力使其以速度向右匀速运动，设金属导轨足够长。求： 金属棒产生的感应电动势； 通过电阻的电流大小和方向； 水平拉力的大小。 【答案】根据法拉第电磁感应定律得： 根据楞次定律，回路中的电流方向为逆时针方向，即， 则通过电阻的方向为从通过流向， 根据欧姆定律，电流大小为 导体棒匀速运动，则水平拉力大小于等于安培力，则有 代入数据解得：。 5.(2026·山东省烟台市·其他类型)电磁驱动式无绳电梯具有高效、安静、环保等优点，如图所示为一种电磁驱动无绳电梯简化模型图，两根相距为的平行直导轨竖直放置，励磁装置在导轨间各区域产生图中所示垂直导轨平面的磁场，每个磁场区域的长度和高度都是，磁感应强度大小均为，但相邻的两个磁场区域磁感应强度方向相反。图中黑色正方形线框固定在电梯轿厢里轿厢未画出，线框平面与导轨平面平行，边长也为，其总电阻为。时，励磁装置使整个导轨间磁场一起向上以加速度匀加速运动，使正方形线框获得牵引力，从而驱动电梯运行。已知电梯轿厢的总质量为，运动中所受的空气及摩擦阻力恒为，重力加速度为。 求电梯轿厢开始向上运动的时刻； 时刻，电梯轿厢的加速度达到，求电梯轿厢此时的速度。 【答案】时刻磁场的速度为， 线框中感应电动势为， 线框所受安培力大小为， 可得， 根据共点力平衡条件得， 解得； 时刻，电梯轿厢的加速度达到， 此时线框所受安培力大小为， 由牛顿第二定律得， 解得 6.(2026·江苏省·联考题)如图所示，和是两根互相平行、竖直放置的光滑金属导轨固定在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向里，磁感应强度大小为，已知导轨足够长，间距，且电阻不计。是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆，杆质量、电阻。开始时，将开关断开，让杆由静止开始自由下落，经时间，将闭合。重力加速度取。试求： 闭合开关瞬间杆的速度； 闭合开关瞬间杆切割磁感线产生的电动势； 闭合开关后，杆下落的最终速度。 【答案】闭合开关瞬间杆的速度，方向竖直向下； 闭合开关瞬间，杆切割磁感线产生的电动势； 闭合后，金属杆做加速度越来越小的减速运动，最后匀速下降，匀速运动时 即 解得，方向竖直向下。 7.(2026·四川省成都市·模拟题)电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度，其原理可用来研制新武器和航天运载器。电磁轨道炮示意如图，图中直流电源电动势为，电容器的电容为。两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为，电阻不计。炮弹可视为一质量为、电阻为的金属棒，垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨良好接触。首先开关接，使电容器完全充电。然后将接至，导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为的匀强磁场图中未画出，开始向右加速运动。当上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时，回路中电流为零，达到最大速度，之后离开导轨。问： 磁场的方向； 刚开始运动时加速度的大小； 离开导轨后电容器上剩余的电荷量是多少。 【答案】电容器上端带正电，通过的电流方向向下，由左手定则可知，磁场方向垂直于导轨平面向下。 电容器完全充电后，两极板间电压为，当开关接时，电容器放电，设刚放电时流经的电流为，有 设受到的安培力为，有 由牛顿第二定律，有 联立以上各式，解得。 当电容器充电完毕时，设电容器上电量荷为，有 开关接后，开始向右加速运动，速度达到最大值时，设上的感应电动势为，有 由题意有 设在此过程中的平均电流为，上受到的平均安培力为，有 由动量定理，有 又 联立以上各式，解得。 8.(2026·安徽省·期中考试)如图所示，两根足够长光滑平行金属导轨、固定在倾角的绝缘斜面上，底部接有一阻值的定值电阻，轨道上端开口，间距，整个装置处于磁感应强度的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上。质量的金属棒置于导轨上，通过细线细线与导轨平行经定滑轮与质量为的小物块相连。金属棒在导轨间的电阻，导轨电阻不计。金属棒由静止释放到匀速运动前，电阻产生的焦耳热量总共为，金属棒与导轨接触良好，不计空气阻力，，，，求： 金属棒匀速运动时的速度大小； 金属棒沿导轨运动过程中，电阻上的最大电功率； 从金属棒开始运动至达到最大速度过程中，流过电阻的总电荷量。 【答案】解：设金属棒匀速运动时的速度大小为 此时金属棒产生的感应电动势 通过棒的电流 棒受到的安培力大小，方向沿导轨向下 棒匀速运动时，根据平衡条件得： 即 代入数据解得； 匀速运动时棒中电流最大，且为 电阻上的最大电功率 联立解得； 设金属棒从开始运动到最大速度沿导轨运动的距离为，由能量守恒得 根据焦耳定律得 解得 从金属棒开始运动至达到最大速度过程中，流过电阻的总电荷量 根据闭合电路欧姆定律得 根据法拉第电磁感应定律得 联立解得。 