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2023高考物理二轮总复习 专题微课4-3 电磁感应中的导体棒运动模型 课件PPT
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这是一份2023高考物理二轮总复习 专题微课4-3 电磁感应中的导体棒运动模型 课件PPT，共36页。PPT课件主要包含了答案AD，答案ABD，答案BD，答案AB，答案D，答案BC等内容，欢迎下载使用。
因“遗漏金属杆MN中的电动势”而导致解题失误2．(2021·广东高考)(多选)如图所示，水平放置足够长光滑金属导轨abc和de，ab与de平行，bc是以O为圆心的圆弧导轨。圆弧be左侧和扇形Obc内有方向如图所示的匀强磁场。金属杆OP的O端与e点用导线相接，P端与圆弧bc接触良好，初始时，可滑动的金属杆MN静止在平行导轨上。若杆OP绕O点在匀强磁场区内从b到c匀速转动时，回路中始终有电流，则此过程中，下列说法正确的有 ( )A．杆OP产生的感应电动势恒定B．杆OP受到的安培力不变C．杆MN做匀加速直线运动D．杆MN中的电流逐渐减小
防误点：金属杆OP转动切割磁感线，产生感应电动势，MN中由于受安培力作用开始运动，由于遗漏金属杆MN运动切割磁感线产生的电动势，误认为杆MN做匀加速直线运动。
因“不能正确分析感生和动生电动势”而忍痛放弃3．(2021·山东等级考)(多选)如图所示，电阻不计的光滑U形金属导轨固定在绝缘斜面上。区域Ⅰ、Ⅱ中磁场方向均垂直斜面向上，Ⅰ区中磁感应强度随时间均匀增加，Ⅱ区中为匀强磁场。阻值恒定的金属棒从无磁场区域中a处由静止释放，进入Ⅱ区后，经b下行至c处反向上行。运动过程中金属棒始终垂直导轨且接触良好。在第一次下行和上行的过程中，以下叙述正确的是 ( )A．金属棒下行过b时的速度大于上行过b时的速度B．金属棒下行过b时的加速度大于上行过b时的加速度C．金属棒不能回到无磁场区D．金属棒能回到无磁场区，但不能回到a处
防误点：金属棒在Ⅱ区中运动时闭合回路中会产生一个感生电动势和一个动生电动势，金属棒下行时，回路中的合电动势等于二者之和，金属棒上行时，回路中的合电动势等于二者之差，学生由于不能正确分析两个电动势及其合成情况，从而导致思维受阻。
加强点(一) “导轨＋单杆”模型
[典例] (2022·湖南高考)(多选)如图，间距L＝1 m的U形金属导轨，一端接有0.1 Ω的定值电阻R，固定在高h＝0.8 m的绝缘水平桌面上。质量均为0.1 kg的匀质导体棒a和b静止在导轨上，两导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直，接入电路的阻值均为0.1 Ω，与导轨间的动摩擦因数均为0.1(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，导体棒a距离导轨最右端1.74 m。整个空间存在竖直向下的匀强磁场(图中未画出)，磁感应强度大小为0.1 T。用F＝0.5 N沿导轨水平向右的恒力拉导体棒a，当导体棒a运动到导轨最右端时，导体棒b刚要滑动，撤去F，导体棒a离开导轨后落到水平地面上。重力加速度取10 m/s2，不计空气阻力，不计其他电阻，下列说法正确的是( )
A．导体棒a离开导轨至落地过程中，水平位移为0.6 mB．导体棒a离开导轨至落地前，其感应电动势不变C．导体棒a在导轨上运动的过程中，导体棒b有向右运动的趋势D．导体棒a在导轨上运动的过程中，通过电阻R的电荷量为0.58 C
[素养训练]1．(2022·济南模拟)(多选)如图所示，在一匀强磁场中有一U形导轨abcd，导轨处于水平面内，磁场与导轨平面垂直，R为一电阻，ef为垂直于ab的一根导体杆，它可在ab、cd上无摩擦地滑动。杆ef及导轨的电阻都忽略不计。开始时，给ef一个向右的初速度，则 ( )A．ef将减速向右运动，但不是匀减速，最后停止B．ef将匀减速向右运动，最后停止C．ef将匀速向右运动D．ef运动的加速度大小与速度大小成正比
