2027届新高考物理热点精准复习+电磁感应中的导体棒+导轨问题

2027届新高考物理热点精准复习电磁感应中的导体棒+导轨问题“导体棒+导轨”是电磁感应中一类常见的模型,它可以把力、电、磁融于一体,考查受力分析、牛顿定律、功能关系、能量守恒、动量、安培力、恒定电流等知识点,综合性较强。1.导轨+导体棒模型具有的特点(1)可分为单导体棒型和双导体棒型,放置的方式可分为水平、竖直和倾斜。(2)除了导体棒切割磁感线产生感应电动势之外,模型中可以有电源,也可以没有电源。(3)安培力是变力,导体棒一般做变加速运动,速度稳定时满足受力平衡。(4)导体棒除了受到安培力之外,可以受其他外力,也可以不受其他外力作用。在这一模型中,由于感应电流与导体棒切割磁感线运动的加速度有相互制约的关系,故导体棒一般不是做匀变速运动,而是经历一个动态变化过程再趋向于一个稳定状态,分析这一动态过程进而确定最终状态是解决这类问题的关键。再利用动力学观点分析安培力、合力的变化对运动状态的影响,利用功能关系、能量守恒分析各种形式的能量之间的相互转化及总能量的守恒,解决此类问题。2.常见模型简图

3.解题注意事项(1)用闭合电路欧姆定律计算回路的电流时,电动势是回路的电动势,不是一根导体棒中的电动势,电阻是回路的电阻,而不是一根导体棒的电阻。如在分析双导体棒切割磁感线产生的感应电动势时,可以根据两导体棒分别切割磁感线产生的感应电流的方向来确定,若同向,回路的电动势是二者相加,反之则二者相减。(2)要对导体棒先进行两种分析,一是受力分析,根据楞次定律可知安培力总是阻碍导体棒的相对运动,也可先判断出感应电流方向,再用左手定则判断安培力的方向;二是进行运动情况分析,如双导体棒模型问题一般都涉及最后稳定状态的分析。(3)合理选用物理规律,包括力的平衡条件、动能定理、动量定理、动量守恒定律、机械能守恒定律、能量守恒定律、欧姆定律、焦耳定律、楞次定律、法拉第电磁感应定律等。如“双导体棒”在不等宽导轨上同向运动,两导体棒所受的安培力不等大反向,所以不能利用动量守恒定律解题。角度1

“单棒+导轨”考查电磁感应中的力、电综合问题针对练如图所示,甲图中的电容器C原来不带电,除电阻R外,其余部分电阻均不计,光滑且足够长的导轨水平放置,磁场方向垂直于导轨平面。现给垂直放置于导轨上的导体棒ab水平向右的初速度v,则在甲、乙、丙图三种情形下,导体棒ab最终的运动状态是(

)A.三种情形下导体棒ab最终均做匀速运动B.甲、丙图中导体棒ab最终可能以不同的速度做匀速运动,乙图中导体棒ab最终静止C.甲、丙图中导体棒ab最终将以相同的速度做匀速运动,乙图中导体棒ab最终静止D.甲、乙图两种情况下,电阻R上产生的焦耳热相同答案

B

解析

甲图中,导体棒ab产生感应电动势,对电容器充电,电容器两板间电势差与感应电动势相同时,导体棒ab做向右的匀速直线运动;乙图中,导体棒ab有初速度,切割磁感线,产生感应电流,出现安培力,阻碍其向前运动,其动能转化为内能,最终会静止;丙图中,导体棒ab也有初速度,若初速度较大,产生的感应电动势大于电源电动势,导体棒ab所受的安培力使导体棒ab减速,当感应电动势等于电源电动势时,电流为零,导体棒ab做匀速直线运动,若初速度较小,产生的感应电动势小于电源电动势,导体棒ab所受的安培力使导体棒ab加速,当感应电动势等于电源电动势时,电流为零,导体棒ab做匀速直线运动,若开始时,导体棒ab产生的感应电动势与电源电动势相等,则导体棒ab一直做匀速直线运动。甲图中导体棒ab最终运动的速度与v有关,丙图中导体棒ab最终运动的速度与v无关,与电源电动势有关,B正确,A、C错误。甲图中,导体棒ab的部分动能转化为内能,图乙中,导体棒ab的动能全部转化为内能,故有Q甲<Q乙,D错误。角度2

“双棒+导轨”考查电磁感应中的能量、动量等问题针对练如图所示,两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ放在水平面上,左端向上弯曲,导轨间距为L,电阻不计,水平段导轨所处空间存在方向竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为B。导体棒a、b的质量分别为ma=m,mb=2m,电阻值分别为Ra=R,Rb=2R,长度均为L。导体棒b静止放置在水平导轨上足够远处,与导轨接触良好且与导轨垂直;导体棒a在弧形导轨上距水平面h高度处由静止释放,运动过程中导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直。重力加速度为g。下列说法错误的是(

)

答案

A

角度3

导体棒的有效长度变化,考查电路结构变化针对练(多选)如图所示,光滑的长直金属杆通过两个金属环与一个形状为一个周期内完整正弦函数图像的金属导线ab连接,导线其余部分未与杆接触。金属杆电阻不计,导线电阻为R,a、b间距离为2L,导线构成的形状顶部和底部到杆的距离都是d,在导线和金属杆所在平面内有两个方向相反的有界匀强磁场区域,磁场区域的