9.(2026·山东省德州市·其他类型)如图甲所示，两根足够长的光滑平行长直导轨、沿斜面方向固定在斜面上，该斜面与水平面间的夹角，两导轨间距为，其电阻不计，底端、之间连接一阻值为的定值电阻，导轨所在的空间存在方向垂直于轨道平面向下的匀强磁场，磁感应强度的大小随着时间变化的图像如图乙所示。一质量为、长度为、电阻值为的金属杆垂直于导轨放置并且和导轨接触良好，杆和之间距离为。现在杆的中点处系一根不可伸长的轻绳，绳子跨过定滑轮与一质量为的物块相连接，滑轮左侧轻绳与导轨平面保持平行。已知在时间内，金属杆在沿斜面方向的外力作用下保持静止状态。时刻撤去外力，金属杆从静止开始运动，当物块下落的高度为时，物块开始做匀速运动。重力加速度为，。求： 外力随时间的变化关系式； 从时刻到物块开始做匀速运动的时间内，通过电阻的电荷量； 从时刻到物块开始做匀速运动的时间内，金属杆所产生的热量。 【答案】解：由平衡条件得： 。 时间内，通过电阻的电荷量为： 联立得 从到物块开始做匀速运动的时间内 ， ， ， 可得： 在时间内，金属杆产生的焦耳热为， 联立 物块做匀速运动时，由平衡条件得： 解得： 从到物块开始做匀速运动的时间内，回路中产生的焦耳热为，金属杆产生的焦耳热为，由能量守恒定律可得： 综合提升练 1．（2022·天津·高考真题）如图所示，边长为a的正方形铝框平放在光滑绝缘水平桌面上，桌面上有边界平行、宽为b且足够长的匀强磁场区域，磁场方向垂直于桌面，铝框依靠惯性滑过磁场区域，滑行过程中铝框平面始终与磁场垂直且一边与磁场边界平行，已知，在滑入和滑出磁场区域的两个过程中（　　） A．铝框所用时间相同 B．铝框上产生的热量相同 C．铝框中的电流方向相同 D．安培力对铝框的冲量相同 【答案】D 【解析】A．铝框进入和离开磁场过程，磁通量变化，都会产生感应电流，受向左安培力而减速，完全在磁场中运动时磁通量不变做匀速运动；可知离开磁场过程的平均速度小于进入磁场过程的平均速度，所以离开磁场过程的时间大于进入磁场过程的时间，A错误； C．由楞次定律可知，铝框进入磁场过程磁通量增加，感应电流为逆时针方向；离开磁场过程磁通量减小，感应电流为顺时针方向，C错误； D．铝框进入和离开磁场过程安培力对铝框的冲量为 又 得 D正确； B．铝框进入和离开磁场过程，铝框均做减速运动，可知铝框进入磁场过程的速度一直大于铝框离开磁场过程的速度，根据 可知铝框进入磁场过程受到的安培力一直大于铝框离开磁场过程受到的安培力，故铝框进入磁场过程克服安培力做的功大于铝框离开磁场过程克服安培力做的功，即铝框进入磁场过程产生的热量大于铝框离开磁场过程产生的热量，B错误。 故选D。 2．（2023·北京·高考真题）如图所示，光滑水平面上的正方形导线框，以某一初速度进入竖直向下的匀强磁场并最终完全穿出。线框的边长小于磁场宽度。下列说法正确的是（） A．线框进磁场的过程中电流方向为顺时针方向 B．线框出磁场的过程中做匀减速直线运动 C．线框在进和出的两过程中产生的焦耳热相等 D．线框在进和出的两过程中通过导线横截面的电荷量相等 【答案】D 【解析】A．线框进磁场的过程中由楞次定律知电流方向为逆时针方向，A错误； B．线框出磁场的过程中，根据 E=Blv 联立有 由于线框出磁场过程中由左手定则可知线框受到的安培力向左，则v减小，线框做加速度减小的减速运动，B错误； C．由能量守恒定律得线框产生的焦耳热 Q=FAL 其中线框进出磁场时均做减速运动，但其进磁场时的速度大，安培力大，产生的焦耳热多，C错误； D．线框在进和出的两过程中通过导线横截面的电荷量 其中 ， 则联立有 由于线框在进和出的两过程中线框的位移均为L，则线框在进和出的两过程中通过导线横截面的电荷量相等，故D正确。 故选D。 3．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）如图，光滑水平面上存在竖直向上、宽度d大于的匀强磁场，其磁感应强度大小为B。甲、乙两个合金导线框的质量均为m，长均为，宽均为L，电阻分别为R和。两线框在光滑水平面上以相同初速度并排进入磁场，忽略两线框之间的相互作用。则（） A．甲线框进磁场和出磁场的过程中电流方向相同 B．甲、乙线框刚进磁场区域时，所受合力大小之比为 C．乙线框恰好完全出磁场区域时，速度大小为0 D．甲、乙线框从刚进磁场区域到完全出磁场区域产生的焦耳热之比为 【答案】D 【解析】A．根据楞次定律，甲线框进磁场的过程电流方向为顺时针，出磁场的过程中电流方向为逆时针，故A错误； B．甲线框刚进磁场区域时，合力为， 乙线框刚进磁场区域时，合力为， 可知； 故B错误； CD．假设甲乙都能完全出磁场，对甲根据动量定理有， 同理对乙有， 解得， 故甲恰好完全出磁场区域，乙完全出磁场区域时，速度大小不为0；由能量守恒可知甲、乙线框从刚进磁场区域到完全出磁场区域产生的焦耳热分别为， 即； 故C错误，D正确。 