专题58 电磁感应中双棒切割模型-2024高考物理二轮复习80模型最新模拟题专项训练

这是一份专题58 电磁感应中双棒切割模型-2024高考物理二轮复习80模型最新模拟题专项训练，文件包含模型58电磁感应中的双棒切割模型原卷版-2024高考物理二轮复习80模型最新模拟题专项训练docx、模型58电磁感应中的双棒切割模型解析版-2024高考物理二轮复习80模型最新模拟题专项训练docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共33页， 欢迎下载使用。

模型58电磁感应中的双棒切割模型
最新高考题
1. （2022天津学业水平选择性考试）如图所示，边长为a的正方形铝框平放在光滑绝缘水平桌面上，桌面上有边界平行、宽为b且足够长的匀强磁场区域，磁场方向垂直于桌面，铝框依靠惯性滑过磁场区域，滑行过程中铝框平面始终与磁场垂直且一边与磁场边界平行，已知，在滑入和滑出磁场区域的两个过程中（ ）
A. 铝框所用时间相同
B. 铝框上产生的热量相同
C. 铝框中的电流方向相同
D. 安培力对铝框的冲量相同
【参考答案】D
【命题意图】本题考查线框通过磁场切割磁感线产生感应电动势和感应电流、楞次定律、安培力、冲量及其相关知识点。
【名师解析】
铝框进入和离开磁场过程，磁通量变化，都会产生感应电流，受向左安培力而减速，完全在磁场中运动时磁通量不变做匀速运动；可知离开磁场过程的平均速度小于进入磁场过程的平均速度，所以离开磁场过程的时间大于进入磁场过程的时间，A错误；
由楞次定律可知，铝框进入磁场过程磁通量增加，感应电流为逆时针方向；离开磁场过程磁通量减小，感应电流为顺时针方向，C错误；
铝框进入和离开磁场过程安培力对铝框的冲量为
又
得，D正确；
铝框进入和离开磁场过程，铝框均做减速运动，可知铝框进入磁场过程的速度一直大于铝框离开磁场过程的速度，根据
可知铝框进入磁场过程受到的安培力一直大于铝框离开磁场过程受到的安培力，故铝框进入磁场过程克服安培力做的功大于铝框离开磁场过程克服安培力做的功，即铝框进入磁场过程产生的热量大于铝框离开磁场过程产生的热量，B错误。
2. （2023高考选择性考试辽宁卷） 如图，两根光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上，左、右两侧导轨间距分别为d和2d，处于竖直向上的磁场中，磁感应强度大小分别为2B和B。已知导体棒MN的电阻为R、长度为d，导体棒PQ的电阻为2R、长度为2d，PQ的质量是MN的2倍。初始时刻两棒静止，两棒中点之间连接一压缩量为L的轻质绝缘弹簧。释放弹簧，两棒在各自磁场中运动直至停止，弹簧始终在弹性限度内。整个过程中两棒保持与导轨垂直并接触良好，导轨足够长且电阻不计。下列说法正确的足（ ）