2．(多选)如图，两根足够长光滑平行金属导轨PP′、QQ′倾斜放置，倾角为θ，匀强磁场垂直于导轨平面，导轨的上端与水平放置的两金属板M、N相连，金属棒ab水平跨放在导轨上，下滑过程中与导轨接触良好。现由静止释放金属棒ab，假定电容器不会被击穿，忽略一切电阻，则下列说法正确的是 ( )A．金属棒ab下滑过程中M板电势高于N板电势B．金属棒ab匀加速下滑C．金属棒ab最终可能匀速下滑D．金属棒ab下滑过程中减少的重力势能等于其增加的动能
加强点(二) “导轨＋双杆”模型
[典例] (2022·浙江杭州模拟)如图所示，M、N、P、Q四条光滑的金属导轨平行放置，导轨间距分别为2L和L，两组导轨间由导线相连，装置置于水平面内，导轨间存在竖直向下的磁感应强度大小为B的匀强磁场，两根质量均为m，接入电路的电阻阻值均为R的导体棒C、D垂直于导轨放置，开始两导体棒均处于静止状态，不计除导体棒外其余部分的电阻。现给导体棒C一个初速度v0，两导体棒在运动过程中始终与导轨垂直并与导轨接触良好。(1)开始时，导体棒D的加速度为多大？(2)若达到稳定运动时，导体棒C未到两组导轨连接处，导体棒D的稳定速度为多大？(3)若稳定运动后导体棒C到达两组导轨连接处立即静止，此后导体棒D还能运动多远？
[解题指导](1)根据法拉第电磁感应定律求出导体棒切割磁感线产生的感应电动势，再求出电路中的感应电流，由安培力公式求出导体棒D所受的安培力，再根据牛顿第二定律即可求解加速度。(2)达到稳定状态时，电路中的感应电流为零，两棒因切割磁感线而产生的感应电动势大小相等，方向相反，可得出稳定时两棒的速度关系，对C、D两棒运动的全过程，由动量定理列式即可求解出导体棒D的稳定速度。(3)取极短时间，对导体棒D根据动量定理列式，再对运动全程累加，即可求解导体棒D从稳定到停止运动的位移。
2．(2022·沈阳一模)(多选)如图，P、Q是两根固定在水平面内的光滑平行金属导轨，间距为L，导轨足够长且电阻可忽略不计。图中EFHG矩形区域有一方向垂直导轨平面向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。在t＝t1时刻，两均匀金属棒a、b分别从磁场边界EF、GH进入磁场，速度大小均为v0；一段时间后，流经a棒的电流为0，此时t＝t2，b棒仍位于磁场区域内。已知金属棒a、b由相同材料制成，长度均为L，电阻分别为R和2R，a棒的质量为m。在运动过程中两金属棒始终与导轨垂直且接触良好，a、b棒没有相碰，则 ( )
“微课精练”见“微课精练（十八）” (单击进入电子文档)
因“遗漏金属杆MN中的电动势”而导致解题失误2．(2021·广东高考)(多选)如图所示，水平放置足够长光滑金属导轨abc和de，ab与de平行，bc是以O为圆心的圆弧导轨。圆弧be左侧和扇形Obc内有方向如图所示的匀强磁场。金属杆OP的O端与e点用导线相接，P端与圆弧bc接触良好，初始时，可滑动的金属杆MN静止在平行导轨上。若杆OP绕O点在匀强磁场区内从b到c匀速转动时，回路中始终有电流，则此过程中，下列说法正确的有 ( )A．杆OP产生的感应电动势恒定B．杆OP受到的安培力不变C．杆MN做匀加速直线运动D．杆MN中的电流逐渐减小
防误点：金属杆OP转动切割磁感线，产生感应电动势，MN中由于受安培力作用开始运动，由于遗漏金属杆MN运动切割磁感线产生的电动势，误认为杆MN做匀加速直线运动。
因“不能正确分析感生和动生电动势”而忍痛放弃3．(2021·山东等级考)(多选)如图所示，电阻不计的光滑U形金属导轨固定在绝缘斜面上。区域Ⅰ、Ⅱ中磁场方向均垂直斜面向上，Ⅰ区中磁感应强度随时间均匀增加，Ⅱ区中为匀强磁场。阻值恒定的金属棒从无磁场区域中a处由静止释放，进入Ⅱ区后，经b下行至c处反向上行。运动过程中金属棒始终垂直导轨且接触良好。在第一次下行和上行的过程中，以下叙述正确的是 ( )A．金属棒下行过b时的速度大于上行过b时的速度B．金属棒下行过b时的加速度大于上行过b时的加速度C．金属棒不能回到无磁场区D．金属棒能回到无磁场区，但不能回到a处
防误点：金属棒在Ⅱ区中运动时闭合回路中会产生一个感生电动势和一个动生电动势，金属棒下行时，回路中的合电动势等于二者之和，金属棒上行时，回路中的合电动势等于二者之差，学生由于不能正确分析两个电动势及其合成情况，从而导致思维受阻。
加强点(一) “导轨＋单杆”模型