故选D。 4．（多选）（2022·全国甲卷·高考真题）如图，两根相互平行的光滑长直金属导轨固定在水平绝缘桌面上，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Q，合上开关S后，（　　） A．通过导体棒电流的最大值为 B．导体棒MN向右先加速、后匀速运动 C．导体棒速度最大时所受的安培力也最大 D．电阻R上产生的焦耳热大于导体棒上产生的焦耳热 【答案】AD 【解析】MN在运动过程中为非纯电阻，MN上的电流瞬时值为 A．当闭合的瞬间，，此时MN可视为纯电阻R，此时反电动势最小，故电流最大 故A正确； B．当时，导体棒加速运动，当速度达到最大值之后，电容器与MN及R构成回路，由于一直处于通路的形式，由能量守恒可知，最后MN终极速度为零，故B错误； C．MN在运动过程中为非纯电阻电路，MN上的电流瞬时值为 当时，MN上电流瞬时为零，安培力为零此时，MN速度最大，故C错误； D．在MN加速度阶段，由于MN反电动势存在，故MN上电流小于电阻R上的电流，电阻R消耗电能大于MN上消耗的电能（即），故加速过程中，；当MN减速为零的过程中，电容器的电流和导体棒的电流都流经电阻R形成各自的回路，因此可知此时也是电阻R的电流大于MN的电流，综上分析可知全过程中电阻R上的热量大于导体棒上的热量，故D正确。 故选AD。 5．（2021·天津·高考真题）如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨、间距，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成角，N、Q两端接有的电阻。一金属棒垂直导轨放置，两端与导轨始终有良好接触，已知的质量，电阻，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。在平行于导轨向上的拉力作用下，以初速度沿导轨向上开始运动，可达到最大速度。运动过程中拉力的功率恒定不变，重力加速度。 （1）求拉力的功率P； （2）开始运动后，经速度达到，此过程中克服安培力做功，求该过程中沿导轨的位移大小x。 【答案】（1）；（2） 【解析】（1）在运动过程中，由于拉力功率恒定，做加速度逐渐减小的加速运动，速度达到最大时，加速度为零，设此时拉力的大小为F，安培力大小为，有 设此时回路中的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律，有 设回路中的感应电流为I，由闭合电路欧姆定律，有 ，受到的安培力 由功率表达式，有 联立上述各式，代入数据解得 （2）从速度到的过程中，由动能定理，有 代入数据解得 6．（2020·江苏·高考真题）如图所示，电阻为的正方形单匝线圈的边长为，边与匀强磁场边缘重合。磁场的宽度等于线圈的边长，磁感应强度大小为。在水平拉力作用下，线圈以的速度向右穿过磁场区域。求线圈在上述过程中： (1)感应电动势的大小E； (2)所受拉力的大小F； (3)感应电流产生的热量Q。 【答案】(1)0.8V；(2)0.8N；(3)0.32J 【解析】(1)由题意可知当线框切割磁感线是产生的电动势为 (2)因为线框匀速运动故所受拉力等于安培力，有 根据闭合电路欧姆定律有 结合(1)联立各式代入数据可得F=0.8N； (3)线框穿过磁场所用的时间为 故线框穿越过程产生的热量为 7．（2022·湖北·高考真题）如图所示，高度足够的匀强磁场区域下边界水平、左右边界竖直，磁场方向垂直于纸面向里。正方形单匝线框abcd的边长L=0.2m、回路电阻R=1.6×103Ω、质量m=0.2kg。线框平面与磁场方向垂直，线框的ad边与磁场左边界平齐，ab边与磁场下边界的距离也为L。现对线框施加与水平向右方向成θ=45°角、大小为的恒力F，使其在图示竖直平面内由静止开始运动。从ab边进入磁场开始，在竖直方向线框做匀速运动；dc边进入磁场时，bc边恰好到达磁场右边界。重力加速度大小取g=10m/s2，求： （1）ab边进入磁场前，线框在水平方向和竖直方向的加速度大小； （2）磁场的磁感应强度大小和线框进入磁场的整个过程中回路产生的焦耳热； （3）磁场区域的水平宽度。 【答案】（1）ax=20m/s2，ay=10m/s2；（2）B=0.2T，Q=0.4J；（3）X=1.1m 【解析】（1）ab边进入磁场前，对线框进行受力分析，在水平方向有 max=Fcosθ 代入数据有 ax=20m/s2 在竖直方向有 may=Fsinθ-mg 代入数据有 （2）ab边进入磁场开始，ab边在竖直方向切割磁感线；ad边和bc边的上部分也开始进入磁场，且在水平方向切割磁感线。但ad和bc边的上部分产生的感应电动势相互抵消，则整个回路的电源为ab，根据右手定则可知回路的电流为adcba，则ab边进入磁场开始，ab边受到的安培力竖直向下，ad边的上部分受到的安培力水平向右，bc边的上部分受到的安培力水平向左，则ad边和bc边的上部分受到的安培力相互抵消，故线框abcd受到的安培力的合力为ab边受到的竖直向下的安培力。