2021年高考物理【臨門一腳】（新高考專用）預測16 導體棒在導軌上運動問題高考預測概率預測☆☆☆☆☆題型預測選擇題☆☆☆☆ 計算題☆考向預測考查集中在楞次定律，法拉第電磁感定律的應用，電磁感應中的圖象問題、電路問題、動力學和能量問題，題型以選擇題為主；計算題常以“導體棒”切割磁感線為背景，還可能會涉及動量的問題。應試必備2知識必備1.常見單桿情景及解題思路常見情景（導軌和桿電阻不計，以水平光滑導軌為例）過程分析三大觀點的應用單桿鼠嚴阻尼式tQ設運動過程中某時刻的速度為上…4位 B2L2vv，加速度為a,a=八，a、Rmv反向，導體棒做減速運動，v]a[，當a=0時，v=0,導體棒做加速度減小的減速運動，最終靜止動力學觀點：分析加速度能量觀點：動能轉化為焦耳熱動量觀點：分析導體棒的位移、通過導體棒的電荷量和時間單桿P發電B\?，式（v『0)N設運動過程中某時刻棒的速度FB2L2v為v，加速度為a=-%A,mmRF恒定時，a、v同向，隨v的增加，a減小，當a=0時，v最大，vm=BL；a恒定時，FB2L2at, _,?、廠,=口+ma,F與t為一次函R數關系動力學觀點：分析最大加速度、最大速度能量觀點：力F做的功等于導體棒的動能與回路中焦耳熱之和動量觀點：分析導體棒的位移、通過導體棒的電荷量含“源”電動式（%=0）開關S閉合，ab棒受到的安培動力學觀點：分析最大加速

,BLE BLE、出力F=-，此時a=就，速度vfoE =BLv]^I\^F=感BIL\o加速度a[，當E感=E時，v最大，且％=BEL度、最大速度能量觀點：消耗的電能轉化為動能與回路中的焦耳熱動量觀點：分析導體棒的位移、通過導體棒的電荷量能量觀點：動能轉化為電場能（忽略電阻）電容器持續充電F—BIL=ma度、最大速度能量觀點：消耗的電能轉化為動能與回路中的焦耳熱動量觀點：分析導體棒的位移、通過導體棒的電荷量能量觀點：動能轉化為電場能（忽略電阻）電容器持續充電F—BIL=ma,AQI=大,AQ=C,AU=CBLAv,a==A，得I恒定，a恒定，導體動力學觀點：求導體棒的加、志群—F速度a=m+B2L2C棒做勻加速直線運動.常見雙桿情景及解題思路常見情景（以水平光滑導軌為例）過程分析三大觀點的應用雙桿切割￡式EQF桿MN做變減速運動，桿PQ做變加速運動，穩定時，兩桿的加速度均為零，以相同的速度勻速運動.對系統動量守恒，對其中某桿適用動量定理動力學觀點：求加速度能量觀點：求焦耳熱動量觀點：整體動量守恒求末速度，單桿動量定理求沖量、電荷量不等距導軌MQM桿MN做變減速運動，桿PQ做變加速運動，穩定時，兩桿的加速度均為零，兩桿以不同的速度做勻速運動，所圍的面積不變.v1L1=v2L2動力學觀點：求加速度能量觀點：求焦耳熱動量觀點：動量不守恒，可分別用動量定理聯立末速度關系求末速度雙桿切割"J仰/M式8多PapQ減小，aMN增大，當apQ=aMN時二者一起勻加速運動，存在穩定的速度差動力學觀點：分別隔離兩導體[+ B212Av B212Av棒，F—R=mPQaR總 總=mMNa，求加速度?法必每1、在電磁感應中，動量定理應用于單桿切割磁感線運動，可求解變力的時間、速度、位移和電荷量.①求電荷量或速度：BILAt=mv2—mv1,q=IAt.TOC\o"1-5"\h\zB2L2vAt 2,2Y②求位移：一 =0—mv，即一F=0—mv.