压轴专题09 电磁感应中的单双棒问题-2024年高考物理压轴题专项训练（全国通用）

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一、以核心和主干知识为重点。构建知识结构体系，确定每一个专题的内容，在教学中突出知识的内在联系与综合。
二、注重情景与过程的理解与分析。善于构建物理模型，明确题目考查的目的，恰当运用所学知识解决问题：情景是考查物理知识的载体。
三、加强能力的提升与解题技巧的归纳总结。学生能力的提升要通过对知识的不同角度、不同层面的训练来实现。
四、精选训练题目，使训练具有实效性、针对性。
五、把握高考热点、重点和难点。
充分研究近5年全国和各省市考题的结构特点，把握命题的趋势和方向，确定本轮复习的热点与重点，使本轮复习更具有针对性、方向性。对重点题型要强化训练，举一反三、触类旁通，注重解题技巧的提炼，充分提高学生的应试能力。
压轴题09 电磁感应中的单双棒问题
电磁感应中的单双棒问题在高考物理中占据着举足轻重的地位，是考查学生对电磁感应现象和力学知识综合运用能力的关键考点。
在命题方式上，电磁感应中的单双棒问题通常会以综合性较强的题目形式出现，结合电磁感应定律、安培力、牛顿第二定律等知识点，考查学生对电磁感应现象中导体棒的运动状态、受力情况、能量转化等问题的理解和分析。题目可能要求考生分析导体棒在磁场中的运动轨迹、速度变化、加速度大小等，也可能要求考生求解导体棒产生的感应电动势、感应电流等物理量。
备考时，考生应首先深入理解电磁感应的基本原理和单双棒问题的特点，掌握电磁感应定律、安培力、牛顿第二定律等相关知识点的应用。同时，考生需要熟悉各种类型题目的解题方法和技巧，例如通过分析导体棒受力情况、运用动量定理和能量守恒定律等方法求解问题。
考向一：不含容单棒问题
考向二：含容单棒问题
考向三：双棒问题
01 不含容单棒问题
1．如图所示，间距为的平行导轨固定在水平绝缘桌面上，导轨右端接有定值电阻，阻值为，垂直导轨的虚线和之间存在磁感应强度大小为、方向竖直向上的匀强磁场，其中导轨的和段光滑。在虚线左侧、到的距离为的位置垂直导轨放置质量为的导体棒，现给处于静止状态的导体棒一个水平向右的恒力作用，经过时撤去恒力，此时导体棒的速度大小，经过时导体棒的速度大小。已知恒力大小为，导体棒始终与导轨垂直且接触良好，导体棒接入电路的电阻为，重力加速度为，导轨电阻不计，下列说法正确的是（ ）
A．导体棒与左侧导轨之间的动摩擦因数为0.66
B．导体棒经过磁场的过程中，通过导体棒的电荷量为
C．导体棒经过磁场的过程中，导体棒上产生的热量为
D．虚线和之间的距离为
02 含容单棒问题
2．如图所示，间距为L、竖直固定的两根光滑直杆abcd、下端之间接有定值电阻R，上端接有电容为C、不带电的电容器，bc和两小段等高、长度不计且用绝缘材料平滑连接，ab、cd、、电阻均不计。两杆之间存在磁感应强度大小为B、方向垂直两杆所在平面向里的匀强磁场。现有一个质量为m、电阻不计、两端分别套在直杆上的金属棒，时在大小为4mg（g为重力加速度大小）、方向竖直向上的拉力作用下由静止开始竖直向上运动，速度稳定后，在时到达位置，在位置，瞬间为电容器充电，金属棒速度突变，之后金属棒继续向上运动，在时金属棒未碰到电容器。金属棒在运动过程中始终与两直杆垂直且接触良好，电容器始终未被击穿，则（ ）
A．时金属棒的速度大小为B．内金属棒上升的高度为
C．内通过金属棒的电流随时间逐渐增大D．内金属棒做加速度逐渐减小的加速运动
03 等间距双棒问题
3．如图所示，MN、PQ是相距为的两平行光滑金属轨道，倾斜轨道MC、PD分别与足够长的水平直轨道CN、DQ平滑相接。水平轨道CN、DQ处于方向竖直向下、磁感应强度大小为的匀强磁场中。质量、电阻、长度的导体棒a静置在水平轨道上，与a完全相同的导体棒b从距水平轨道高度的倾斜轨道上由静止释放，最后恰好不与a相撞，运动过程中导体棒a、b始终与导轨垂直且接触良好，导轨电阻不计，重力加速度g取。下列说法正确的是（ ）