由题知，线框从ab边进入磁场开始，在竖直方向线框做匀速运动，有 Fsinθ-mg-BIL=0 联立有 B=0.2T 由题知，从ab边进入磁场开始，在竖直方向线框做匀速运动；dc边进入磁场时，bc边恰好到达磁场右边界。则线框进入磁场的整个过程中，线框受到的安培力为恒力，则有 Q=W安=BILy y=L Fsinθ-mg=BIL 联立解得 Q=0.4J （3）线框从开始运动到进入磁场的整个过程中所用的时间为 联立解得 t=0.3s 由（2）分析可知线框在水平方向一直做匀加速直线运动，则在水平方向有 则磁场区域的水平宽度 X=x+L=1.1m 2/2 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题强化：电磁感应中的动力学和能量问题 目录 1 4 考点一 电磁感应中的平衡和动力学问题 4 考向1：电磁感应中的平衡问题 5 考向2：电磁感应中的动力学问题 5 考点二 电磁感应中的能量问题 7 10 基础巩固练 10 综合提升练 14 核心考点 1.动力学问题： 核心思想：对切割磁感线的导体棒（或线框）进行受力分析，应用牛顿第二定律分析其运动过程。 两种典型状态： 非平衡态（动态过程）：金属棒受到合外力，做加速度减小的加速或减速运动，直到加速度为0进入平衡态。 平衡态（终极状态）：金属棒所受合外力为零，做匀速直线运动（或静止）。对应最大速度（收尾速度）。 常见模型： 单棒+电阻：基础模型，通常求收尾速度。 单棒+电容器：电容充电，棒做匀加速直线运动（加速度恒定），因为I=C·B·L·a为恒量，安培力为恒力。 双棒模型：两根棒在导轨上切割，可能满足系统动量守恒（无外力时）或受外力共同作用。 2.能量问题： 核心思想：电磁感应现象中，克服安培力做的功完全或部分转化为回路的总焦耳热。 功能关系： 安培力做正功→电能转化为机械能（如电磁驱动）。 安培力做负功→机械能（或其他形式能）转化为电能（如杆切割磁感线）。 求焦耳热的三种途径：功能关系、能量守恒定律、焦耳定律。 考情透析 1.题型与难度：高考的必考压轴重难点，通常以计算题（整道）或选择题（综合性强）出现。难度较高，是区分拔尖学生的关键。 2.命题规律： 高频考查： 单棒+电阻（或电容）模型的动力学与能量问题（求最大速度、瞬时加速度、焦耳热等）。 双棒模型（等间距或不等间距导轨）中动量守恒与能量守恒的综合应用。 线框穿过磁场的动力学与能量分析（进入过程、完全进入过程、离开过程）。 常规考法： 给出光滑导轨（或考虑摩擦），一根导体棒在恒定外力或变力作用下运动，求最终速度、某段过程的电荷量、焦耳热等。 线框从某一高度下落进入磁场，分析其运动状态，求产生的热量或通过某截面的电荷量。 创新考法： 与动量定理（或动量守恒）深度结合：利用-BIL·Δt=mΔv求导体棒的位移x或时间t。 含电容器模型：电容器的充放电过程与导体棒受力和运动的综合。 与能量守恒结合：考查系统内能（摩擦生热）与焦耳热的区别，或斜面、多过程问题中的能量转化。 3.考查方向：侧重受力与运动状态的完整分析、对“收尾速度”的推导与理解、“克服安培力做功等于回路总焦耳热”这一结论的熟练应用、复杂情境下（如斜面、双棒）能量转化关系的梳理。 素养对接 1.模型建构与动态分析：将复杂的“杆+导轨”系统抽象为“棒切割磁感线（电源）+电阻（负载）”的模型，并能够分析一个物理量（如速度v）的变化如何引起其他量（如安培力F安、加速度a）的连锁变化，直至达到平衡态（a=0）。培养系统思维与动态归零的分析素养。 2.守恒与转化思想： 收入-支出-结余：在分析能量时，明确“输入的能量”（如拉力做功）转化为“输出的能量”（焦耳热、摩擦生热）和“储存的能量”（动能、重力势能）。 功能关系等效：深刻领悟“克服安培力做的总功”恒等于“回路中产生的总焦耳热”，这是连接力学与电磁学的能量桥梁。 3.动量与动力学的综合：当电磁感应过程时间很短、力是变力时，用牛顿定律难以求解位移、时间，此时动量定理（I_冲=ΔP）是破局利器，将电流的时间累积（q）与速度变化相关联。培养从不同视角（力、能、动量）分析问题的灵活思维。 4.极值与临界思维：在求最大速度、最大加速度、产生最大焦耳热时，需要明确平衡态（a=0）往往是极值态；当速度为零或达到最大时，往往是某些临界条件满足的时刻。 学习目标 1.知识目标： 能写出安培力的常用表达式：F安=B²L²v/(R+r)（单棒模型）。 能说出最大速度（收尾速度）的求解方法。 能说出回路总焦耳热的三种计算方法（克服安培力做功、能量守恒、焦耳定律）。 能说出动量定理在电磁感应中应用的典型形式。 2.能力目标： 动态分析能力：能根据导体棒的初始条件（速度、所受外力），分析其加速度、安培力、速度如何变化，最终判断其运动状态。 守恒计算能力：能熟练运用功能关系和能量守恒定律，求解电磁感应过程中的位移、速度、热量等物理量。 模型迁移能力：能识别“单棒”、“双棒”、“线框”不同的物理模型，并分别应用对应的动力学和能量规律。 