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本章学科素养提升1.“杆导轨”模型是电磁感应问题高考命题的“基本道具”,也是高考的热点,考查的知识点多,题目的综合性强,物理情景变化空间大,是我们复习中的难点.“杆导轨”模型又分为“单杆”型和“双杆”型(“单杆”型为重点);导轨放置方式可分为水平、竖直和倾斜;杆的运动状态可分为匀速、匀变速、非匀变速运动等.2.该模型的解题思路(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向;(2)求回路中的电流大小;(3)分析研究导体受力情况(包含安培力,用左手定则确定其方向);(4)列动力学方程或平衡方程求解.例1如图1甲所示,两根足够长平行金属导轨MN、PQ相距为L,导轨平面与水平面夹角为,金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,金属棒的质量为m.导轨处于匀强磁场中,磁场的方向垂直于导轨平面向上,磁感应强度大小为B.金属导轨的上端与开关S、定值电阻R1和电阻箱R2相连.不计一切摩擦,不计导轨、金属棒的电阻,重力加速度为g.现在闭合开关S,将金属棒由静止释放.图1(1)判断金属棒ab中电流的方向;(2)若电阻箱R2接入电路的阻值为0,当金属棒下降高度为h时,速度为v,求此过程中定值电阻上产生的焦耳热Q;(3)当B0.40T,L0.50m,37时,金属棒能达到的最大速度vm随电阻箱R2阻值的变化关系,如图乙所示.取g10m/s2,sin370.60,cos370.80.求R1的阻值和金属棒的质量m.解析(1)由右手定则,金属棒ab中的电流方向由b到a.(2)由能量守恒定律知,金属棒减少的重力势能等于增加的动能和电路中产生的焦耳热之和,即mghmv2Q则Qmghmv2.(3)金属棒达到最大速度vm时,切割磁感线产生的感应电动势:EBLvm由闭合电路的欧姆定律得:I从b端向a端看,金属棒受力如图所示金属棒达到最大速度时,满足:mgsinBIL0由以上三式得vm(R2R1)由题图乙可知:斜率kms1115ms11,纵轴截距vm030m/s所以R1vm0,k解得R12.0,m0.1kg.答案(1)ba(2)mghmv2(3)2.00.1kg解决此类问题要抓住三点1.棒的稳定状态一般是匀速运动(达到最大速度或最小速度,此时合力为零);2.整个电路产生的电能等于克服安培力所做的功;3.电磁感应现象遵从能量守恒定律.分析电磁感应图象问题的思路例2如图2,矩形闭合导体线框在匀强磁场上方,由不同高度静止释放,用t1、t2分别表示线框ab边和cd边刚进入磁场的时刻.线框下落过程形状不变,ab边始终保持与磁场水平边界线OO平行,线框平面与磁场方向垂直.设OO下方磁场区域足够大,不计空气阻力的影响,则下列哪一个图象不可能反映线框下落过程中速度v随时间t变化的规律()图2解析线框在0t1这段时间内做自由落体运动,vt图象为过原点的倾斜直线,t2之后线框完全进入磁场区域中,无感应电流,线框不受安培力,只受重力,线框做匀加速直线运动,vt图象为倾斜直线.t1t2这段时间线框受到安培力作用,线框的运动类型只有三种,即可能为匀速直线运动,也可能为加速度逐渐减小的加速直线
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