A．棒b刚进入磁场时的速度大小为
B．棒b刚进入磁场时，棒a所受的安培力大小为
C．整个过程中，通过棒a的电荷量为
D．棒a的初始位置到CD的距离为
04 不等间距双棒问题
4．如图所示，用金属制成的平行导轨由水平和弧形两部分组成，水平导轨窄轨部分间距为，有竖直向上的匀强磁场，宽轨部分间距为，有竖直向下的匀强磁场；窄轨和宽轨部分磁场的磁感应强度大小分别为和，质量均为金属棒垂直于导轨静止放置。现将金属棒自弧形导轨上距水平导轨高度处静止释放，两金属棒在运动过程中始终相互平行且与导轨保持良好接触，两棒接入电路中的电阻均为，其余电阻不计，宽轨和窄轨都足够长，棒始终在窄轨磁场中运动，棒始终在宽轨磁场中运动，重力加速度为，不计一切摩擦。下列说法不正确的是（ ）
A．棒刚进入磁场时，棒的加速度方向水平向左
B．从棒进入磁场到两棒达到稳定过程，棒和棒组成的系统动量守恒
C．从棒进入磁场到两棒达到稳定过程，通过棒的电量为
D．从棒进入磁场到两棒达到稳定过程，棒上产生的焦耳热为
1．（2024·辽宁·三模）如图甲所示，纸面内有和两光滑导体轨道，与平行且足够长，与成135°角，两导轨左右两端接有定值电阻，阻值分别为R和。一质量为m、长度大于导轨间距的导体棒横跨在两导轨上，与轨道接触于G点，与轨道接触于H点。导体棒与轨道垂直，间距为L，导体棒与b点间距也为L。以H点为原点、沿轨道向右为正方向建立x坐标轴。空间中存在磁感应强度大小为B、垂直纸面向里的匀强磁场。某时刻，导体棒获得一个沿x轴正方向的初速度，同时受到沿x轴方向的外力F作用，其运动至b点前的速度的倒数与位移关系如图乙所示。导体棒运动至b点时撤去外力F，随后又前进一段距离后停止运动，整个运动过程中导体棒与两导轨始终接触良好，不计导轨及导体棒的电阻。以下说法正确的是（ ）
A．流过电阻R的电流方向为
B．导体棒在轨道上通过的距离为
C．撤去外力F前，流过电阻R的电流为
D．导体棒运动过程中，电阻产生的焦耳热为
2．（2024·山西·二模）如图甲所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ倾斜固定，间距，电阻不计。导轨平面与水平面间的夹角，上端MP间接有阻值的电阻，整个装置处于方向垂直于导轨平面向下的匀强磁场中。一质量、阻值的金属棒在外力作用下垂直于导轨放置，撤去外力后，棒沿MN方向的位移x与时间t的关系如图乙所示，其中1.0~1.5s间为直线。已知棒运动过程中始终垂直于导轨，且在0~1.0s内通过棒的电荷量是1.0~1.5s内通过棒的电荷量的倍，g取，下列说法正确的是（ ）
A．图乙中1.5s时对应的纵坐标是2.7m
B．匀强磁场的磁感应强度为0.5T
C．0~1.0s内通过电阻R的电荷量是0.5C
D．0~1.5s内电阻R产生的热量1.2J
3．（2024·山东泰安·二模）如图所示，电阻不计的两光滑平行金属导轨相距，固定在水平绝缘桌面上，左侧圆弧部分处在竖直平面内，其间接有一电容为的电容器，右侧平直部分处在磁感应强度为。方向竖直向下的匀强磁场中，末端与桌面边缘平齐。电阻为的金属棒ab垂直于两导轨放置且与导轨接触良好，质量为。棒ab从导轨左端距水平桌面高处无初速度释放，离开水平直导轨前已匀速运动。已知电容器的储能，其中C为电容器的电容，U为电容器两端的电压，不计空气阻力，重力加速度。则金属棒ab在沿导轨运动的过程中（ ）