备考建议 1.熟练“单棒+电阻”模型的动力学与能量分析，这是基础： 模板： ①受力分析、②列牛顿定律、③求收尾速度、④能量守恒。 2.重点区分“克服安培力做功”与“焦耳热”的关系： 结论：在纯电阻电路中（无电容器、无其他电源），克服安培力所做的总功，等于回路中产生的总焦耳热。这是一个极其有用的结论，可以直接跳过复杂的电流计算，从能量角度得出总发热量。 注意：如果需要求某一段特定电阻上的发热量，需要按电阻的比例分配（串联电路中Q∝R）。 3.熟练分析“线框穿过磁场”问题： 分段分析： 进入磁场：在安培力阻力下做减速运动（可能匀减速也可能变减速，取决于外力情况）。 完全在磁场中：磁通量不变，无感应电流，只受重力（或外力）作用运动。 离开磁场：做减速运动（与进入类似，但方向相反）。 功能关系： 进入和离开过程，重力做的功+安培力做的功=动能变化量。 若只有重力做功，则减少的重力势能=线框获得的动能+产生的焦耳热。 4.强化易错点专项训练： 易错点一：“收尾速度”模型的前提不清。只有当合力为零时才有最大速度，若合力一直不为零（如持续受恒力），速度不会达到最大值。 易错点二：混淆回路总焦耳热与某电阻上的焦耳热。Q_总包含所有电阻（电源内阻r和外电阻R）产生的焦耳热。题目若问“电阻R上产生的热量”，需用QR=[R/(R+r)]·Q总。 易错点三：误以为安培力总是做负功。在电磁驱动现象（如异步电动机、电磁炮）中，安培力是动力，做正功，将电能转化为机械能。 易错点四：对F安=B²L²v/(R+r)公式的“瞬时性”掌握不够。该公式是瞬时值，适用于导体棒有瞬时速度v时计算安培力。不能用它计算整个过程的平均安培力（除非速度是线性变化）。 考点一 电磁感应中的平衡和动力学问题 【必备知识回顾】 1.导体棒的动力学分析 电磁感应现象中产生的感应电流在磁场中受到安培力的作用，从而影响导体棒(或线圈)的受力情况和运动情况。涉及安培力大小、方向的分析。 2．两种状态及处理方法 状态 特征 处理方法 平衡态 加速度为零 根据平衡条件列式分析 非平衡态 加速度不为零 根据牛顿第二定律进行分析或结合功能关系进行分析 3．力学对象和电学对象的相互关系 抓住“两个研究对象”“四步分析” 关注两个“桥梁”：联系力学对象与电学对象的“桥梁”——感应电流I、切割速度v 【重难模型精讲】 考向1：电磁感应中的平衡问题 【典例1】(2026·湖北省武汉市·其他类型)如图所示，两固定的绝缘斜面倾角均为，上沿相连。细金属棒仅标出端和仅标出端长度均为，质量分别为和，用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路导线的电阻忽略不计，并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上，两金属棒水平。右斜面上存在匀强磁场，磁感应强度大小为，方向垂直于斜面向上。已知两根导线刚好不在磁场中，两金属棒的电阻均为，两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为，重力加速度大小为，金属棒匀速下滑。下列说法正确的是() A.作用在金属棒上的安培力大小为 B.、两点的电势差为 C.金属棒运动的速度大小为 D.、减少的机械能等于系统产生的焦耳热 考向2：电磁感应中的动力学问题 【典例2】(2026·北京市·期末考试)如图所示，间距为的两倾斜且平行的金属导轨固定在绝缘的水平面上，金属导轨与水平面之间的夹角为，电阻不计，空间存在垂直于金属导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为，导轨上端接有阻值为的定值电阻。质量为的导体棒从金属导轨上某处由静止释放，开始运动时间后做匀速运动，速度大小为，且此阶段通过定值电阻的电量为。已知导轨平面光滑，导体棒的电阻为，重力加速度为，下列说法正确的是() A.导体棒先做匀加速运动，后做匀速运动 B.导体棒稳定的速度大小 C.导体棒从释放到其速度稳定的过程中，其机械能的减少量等于电阻产生的焦耳热 D.导体棒从释放到其速度稳定的过程中，位移大小为 【变式训练与拓展】 【变式1】（多选）(2026·山东省烟台市·其他类型)年月，国家卫健委举行新闻发布会，宣布启动“体重管理年”活动，更多的人走进了健身房。某健身器的简化装置如图所示，整个装置倾斜放置，与水平面的夹角为，两侧平行金属导轨相距为，导轨上端接一阻值为的电阻，下端接一电容为的电容器。在导轨间长为的区域内存在磁感应强度大小为、方向垂直导轨平面向下的匀强磁场，质量为的金属棒水平置于导轨上，用平行两侧导轨的绝缘绳索通过定滑轮与拉杆相连。金属棒向上运动时，闭合，断开，向下运动时，断开，闭合。开始时金属棒静止在磁场下方某位置处，电容器不带电，一位健身者用恒定的拉力竖直向下拉动拉杆，金属棒进入磁场时恰好做匀速运动，再经时间运动至磁场中间位置时撤去拉力，金属棒恰好能运动到磁场上边界，然后金属棒从磁场上边界由静止开始下滑。其它电阻不计、忽略一切摩擦以及拉杆和绳索的质量，金属棒始终与导轨垂直且接触良好，重力加速度为。