\o"CurrentDocument"R 0 R 0總 總③求時間：(i)-BILAd/其他At=mv2-mv1即一BLq+F其他?At=mv2—mv1已知電荷量q,F其他為恒力，可求出變加速運動的時間.—B2L2vAt 一i）~ +F-At=mv—mv,,vAt=%.R 其他 2 1總若已知位移％,F其他為恒力，也可求出變加速運動的時間.2.對于不在同一平面上運動的雙桿問題，動量守恒定律不適用，可以用對應的牛頓運動定律、能量觀點、動量定理進行解決.真題回顧.（2020.全國高考真題）（多選）如圖，U形光滑金屬框abcd置于水平絕緣平臺上，ab和dc邊平行，和bc邊垂直。ab、dc足夠長，整個金屬框電阻可忽略。一根具有一定電阻的導體棒MN置于金屬框上，用水平恒力F向右拉動金屬框，運動過程中，裝置始終處于豎直向下的勻強磁場中，MN與金屬框保持良好接觸，且與bc邊保持平行。經過一段時間后（ ）A.金屬框的速度大小趨于恒定值B.金屬框的加速度大小趨于恒定值C.導體棒所受安培力的大小趨于恒定值D.導體棒到金屬框bc邊的距離趨于恒定值.（2020.浙江高考真題）如圖甲所示，在X。了水平面內，固定放置著間距為l的兩平行金屬直導軌，其間連接有阻值為R的電阻，電阻兩端連接示波器（內阻可視為無窮大），可動態顯示電阻R兩端的電壓。兩導軌間存在大小為B、方向垂直導軌平面的勻強磁場。t=0時一質量為m、長為l的導體棒在外力F作用下從%=%0。位置開始做簡諧運動，觀察到示波器顯示的電壓隨時間變化的波形是如圖乙所示的正弦曲線。取X=-UT，則簡諧運動的平衡位置在坐標原點0。不計摩擦阻力0 2九Bl和其它電阻，導體棒始終垂直導軌運動。（提示：可以用F-X圖象下的“面積”代表力F所做的功）（1）求導體棒所受到的安培力FA隨時間看的變化規律；（2）求在0至0.25T時間內外力F的沖量；（3）若t=0時外力F。=1N,l=1m,T=2冗s,m=1kg,R=1Q,U=0.5V,B=0.5T，求外力與安培力大小相等時棒的位置坐標和速度。一、單選題1.（2021.四川德陽市?高三三模）如圖所示，在水平面內固定著U形光滑金屬導軌，軌道間距為d=1m,一電阻為R=4Q、質量為m=4kg的金屬導體棒ab，橫放在導軌上，定值電阻R0=6Q（導軌其余部分電阻不計），且與導軌接觸良好。在光滑金屬導軌區域有豎直向下的磁感應強度為B=2T的勻強磁場，金屬桿ab在垂直于桿向右的拉力F作用下，由靜止開始以加速度a=0.5m/s2向右做勻加速直線運動，8s后保持拉力F的功率不變，至直到桿以最大速度做勻速直線運動，則下列說法中正確的是（ ）A.導體棒ab開始運動后，電阻R0中的電流方向是從P流向MB.8s末時刻拉力F的瞬時功率為6.4WC.導體棒ab運動的最大速度為6m/sD.導體棒ab開始運動后任一時刻，拉力F的功率總等于導體棒ab和電阻R0的發熱功率之和2.（2021?四川內江市.高三二模）如圖（a）所示，水平面上固定著兩根間距L=0.5m的光滑平行金屬導軌MN、PQ,M、P兩點間連接一個阻值R=3。的電阻，一根質量m=0.2kg、電阻r=2Q的金屬棒ab垂直于導軌放置。在金屬棒右側兩條虛線與導軌之間的矩形區域內有磁感應強度大小B=2T、方向豎直向_上的勻強磁場，磁場寬度d=5.2m。現對金屬棒施加一個大小F=2N、方向平行導軌向右的恒力，從金屬棒進入磁場開始計時，其運動的v-1圖像如圖（b）所示，運動過程中金屬棒與導軌始終保持良好接觸，導軌電阻不計。