A．通过金属棒ab的电荷量为
B．通过金属棒ab的电荷量为
C．金属棒ab中产生的焦耳热为
D．金属棒ab中产生的焦耳热为
4．（2024·辽宁朝阳·三模）如图所示，有两根足够长、间距为L的光滑竖直金属导轨，导轨上端接有开关、电阻、电容器，其中电阻的阻值为R，电容器（不会被击穿）的电容为C，质量为m的金属棒MN水平放置，整个装置放在垂直导轨平面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，不计金属棒和导轨的电阻。闭合某一开关，让MN沿导轨由静止开始释放，金属棒MN和导轨始终接触良好，重力加速度大小为g。在金属棒MN沿导轨下滑的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．只闭合开关，金属棒MN先做匀加速运动，后做匀速运动
B．只闭合开关，通过金属棒MN的电流为
C．只闭合开关，金属棒MN先做加速运动，后做匀速运动
D．若只闭合开关，金属棒MN下降的高度为h时速度大小为v，则所用的时间为
5．（2024·福建·三模）如图甲所示，M、N是两根固定在水平面内的平行金属长导轨，导轨间距为L，电阻不计。两虚线PQ、ST与导轨垂直，PQ左侧存在竖直向上的匀强磁场，ST右侧存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小均为B。质量为m的金属棒ab与导轨垂直，静置在左侧磁场中。位于两虚线之间的金属棒cd与导轨夹角为，在外力作用下以速度v向右始终做匀速直线运动，从c端进入右侧磁场时开始计时，回路中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示，图中部分为直线，为已知量，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则（ ）
A．cd棒全部进入磁场时，cd棒产生的电动势大小为BLv
B．时刻cd棒所受的安培力大小为
C．时刻ab棒的速度大小为
D．时间内，通过回路某截面电荷量为
6．（2024·湖南岳阳·三模）如图所示，两平行光滑长直金属导轨水平放置，间距为L。abcd区域有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向竖直向上。初始时刻，磁场外的细金属杆M以初速度向右运动。磁场内的细金属杆N处于静止状态，且到cd的距离为。两杆在磁场内未相撞且N出磁场时的速度为，两金属杆与导轨接触良好且运动过程中始终与导轨垂直。金属杆M质量为2m，金属杆N质量为m，两杆在导轨间的电阻均为R，感应电流产生的磁场及导轨的电阻忽略不计。下列说法正确的是（ ）
A．M刚进入磁场时M两端的电势差
B．N在磁场内运动过程中N上产生的热量
C．N在磁场内运动过程中的最小加速度的大小
D．N在磁场内运动的时间
7．（2024·山东·模拟预测）如图所示，固定在水平面内的光滑不等距平行轨道处于竖直向上、大小为B的匀强磁场中，ab段轨道宽度为2L，bc段轨道宽度是L，ab段轨道和bc段轨道都足够长，将质量均为m、接入电路的电阻均为R的金属棒M和N分别置于轨道上的ab段和bc段，且与轨道垂直。开始时金属棒M和N均静止，现给金属棒M一水平向右的初速度，不计导轨电阻，则（ ）