下列说法正确的是() A.撤去拉力后金属棒向上做匀减速直线运动 B.拉力的大小为 C.金属棒在磁场中向下运动时做匀加速直线运动 D.电容器储存的电场能最大值为 【变式2】（多选）(2026·湖南省·月考试卷)如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻，导轨的端点、用电阻可以忽略的导线相连，两导轨间的距离。有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面向里，已知磁感应强度与时间的关系为，为大于零的比例系数。一电阻不计、质量为的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直且接触良好。在时刻，金属杆紧靠在、端，在平行于导轨的外力作用下，杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的右端滑动，下列说法正确的是() A.导线中感应电流的方向由指向 B.时刻感应电动势的大小 C.时刻导体棒所受安培力 D.在时间内，作用在金属杆上外力的冲量 【变式3】(2026·河北省·期末考试)如图甲所示，轻质细线吊着一质量、边长、匝数的正方形线框，线框总电阻。线圈最下方的导线有垂直纸面向里的匀强磁场，磁场分布在边长为正方形内，磁场一半处于线框内，磁感应强度大小随时间变化关系如图乙所示，重力加速度。求： 时刻穿过线圈的磁通量； 时间内线圈产生的电流大小； 时轻质细线的拉力大小。 【方法规律】 用“四步法”分析电磁感应中的动力学问题 考点二 电磁感应中的能量问题 【必备知识回顾】 1.电磁感应中的能量转化 闭合电路的部分导体做切割磁感线运动产生感应电流，通有感应电流的导体在磁场中受安培力。外力克服安培力做功，将其他形式的能转化为电能；通有感应电流的导体在磁场中通过受安培力做功或通过电阻发热，使电能转化为其他形式的能。 电磁感应现象中能量转化的实质是其他形式的能和电能之间的转化。如图所示。 2.求解电磁感应中的焦耳热Q的三种方法 焦耳定律 Q＝I2Rt，电流、电阻都不变时适用 功能关系 Q＝W克服安培力，任意情况都适用 能量转化 Q＝ΔE其他能的减少量，任意情况都适用 【重难模型精讲】 【典例3】（多选）(2026·浙江省·期中考试)如图甲所示，在半径为的圆形区域内存在垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度大小随时间变化如图乙所示。同一平面内有边长为的金属框，总电阻为，边与圆形磁场区域的直径重合。则() A.时，框中的感应电动势大小为 B.时，框中的电流为 C.时间内，框中产生的焦耳热为 D.时间内，框中产生的焦耳热为 【变式训练与拓展】 【变式4】(2026·江苏省·单元测试)如图所示，相距为的足够长平行光滑金属导轨、与水平面间夹角为，处于磁感应强度大小为、方向竖直向上的匀强磁场中，导轨上端接有一电阻水平导体棒以速度沿导轨匀速下滑，棒与导轨垂直且接触良好已知重力加速度为，导体棒的质量为，则() A.导体棒中电流方向为 B.回路中的电动势为 C.导体棒受到的安培力大小为 D.回路中的电功率为 【变式5】（多选）(2026·湖北省黄冈市·其他类型)如图所示，线框、边长为、电阻不计，三条短边、、长均为、电阻均为，位于线框正中间。线框下方有一宽度为的有界匀强磁场，磁感应强度大小为，边与磁场边界平行，当距磁场上边界一定高度时无初速释放线框，线框边进入磁场时线框恰好匀速运动，下落过程中线框始终在竖直面内，已知线框质量为，重力加速度为，则下列判断正确的是() A.线框通过磁场过程中流过边的电流不变 B.线框通过磁场过程中、两点间电势差始终为 C.释放时边到磁场上边界高度为 D.整个过程中边产生的焦耳热一定为 【变式6】(2026·广东省·单元测试)如图所示，两根足够长的光滑金属导轨、平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为。一根质量为的金属杆放在两导轨上，并与导轨垂直。、两点间接有阻值为的电阻，其余部分电阻不计。装置处于磁感应强度为的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上。让金属杆沿导轨由静止开始下滑，下降高度时达到最大速度。金属杆下滑时与导轨接触良好，已知重力加速度为。求： 金属杆由静止释放瞬间的加速度大小； 金属杆最大速度的大小； 从静止到最大速度的过程中，电阻上产生的热量。 【方法规律】 电磁感应现象中能量问题的计算： (1)回路中电流稳定时，可利用电路知识，由W＝UIt，Q＝I2Rt直接计算。 (2)若电流变化，则利用功能关系、能量守恒定律解决。 基础巩固练 1.(2026·吉林省吉林市·期末考试)如图，空间某区域中有一匀强磁场，磁感应强度方向水平，且垂直于纸面向里，磁场上边界和下边界水平．在竖直面内有一矩形金属线圈，线圈上下边的距离很短，下边水平。