2021高考物理一轮复习第十章微专题75电磁感应中的“双杆模型”练习含解析教科版

1、微专题75 电磁感应中的“双杆模型”1(2019山东德州市上学期期末)如图1所示，宽度为l的光滑固定金属导轨由水平部分和倾斜部分组成，水平部分足够长，倾斜部分与水平面的夹角为30.导轨水平部分处于竖直向上的匀强磁场中，倾斜部分处于斜向上与导轨平面垂直的匀强磁场中，两磁场的磁感应强度大小均为b.导体棒ab和cd分别置于导轨的倾斜部分上和水平部分上并保持静止，现将导体棒ab，在距导轨水平部分高度为h处释放，导体棒ab在到达mn处之前已达到稳定的运动状态，在导体棒ab到达mn时再释放导体棒cd，导体棒ab在mn处由倾斜部分进入水平部分时无能量损失已知导体棒ab质量为m，长为l，电阻为r，导体棒cd质

2、量也为m，长为l，电阻为2r，导轨电阻忽略不计，当地重力加速度为g，导体棒ab、cd始终与导轨接触良好，求：图1(1)导体棒ab到达mn之前稳定运动时的速度大小；(2)整个过程中导体棒ab产生的焦耳热；(3)整个过程中通过导体棒ab某一横截面的电荷量2(2020湖北武汉市调研)如图2所示，足够长的金属导轨mnc和pqd平行且间距为l，所在平面与水平面夹角分别为37和53，导轨两侧空间均有垂直导轨平面向下的匀强磁场(图中未画出)，磁感应强度大小为b.均匀金属棒ab和ef质量均为m，长均为l，电阻均为r.运动过程中，两金属棒与导轨保持良好接触，始终垂直于导轨，金属棒ef与导轨间的动摩擦因数为0.5

3、，金属棒ab光滑导轨电阻不计，重力加速度大小为g，sin370.6，cos370.8.图2(1)若将棒ab锁定，静止释放棒ef，求棒ef最终运动速度v1的大小；(2)若棒ef经过时间t达到第(1)问中的速度v1，求此过程中棒ef下滑的距离x；(3)若两金属棒均光滑，同时由静止释放，试在同一图中定性画出两棒运动的vt图线(ab棒取沿轨道向上运动为正方向，ef棒取沿轨道向下运动为正方向)3(2019湖南娄底市下学期质量检测)如图3所示，两固定水平平行金属导轨间距为l，导轨上放着两根相同导体棒ab和cd.已知每根导体棒质量均为m，电阻均为r，导轨光滑且电阻不计，整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，

4、磁感应强度为b，开始时ab和cd两导体棒有方向相反的水平初速度，大小分别为v0和2v0，求：图3(1)从开始到最终稳定的过程中回路总共产生的焦耳热；(2)当ab棒的速度大小变为时：通过cd棒的电荷量q是多少；两棒间的距离增大了多少；回路消耗的电能为多少4(2019安徽皖江名校联盟摸底大联考)如图4所示，宽度为2d与宽度为d的两部分导轨衔接良好固定在水平面上，整个空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为b，长度分别为2d和d的导体棒甲和乙按如图的方式置于导轨上，已知两导体棒的质量均为m、两导体棒单位长度的电阻均为r0，现给导体棒甲一水平向右的初速度v0.假设导轨的电阻忽略不计，导体棒与导轨之

5、间的摩擦忽略不计，且两部分导轨足够长求：图4(1)当导体棒甲开始运动瞬间，甲、乙两棒的加速度大小分别为多大？(2)导体棒甲匀速时的速度大小应为多大？(3)两导体棒从开始运动到刚匀速的过程中两导体棒发生的位移分别是x甲和x乙，试写出两导体棒的位移x甲和x乙之间的关系式答案精析1(1)(2)mgh(3)解析(1)导体棒ab到达mn之前稳定时，由平衡条件得mgsin30ilb，i联立解得：v.(2)导体棒ab进入水平部分后，ab和cd组成的系统动量守恒：mv2mv导体棒ab和cd最终各自的速度大小相同，都为v整个过程中能量守恒mgh2mv2q导体棒ab产生的焦耳热qabq得qabmgh.(3)导体棒

6、ab自开始运动至到达mn的过程中，通过导体棒ab某一横截面的电荷量q1t，由，e、bl可得q1对导体棒cd的运动过程运用动量定理：bl1t1bl2t2bl3t3mv0q21t12t23t3解得q2整个过程中通过导体棒ab某一横截面的电荷量qq1q2.2(1) (2)(3)见解析解析(1)棒ef最终匀速运动，对棒ef受力分析由力的平衡条件有：mgsinmgcosfa1由安培力公式得：fa1bi1l由闭合电路欧姆定律得：i1由法拉第电磁感应定律得：eblv1联立解得：v1.(2)棒ef由静止到速度为v1，经过的时间为t，位移为x，对棒ef，由动量定理得：mgtsinmgtcosb2ltmv10由闭

7、合电路欧姆定律有：2由法拉第电磁感应定律有：回路磁通量的变化为：blx联立解得：x.(3)最终ef沿轨道匀加速下滑，棒ab沿轨道匀加速上滑，加速度相同，其vt图像如下3见解析解析(1)从开始到最终稳定的过程中，两棒的总动量守恒，取水平向右为正方向，由动量守恒定律有：2mv0mv02mv共解得：v共v0由能量守恒定律可得，从开始到最终稳定回路中总共产生的焦耳热为：qmv02m(2v0)2(2m)共2mv02(2)分析两种情况可知，当ab棒的速度大小是时有两种情况：当ab棒的速度未反向，即向左时，设此时cd棒的速度是v1，根据动量守恒得：2mv0mv0mv1m解得：v1.当ab棒的速度反向，即向右

8、时，设此时cd棒的速度是v2，根据动量守恒得：2mv0mv0mv2m解得：v2对cd棒，由动量定理得f安tmv其中f安bil，i，ebl(vcdvab)，qit代入两种情况可得，当vab时，有blq1mv0m解得通过cd棒的电荷量为q1.当vab时，有blq2mv0m解得通过cd棒的电荷量为q2由q解得两棒间的距离增大x1或x2回路消耗的电能e1mv02m(2v0)2m(v0)2m(v0)2mv02或者e2mv02m(2v0)2m(v0)2m(v0)2mv024见解析解析(1)导体棒甲刚开始运动时产生的感应电动势为e2bdv0由题意，整个电路的总电阻为r3dr0由闭合电路的欧姆定律得，电路中的总电流大小为i可得导体棒甲、乙所受的安培力大小分别为f甲，f乙由牛顿第二定律可知导体棒甲、乙的加速度大小分别为a甲，a乙(2)由动量定理，设甲匀速运动时速度