A．M棒刚开始运动时的加速度大小为
B．金属棒M最终的速度为
C．金属棒N最终的速度为
D．整个过程中通过金属棒的电量为
8．（2024·湖南·模拟预测）如图所示，光滑水平导轨分为宽窄两段（足够长，电阻不计），相距分别为0.5 m和0.3 m，两个材料、粗细都相同的导体棒分别放在两段导轨上，导体棒长度分别与导轨等宽，已知放在窄端的导体棒的质量为0.6 kg，电阻为0.3 Ω，整个装置处于垂直导轨平面向下的匀强磁场中，磁感应强度为1 T，现用的水平向右的恒力拉动，一段时间后，回路中的电流保持不变，下列说法正确的是（ ）

A．在整个运动过程中，两棒的距离先变大后不变
B．回路中稳定的电流大小为5 A
C．若在回路中的电流不变后某时刻，的速度为4 m/s，则的速度为20 m/s
D．若在回路中的电流不变后某时刻，的速度为4 m/s，则整个装置从静止开始运动了3.5 s
9．（2024·江西上饶·二模）图示装置可以用来说明电动汽车“动能回收”系统的工作原理。光滑平行金属导轨MN、PQ固定在绝缘水平桌面上，ab为垂直于导轨的导体棒，轨道所在空间存在竖直向下的匀强磁场。当开关接1时，ab由静止开始运动，当ab达到一定速度后，把开关接2，如果把电阻换为储能元件就能实现“动能回收”。已知轨道间距，磁感应强度，电源电动势，内电阻，电阻，导体棒ab质量，电阻，导体棒与导轨接触良好，导轨电阻不计且足够长。求：
（1）开关与1接通的瞬间导体棒ab获得的加速度大小；
（2）当导体棒ab达到最大速度时，将开关与2接通，求开关与2接通后直至ab棒停止运动的过程中流过导体棒ab的电量及电阻产生的热量。
10．（2024·山西太原·一模）如图所示，两平行且等长的粗䊁金属导轨ab、cd间距为L，倾斜角度为θ，ab、cd之间有垂直导轨平面斜向上的匀强磁场，磁感应强度的大小为B1，ac之间电容器的电容为C1。光滑等长的水平金属导轨ef、gh间距为L，ef、gh之间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度的大小为B2，fh之间电容器的电容为C2。质量为m的金属棒PQ垂直导轨放置，在沿斜面向上恒力F的作用下由静止开始运动，经过时间t后以速度v飞出导轨，同时撤去F，PQ水平跃入ef、gh导轨，PQ始终与ef、gh导轨垂直。导轨与棒的电阻均不计，重力加速度为g，求：
（1）金属棒PQ分别在B1、B2中运动时电流的方向；（请分别说明P→Q或Q→P）
（2）导轨ef、gh足够长，电容器C2带电量的最大值；
（3）金属棒PQ与导轨ab、cd的动摩擦因数。
11．（2024·山西朔州·二模）如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨固定在水平面内，两导轨之间的距离为d=1m，导轨所在空间GH到JK之间存在垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B=0.5T，GH到JK之间的距离为L=3.0m。质量均为m=0.2kg、长度均为d=1m，阻值均为R=0.5Ω的导体棒a和导体棒b静止放置在导轨上。初始时，导体棒b在JK的左侧且到JK的距离为L1=1m，导体棒a在GH的左侧。现给导体棒a一个水平向右的初速度v0=6m/s，导体棒b经过JK时的速度大小为v1=2m/s，已知两导体棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，两导体棒没有发生碰撞，求：
（1）导体棒a刚经过GH瞬间，导体棒b的加速度大小；
（2）导体棒a从GH运动到JK的过程中，导体棒a上产生的焦耳热。
12．（2024·浙江·二模）如图，两根光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上，左、右两侧导轨间距分别为d和2d，处于竖直向上的磁场中，磁感应强度大小分别为2B和B，导轨右侧连接一个电容为C的电容器。已知导体棒MN的电阻为R、长度为d，质量为m，导体棒PQ的电阻为2R、长度为2d，质量为2m。初始时刻开关断开，两棒静止，两棒之间压缩一轻质绝缘弹簧（但不链接），弹簧的压缩量为L。释放弹簧，恢复原长时MN恰好脱离轨道，PQ的速度为v，并触发开关闭合。整个过程中两棒保持与导轨垂直并接触良好，右侧导轨足够长，所有导轨电阻均不计。求
（1）脱离弹簧瞬间PQ杆上的电动势多大？PQ两点哪点电势高？
（2）刚要脱离轨道瞬间，MN所受安培力多大？
（3）整个运动过程中，通过PQ的电荷量为多少？
模型
规律
阻尼式（导轨光滑）
1、力学关系：；
2、能量关系：
3、动量电量关系：；
电动式（导轨粗糙）
1、力学关系：；
2、动量关系：
3、能量关系：
4、稳定后的能量转化规律：
5、两个极值：（1）最大加速度：v=0时,E反=0,电流、加速度最大。
；；
最大速度：稳定时，速度最大，电流最小。

发电式（导轨粗糙）
1、力学关系：
2、动量关系：
3、能量关系：
4、稳定后的能量转化规律：
5、两个极值：
（1）最大加速度：当v=0时，。
（2）最大速度：当a=0时，
模型
规律
放电式（先接1，后接2。导轨光滑）
电容器充电量：
放电结束时电量：
电容器放电电量：
动量关系：；
功能关系：
无外力充电式（导轨光滑）
达到最终速度时：
电容器两端电压：（v为最终速度）
电容器电量：
动量关系：；
有外力充电式（导轨光滑）
力学关系：
电流大小：
加速度大小：
模型
规律
无外力等距式（导轨光滑）
电流大小：
稳定条件：两棒达到共同速度
动量关系：
能量关系：；
有外力等距式（导轨光滑）
电流大小：
力学关系：；。（任意时刻两棒加速度）
稳定条件：当a2＝a1时，v2-v1恒定；I恒定；FA恒定；两棒匀加速。
稳定时的物理关系：
；；；

无外力不等距式
（导轨光滑）
动量关系：；
稳定条件：
最终速度：；
能量关系：
电量关系：
有外力不等距式
（导轨光滑）
F为恒力，则：
稳定条件：，I恒定，两棒做匀加速直线运动
常用关系：
常用结果：

此时回路中电流为：与两棒电阻无关