則金屬棒（）A.剛進入磁場時，a點電勢高于b點B.剛進入磁場時，通過電阻R的電流大小為0.6AC.通過磁場過程中，通過金屬棒橫截面的電荷量為1.04CD.通過磁場過程中，金屬棒的極限速度為4m/s（2021.江蘇南通市?高三二模）如圖所示，勻強磁場中水平放置兩足夠長的光滑平行金屬導軌，導軌的左側接有不帶電的電容器C。金屬棒ab在導軌上向右運動，運動過程中棒始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸，不計導軌電阻。在10時刻閉合開關S,則金屬棒兩端電壓Uab、速度v、電容器所帶電荷量外回路中電流強度i隨時間t變化的關系圖像可能正確的是（）（2021.全國高三專題練習）如圖所示，導體棒MN和固定導軌Oa、Ob分別由三種不同材料、粗細均勻的導體制成，勻強磁場垂直于Oa、Ob所在的水平面，MN搭放在Oa、Ob上且與Ob垂直。在外力作用下，MN沿Ob方向勻速運動，運動過程中保持與導軌接觸良好。從MN運動到圖示位置開始計時，則MN受到的安培力大小F隨時間變化的圖像可能正確的是（二、多選題（2021?天津高三其他模擬）如圖所示，兩平行光滑的金屬導軌相距L=0.5m,導軌的上端連接一阻值為R=1Q的電阻，導軌平面與水平面間的夾角仇30°,導軌處于磁感應強度大小為B=1T、方向垂直于導軌平面向上的勻強磁場中。一粗細均勻、質量為m=0.5kg的金屬桿ab，從高為h處由靜止釋放，下滑過程始終保持與導軌垂直且接觸良好，金屬桿的電阻為尸0.1Q經過一段時間后，金屬桿達到最大速度也。軌的電阻和空氣阻力均可忽略，重力加速度g取10m/s2。下列結論正確的是（ ）A.金屬桿的最大速度％等于10m/sB.金屬桿的速度為1v時的加速度大小為3.75m/s24m1C.金屬桿從開始運動到滑至底端的整個過程中，電阻R產生的焦耳熱為mgh--mv22m2BLhD.金屬桿從開始運動到滑至底端的整個過程中，通過金屬棒的電荷量為q=-R+r6.（2021?山東高三一模）如圖所示，電阻不計的光滑金屬導軌由直窄軌AB、CD以及直寬軌EF、GH組合而成，窄軌和寬軌均處于同一水平面內，AB、CD等長且與EF、GH均相互平行，BE、GD等長、共線，且均與AB垂直，窄軌間距為L，寬軌間距為L。窄軌和寬軌之間均有豎直向上的磁感強度為B的勻強磁場。由同種材料制成的相同金屬直棒a、b始終與導軌垂直且接觸良好，棒長為L、質量為m、電阻為R。初始時b棒靜止于導軌EF段某位置，a棒從AB段某位置以初速度v0向右運動，且a棒距窄軌右端足夠遠，寬軌EF、GH足夠長。下列判斷正確的是（ ） B 2LvA.a棒剛開始運動時，b棒的加速度大小為—~03mR2B.經過足夠長的時間，a棒的速度為5v02mvC.整個過程中通過回路的電荷量為--05BL1D.整個過程中b棒產生的焦耳熱為—mv2三、解答題(2021.安徽蚌埠市?高三三模)如圖所示，固定在水平面上的光滑平行金屬導軌MN、PQ,間距L=1m,M、P之間連接一阻值為R=2Q的定值電阻，整個裝置處于磁感應強度B=1T的豎直向下的勻強磁場中，質量m=1kg、阻值r=1Q的金屬棒ab垂直放置在平行導軌上，現對ab施加水平外力F使其由靜止開始向右運動，金屬棒運動過程中始終與導軌接觸良好，其余電阻不計。(1)若F=2N,求金屬棒的最大速度；(2)若F的功率一定，金屬棒運動3s后，也以(1)中的最大