线圈从水平面开始下落。已知磁场上下边界之间的距离大于水平面、之间的距离。若线圈下边刚通过水平面、位于磁场中和时，线圈所受到的磁场力的大小分别为、和，则() A. B. C. D. 2.（多选）(2026·广东省·单元测试)间距为的平行光滑金属导轨、固定在水平绝缘桌面上，整个装置处于竖直向下的磁场中，沿方向建立坐标，磁感应强度大小随坐标的关系为、均为大于零的常数。将质量为的金属杆锁定在坐标原点处，、间接一恒流装置，该装置可使回路保持恒定的电流，电流方向由到，如图所示。某时刻解除锁定的同时对施加一个大小为、方向沿轴正方向的恒定外力，使从静止开始向右运动，始终与导轨垂直且接触良好。则在运动过程中，金属杆() A.做变加速运动 B.最大位移为 C.最大速度为 D.速度达到最大时的坐标值为 3.（多选）(2026·江西省·期中考试)足够长的光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨左端连接电容为的电容器，导轨间距为，磁感应强度大小为、方向竖直向下的匀强磁场穿过导轨所在平面。一根质量为的导体棒垂直静置在导轨上，俯视图如图甲。时刻导体棒在水平拉力作用下从静止开始向右运动，电容器两极板间电势差随时间变化的图象如图乙所示图中和已知，则() A.导体棒的加速度大小为 B.水平拉力的大小为 C.通过导体棒的电流大小为 D.时间内导体棒克服安培力所做的功为 4.(2026·广东省东莞市·其他类型)如图所示，两根平行光滑金属导轨和放置在水平面内，其间距，磁感应强度的匀强磁场垂直导轨平面向下。两导轨之间连接的电阻，在导轨上有一金属棒，其接入电路的电阻，金属棒与导轨垂直且接触良好。在棒上施加水平拉力使其以速度向右匀速运动，设金属导轨足够长。求： 金属棒产生的感应电动势； 通过电阻的电流大小和方向； 水平拉力的大小。 5.(2026·山东省烟台市·其他类型)电磁驱动式无绳电梯具有高效、安静、环保等优点，如图所示为一种电磁驱动无绳电梯简化模型图，两根相距为的平行直导轨竖直放置，励磁装置在导轨间各区域产生图中所示垂直导轨平面的磁场，每个磁场区域的长度和高度都是，磁感应强度大小均为，但相邻的两个磁场区域磁感应强度方向相反。图中黑色正方形线框固定在电梯轿厢里轿厢未画出，线框平面与导轨平面平行，边长也为，其总电阻为。时，励磁装置使整个导轨间磁场一起向上以加速度匀加速运动，使正方形线框获得牵引力，从而驱动电梯运行。已知电梯轿厢的总质量为，运动中所受的空气及摩擦阻力恒为，重力加速度为。 求电梯轿厢开始向上运动的时刻； 时刻，电梯轿厢的加速度达到，求电梯轿厢此时的速度。 6.(2026·江苏省·联考题)如图所示，和是两根互相平行、竖直放置的光滑金属导轨固定在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向里，磁感应强度大小为，已知导轨足够长，间距，且电阻不计。是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆，杆质量、电阻。开始时，将开关断开，让杆由静止开始自由下落，经时间，将闭合。重力加速度取。试求： 闭合开关瞬间杆的速度； 闭合开关瞬间杆切割磁感线产生的电动势； 闭合开关后，杆下落的最终速度。 7.(2026·四川省成都市·模拟题)电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度，其原理可用来研制新武器和航天运载器。电磁轨道炮示意如图，图中直流电源电动势为，电容器的电容为。两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为，电阻不计。炮弹可视为一质量为、电阻为的金属棒，垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨良好接触。首先开关接，使电容器完全充电。然后将接至，导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为的匀强磁场图中未画出，开始向右加速运动。当上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时，回路中电流为零，达到最大速度，之后离开导轨。问： 磁场的方向； 刚开始运动时加速度的大小； 离开导轨后电容器上剩余的电荷量是多少。 8.(2026·安徽省·期中考试)如图所示，两根足够长光滑平行金属导轨、固定在倾角的绝缘斜面上，底部接有一阻值的定值电阻，轨道上端开口，间距，整个装置处于磁感应强度的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上。质量的金属棒置于导轨上，通过细线细线与导轨平行经定滑轮与质量为的小物块相连。金属棒在导轨间的电阻，导轨电阻不计。