高三物理高考复习电磁学导棒问题归类分析

1、电磁学导棒问题归类分析近十年高考物理试卷和理科综合试卷，电磁学的导棒问题复现率高达100%且多为分值较大的计算题.为何导棒问题频繁复现，原因是：导棒问题是高中物理电磁学中常用的最典型的 模型，常涉及力学和热学问题，可综合多个物理高考知识点.其特点是综合性强、类型繁多、 物理过程复杂，有利于对学生综合运用所学的知识从多层面、多角度、全方位分析问题和解 决问题的能力考查；导棒问题是高考中的重点、难点、热点、焦点问题.导棒问题在磁场中大致可分为两类：一类是通电导棒，使之平衡或运动；其二是导棒运动切 割磁感线生电.运动模型可分为单导棒和双导棒.一、通电导棒问题1、竖直放置的两根光滑导轨相距 应强度为B

2、,如图所示，开关接 计，电源电动势为 E,内阻不计, 求导体棒ab的质量mtL,整个空间充满了垂直于导轨平面向外的匀强磁场，磁感1后，导体棒ab能够静止在图中位置，已知导体棒 ab电阻不 电路中电阻为 R变式：如图所示，相距为 d的倾角为“的光滑平行导轨（电源e、r和电阻R均已知）处于竖直向上的匀强磁场B中，一质量为m的导棒恰能处于平衡状态,则该磁场B的大小为囹1-1-1)，间距为L,右侧一电阻 R,空间存在垂直于导轨平面向下二、导棒运动切割磁感线生电（一）单棒问题1、水平面上一光滑导轨（无电阻） 的匀强磁场，磁感应强度为 B, 一导体棒电阻为r,外力F使导体棒匀速运动，求导体棒两端 电压。变

3、式：竖直放置的两根光滑导轨相距L,整个空间充满了垂直于导轨平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B,如图所示，开关接 2后，质量为m导体棒ab从静止开始运动，已知导体棒ab电阻不计，请描述导体棒的运动情况及求出最终的速度为多少？变式：如图所示，水平平行放置的导轨上连有电阻R,并处于垂直轨道平面的匀强磁场中。今从静止起用力拉金属棒 ab(ab与导轨垂直)，若拉力恒定，经时间t1后ab的速度为v,加速 度为al,最终速度可达2v;若拉力的功率恒定，经时间t2后ab的速度也为v,加速度为a2, 最终速度可达2v。求al和a2满足的关系。时金属棒产生感应电动势E= BLv,回路中的电流I =-E所以金图23

4、f =BIL属棒受的安培力_ 2 2B2L2v由牛顿第二定律得F - f = ma1,即 F =ma1F当金属棒达到最终速度为 2V时，匀速运动，则2 22B2L2vR+ r 。解析：在恒力F作用下由静止开始运动，当金属棒的速度为l 2B2L2vF =所以恒为R r2B L v a1 由以上几式可求出m(Rr)设外力的恒定功率为 巳在t2时刻速度为v,加速度为a2,由牛顿第二定律得PB2 L2vF - f = ma2，而F= , f=BIL=vR + r 。最终速度为2V时为匀速运动，则有F = f安，即P _ 2B2L2v2v R ra?2 23B2L2vm(R r)速度为2v时匀速运动，外

5、力的功率等于电功率,E2 _ (BL2v)2 _ 4B2L2v2R r R r R r2 , 2 2-4B L vP 二所以恒定功率R+r 。由以上几式可求出 反思：因为功率 P= Fv, P恒定，那么外力F就随v而变化。要注意分析外力、安培力和加 速度的变化，当加速度为零时，速度达到最大值，安培力与外力平衡。由最大速度可以求出所加的恒力F,由最大速度也可求出恒定的功率P。本题是典型的运用力学观点分析解答的电磁感应问题。注重进行力的分析、运动状态分析以及能的转化分析等。涉及的知识点多， 综合性强，适当训练将有利于培养综合分析问题的能力。在求功率时，也可以根据能量守恒：,运动后产生反电动势(二)

6、双棒问题：电路特点：棒2相当于电源；棒1受安培力而加速起动(2)电流特点：_ Blv2 - B1Vl _ Bl( v2 -v1)I 1RiR2 随着棒2的减速、棒1的加速，两棒的相对速度 v2-v1变小，回路中电流也变小。 TOC o 1-5 h z v1=0时：电流最大BlVov2 =v1 时：电流 I = 01m =Ri r2(3)两棒运动情况：22 12安培力大小：FB=BIl = B l 二 )R R2两棒的相对速度变小，感应电流变小，安培力变小.棒1做加速度变小的加速运动，棒2做加速度变小的减速运动。最终两棒具有共同速度。(4)两个规律：动量规律：两棒受到安培力大小相等方向相反，系统

7、合外力为零，系统动量守恒m2Vo = ( m1m2 )丫共能量转化规律：系统机械能的减小量等于内能的增加量.(类似于完全非弹性碰撞) TOC o 1-5 h z 212 . _一 m2V0 = ( m( + m2 )丫共 + Q2Q “ R ”两棒产生焦耳热之比：Q 11例题、两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平晶2两导价间的距离为L,导轨上面横放着两根导体棒 ab和cd,构成矩形回路。如图 28所示，两根导体棒的质量皆为m电阻皆为R,回路中其余部分的电阻可不计。在整个导轨面内都有竖直向上的匀强磁场，磁场强度为B。设两导棒均可沿导轨无摩擦地滑行。开始时，棒cd静止，棒ab有指向cd的速度V0如图。若两根导体棒在运动中始终不接触。求(1)在运动中产生的焦耳热最多是多少？(2)当棒ab的速度变为初速度的 3/4时，棒cd的加速度时多少？a图28此题将分析双棒的初态、过渡态、终态以及整个过程的运动情况，各个物理量的变化情况和 动量守恒、能量守恒天然联系在一起，确实达到了命题人综合考查考生各方面分析问题和解 决问题能力的目的.充分体现了命题专家以综合见能力的命题意图，即“着眼综合、立足基 础、突出能力.”此题的确是一道经典考题.通过对以上例题的分类处理、解析，从中发现，