[典例] (2022·湖南高考)(多选)如图，间距L＝1 m的U形金属导轨，一端接有0.1 Ω的定值电阻R，固定在高h＝0.8 m的绝缘水平桌面上。质量均为0.1 kg的匀质导体棒a和b静止在导轨上，两导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直，接入电路的阻值均为0.1 Ω，与导轨间的动摩擦因数均为0.1(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，导体棒a距离导轨最右端1.74 m。整个空间存在竖直向下的匀强磁场(图中未画出)，磁感应强度大小为0.1 T。用F＝0.5 N沿导轨水平向右的恒力拉导体棒a，当导体棒a运动到导轨最右端时，导体棒b刚要滑动，撤去F，导体棒a离开导轨后落到水平地面上。重力加速度取10 m/s2，不计空气阻力，不计其他电阻，下列说法正确的是( )
A．导体棒a离开导轨至落地过程中，水平位移为0.6 mB．导体棒a离开导轨至落地前，其感应电动势不变C．导体棒a在导轨上运动的过程中，导体棒b有向右运动的趋势D．导体棒a在导轨上运动的过程中，通过电阻R的电荷量为0.58 C
[素养训练]1．(2022·济南模拟)(多选)如图所示，在一匀强磁场中有一U形导轨abcd，导轨处于水平面内，磁场与导轨平面垂直，R为一电阻，ef为垂直于ab的一根导体杆，它可在ab、cd上无摩擦地滑动。杆ef及导轨的电阻都忽略不计。开始时，给ef一个向右的初速度，则 ( )A．ef将减速向右运动，但不是匀减速，最后停止B．ef将匀减速向右运动，最后停止C．ef将匀速向右运动D．ef运动的加速度大小与速度大小成正比
2．(多选)如图，两根足够长光滑平行金属导轨PP′、QQ′倾斜放置，倾角为θ，匀强磁场垂直于导轨平面，导轨的上端与水平放置的两金属板M、N相连，金属棒ab水平跨放在导轨上，下滑过程中与导轨接触良好。现由静止释放金属棒ab，假定电容器不会被击穿，忽略一切电阻，则下列说法正确的是 ( )A．金属棒ab下滑过程中M板电势高于N板电势B．金属棒ab匀加速下滑C．金属棒ab最终可能匀速下滑D．金属棒ab下滑过程中减少的重力势能等于其增加的动能
加强点(二) “导轨＋双杆”模型
[典例] (2022·浙江杭州模拟)如图所示，M、N、P、Q四条光滑的金属导轨平行放置，导轨间距分别为2L和L，两组导轨间由导线相连，装置置于水平面内，导轨间存在竖直向下的磁感应强度大小为B的匀强磁场，两根质量均为m，接入电路的电阻阻值均为R的导体棒C、D垂直于导轨放置，开始两导体棒均处于静止状态，不计除导体棒外其余部分的电阻。现给导体棒C一个初速度v0，两导体棒在运动过程中始终与导轨垂直并与导轨接触良好。(1)开始时，导体棒D的加速度为多大？(2)若达到稳定运动时，导体棒C未到两组导轨连接处，导体棒D的稳定速度为多大？(3)若稳定运动后导体棒C到达两组导轨连接处立即静止，此后导体棒D还能运动多远？
[解题指导](1)根据法拉第电磁感应定律求出导体棒切割磁感线产生的感应电动势，再求出电路中的感应电流，由安培力公式求出导体棒D所受的安培力，再根据牛顿第二定律即可求解加速度。(2)达到稳定状态时，电路中的感应电流为零，两棒因切割磁感线而产生的感应电动势大小相等，方向相反，可得出稳定时两棒的速度关系，对C、D两棒运动的全过程，由动量定理列式即可求解出导体棒D的稳定速度。(3)取极短时间，对导体棒D根据动量定理列式，再对运动全程累加，即可求解导体棒D从稳定到停止运动的位移。
2．(2022·沈阳一模)(多选)如图，P、Q是两根固定在水平面内的光滑平行金属导轨，间距为L，导轨足够长且电阻可忽略不计。图中EFHG矩形区域有一方向垂直导轨平面向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。在t＝t1时刻，两均匀金属棒a、b分别从磁场边界EF、GH进入磁场，速度大小均为v0；一段时间后，流经a棒的电流为0，此时t＝t2，b棒仍位于磁场区域内。已知金属棒a、b由相同材料制成，长度均为L，电阻分别为R和2R，a棒的质量为m。在运动过程中两金属棒始终与导轨垂直且接触良好，a、b棒没有相碰，则 ( )
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