金属棒由静止释放到匀速运动前，电阻产生的焦耳热量总共为，金属棒与导轨接触良好，不计空气阻力，，，，求： 金属棒匀速运动时的速度大小； 金属棒沿导轨运动过程中，电阻上的最大电功率； 从金属棒开始运动至达到最大速度过程中，流过电阻的总电荷量。 9.(2026·山东省德州市·其他类型)如图甲所示，两根足够长的光滑平行长直导轨、沿斜面方向固定在斜面上，该斜面与水平面间的夹角，两导轨间距为，其电阻不计，底端、之间连接一阻值为的定值电阻，导轨所在的空间存在方向垂直于轨道平面向下的匀强磁场，磁感应强度的大小随着时间变化的图像如图乙所示。一质量为、长度为、电阻值为的金属杆垂直于导轨放置并且和导轨接触良好，杆和之间距离为。现在杆的中点处系一根不可伸长的轻绳，绳子跨过定滑轮与一质量为的物块相连接，滑轮左侧轻绳与导轨平面保持平行。已知在时间内，金属杆在沿斜面方向的外力作用下保持静止状态。时刻撤去外力，金属杆从静止开始运动，当物块下落的高度为时，物块开始做匀速运动。重力加速度为，。求： 外力随时间的变化关系式； 从时刻到物块开始做匀速运动的时间内，通过电阻的电荷量； 从时刻到物块开始做匀速运动的时间内，金属杆所产生的热量。 综合提升练 1．（2022·天津·高考真题）如图所示，边长为a的正方形铝框平放在光滑绝缘水平桌面上，桌面上有边界平行、宽为b且足够长的匀强磁场区域，磁场方向垂直于桌面，铝框依靠惯性滑过磁场区域，滑行过程中铝框平面始终与磁场垂直且一边与磁场边界平行，已知，在滑入和滑出磁场区域的两个过程中（　　） A．铝框所用时间相同 B．铝框上产生的热量相同 C．铝框中的电流方向相同 D．安培力对铝框的冲量相同 2．（2023·北京·高考真题）如图所示，光滑水平面上的正方形导线框，以某一初速度进入竖直向下的匀强磁场并最终完全穿出。线框的边长小于磁场宽度。下列说法正确的是（） A．线框进磁场的过程中电流方向为顺时针方向 B．线框出磁场的过程中做匀减速直线运动 C．线框在进和出的两过程中产生的焦耳热相等 D．线框在进和出的两过程中通过导线横截面的电荷量相等 3．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）如图，光滑水平面上存在竖直向上、宽度d大于的匀强磁场，其磁感应强度大小为B。甲、乙两个合金导线框的质量均为m，长均为，宽均为L，电阻分别为R和。两线框在光滑水平面上以相同初速度并排进入磁场，忽略两线框之间的相互作用。则（） A．甲线框进磁场和出磁场的过程中电流方向相同 B．甲、乙线框刚进磁场区域时，所受合力大小之比为 C．乙线框恰好完全出磁场区域时，速度大小为0 D．甲、乙线框从刚进磁场区域到完全出磁场区域产生的焦耳热之比为 4．（多选）（2022·全国甲卷·高考真题）如图，两根相互平行的光滑长直金属导轨固定在水平绝缘桌面上，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Q，合上开关S后，（　　） A．通过导体棒电流的最大值为 B．导体棒MN向右先加速、后匀速运动 C．导体棒速度最大时所受的安培力也最大 D．电阻R上产生的焦耳热大于导体棒上产生的焦耳热 5．（2021·天津·高考真题）如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨、间距，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成角，N、Q两端接有的电阻。一金属棒垂直导轨放置，两端与导轨始终有良好接触，已知的质量，电阻，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。在平行于导轨向上的拉力作用下，以初速度沿导轨向上开始运动，可达到最大速度。运动过程中拉力的功率恒定不变，重力加速度。 （1）求拉力的功率P； （2）开始运动后，经速度达到，此过程中克服安培力做功，求该过程中沿导轨的位移大小x。 6．（2020·江苏·高考真题）如图所示，电阻为的正方形单匝线圈的边长为，边与匀强磁场边缘重合。磁场的宽度等于线圈的边长，磁感应强度大小为。在水平拉力作用下，线圈以的速度向右穿过磁场区域。求线圈在上述过程中： (1)感应电动势的大小E； (2)所受拉力的大小F； (3)感应电流产生的热量Q。 7．（2022·湖北·高考真题）如图所示，高度足够的匀强磁场区域下边界水平、左右边界竖直，磁场方向垂直于纸面向里。正方形单匝线框abcd的边长L=0.2m、回路电阻R=1.6×103Ω、质量m=0.2kg。线框平面与磁场方向垂直，线框的ad边与磁场左边界平齐，ab边与磁场下边界的距离也为L。现对线框施加与水平向右方向成θ=45°角、大小为的恒力F，使其在图示竖直平面内由静止开始运动。从ab边进入磁场开始，在竖直方向线框做匀速运动；dc边进入磁场时，bc边恰好到达磁场右边界。重力加速度大小取g=10m/s2，求： （1）ab边进入磁场前，线框在水平方向和竖直方向的加速度大小； （2）磁场的磁感应强度大小和线框进入磁场的整个过程中回路产生的焦耳热； （3）磁场区域的水平宽度。 2/2 学科网（北京）股份有限公司 $