A. 弹簧伸展过程中、回路中产生顺时针方向的电流
B. PQ速率为v时，MN所受安培力大小为
C. 整个运动过程中，MN与PQ的路程之比为2：1
D. 整个运动过程中，通过MN的电荷量为
【参考答案】AC
【名师解析】
弹簧伸展过程中，根据右手定则可知，回路中产生顺时针方向的电流，选项A正确；任意时刻，设电流为I，则PQ受安培力 ，方向向左；MN受安培力 ，方向向右，可知两棒系统受合外力为零，动量守恒，设PQ质量为2m，则MN质量为m， PQ速率为v时，则
解得
回路的感应电流
MN所受安培力大小为 ，选项B错误；
两棒最终停止时弹簧处于原长状态，由动量守恒可得 ，
可得则最终MN位置向左移动
PQ位置向右移动
因任意时刻两棒受安培力和弹簧弹力大小都相同，设整个过程两棒受的弹力的平均值为F弹，安培力平均值F安，则整个过程根据动能定理 ，
可得 ，选项C正确；
两棒最后停止时，弹簧处于原长位置，此时两棒间距增加了L，由上述分析可知，MN向左位置移动，PQ位置向右移动，则 ，选项D错误。
3．（2023高考北京卷）如图所示，光滑水平面上的正方形导线框，以某一初速度进入竖直向下的匀强磁场并最终完全穿出．线框的边长小于磁场宽度．下列说法正确的是（ ）
A．线框进磁场的过程中电流方向为顺时针方向
B．线框出磁场的过程中做匀减速直线运动
C．线框在进和出的两过程中产生的焦耳热相等
D．线框在进和出的两过程中通过导线横截面的电荷量相等
【参考答案】D
【名师解析】根据楞次定律，线框进磁场的过程中电流方向为逆时针方向，A错误；线框出磁场的过程中受到的安培力为变力，所以线框出磁场的过程中做变减速直线运动，B错误；线框在进和出的两过程中磁通量变化相同，通过线框导线的电荷量相等，克服安培力做功不同，所以产生的焦耳热不相等，D正确C错误。
4. （2022福建高考）如图（a），一倾角为的绝缘光滑斜面固定在水平地面上，其顶端与两根相距为L的水平光滑平行金属导轨相连；导轨处于一竖直向下的匀强磁场中，其末端装有挡板M、N．两根平行金属棒G、H垂直导轨放置，G的中心用一不可伸长绝缘细绳通过轻质定滑轮与斜面底端的物块A相连；初始时刻绳子处于拉紧状态并与G垂直，滑轮左侧细绳与斜面平行，右侧与水平面平行．从开始，H在水平向右拉力作用下向右运动；时，H与挡板M、N相碰后立即被锁定．G在后的速度一时间图线如图（b）所示，其中段为直线．已知：磁感应强度大小，，G、H和A的质量均为，G、H的电阻均为；导轨电阻、细绳与滑轮的摩擦力均忽略不计；H与挡板碰撞时间极短；整个运动过程A未与滑轮相碰，两金属棒始终与导轨垂直且接触良好：，，重力加速度大小取，图（b）中e为自然常数，．求：
（1）在时间段内，棒G的加速度大小和细绳对A的拉力大小；
（2）时，棒H上拉力的瞬时功率；
（3）在时间段内，棒G滑行的距离．
【参考答案】（1） ；；（2）；（3）
【命题意图】此题考查电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、安培力。对速度图像的理解、牛顿运动定律及其相关知识点。
【名师解析】
（1）由图像可得在内，棒G做匀加速运动，其加速度为
依题意物块A的加速度也为，由牛顿第二定律可得
解得细绳受到拉力
（2）由法拉第电磁感应定律与闭合电路欧姆定律推导出“双棒”回路中的电流为
由牛顿运动定律和安培力公式有
由于在内棒G做匀加速运动，回路中电流恒定为，两棒速度差为
保持不变，这说明两棒加速度相同且均为a；
对棒H由牛顿第二定律可求得其受到水平向右拉力
由图像可知时，棒G的速度为
此刻棒H的速度为
其水平向右拉力的功率
．
（3）棒H停止后，回路中电流发生突变，棒G受到安培力大小和方向都发生变化，棒G是否还拉着物块A一起做减速运动需要通过计算判断，假设绳子立刻松弛无拉力，经过计算棒G加速度为
物块A加速度为
说明棒H停止后绳子松弛，物块A做加速度大小为的匀减速运动，棒G做加速度越来越小的减速运动；由动量定理、法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律可以求得，在内
棒G滑行的距离
这段时间内物块A速度始终大于棒G滑行速度，绳子始终松弛。
最新模拟题
1.（2024贵州遵义重点高中期末）. 如图所示，在水平地面上方固定两根足够长的光滑金属导轨，两导轨平行且位于同一水平面内，间距为L。导轨右侧水平地面上固定一倾角为θ的斜面，斜面底端位于导轨右端正下方。在导轨上放置两根相距较远的金属棒ab和cd，两棒质量均为m，长度均为L，电阻均为R。金属导轨间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。开始时cd棒静止，给ab棒一个水平向右的瞬时初速度v0，一段时间后ab棒和cd棒共速，之后cd棒离开导轨无转动地做平抛运动，cd棒落在斜面上时速度恰好与斜面垂直。两棒在导轨上运动过程中均与导轨垂直且接触良好，不计导轨的电阻和空气阻力，重力加速度为g。求：
（1）开始时cd棒的安培力大小；
（2）cd棒做平抛运动的时间；
（3）在两棒共速前，当cd棒的速度为时（），回路中电流I'的大小。

【参考答案】：（1）；（2）；（3）
【名师解析】：（1）开始时
①
②
cd所受的安培力为
③
由①②③解得
④
（2）从ab棒开始运动到ab棒和cd棒共速过程中，由动量守恒定律有
⑤
cd棒落到斜面上时有
⑥
⑦
由⑤⑥⑦解得
⑧
（3）当cd棒速度为时，设ab棒的速度为v，对ab棒和cd棒。由动量守恒定律有
⑨
解得
⑩
当cd棒速度为时，对两棒有
⑪
解得
⑫
⑬
由⑨⑩⑪⑫⑬解得
2. （2024江西红色十校9月联考）如图所示，间距为L的足够长光滑平行金属导轨MN、PQ固定在绝缘水平面上，质量均为m的金属棒ab、cd垂直放在导轨上，两金属棒接入电路的电阻均为R，垂直于导轨的虚线ef左侧有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，虚线ef的右侧没有磁场，给金属棒ab一个水平向右的初速度v0，已知cd棒到达ef前已匀速运动，ab、cd棒不会发生相碰，两金属棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，ab棒出磁场时速度刚好为零，则下列说法正确的是（ ）

A. cd棒最终速度为零
B. cd棒从静止运动到ef过程中通过电荷量为
C. 整个过程，金属棒ab中产生的焦耳热为
D. 整个过程，金属棒ab克服安培力做的功为
【参考答案】BD
【名师解析】
cd棒到达ef前已匀速运动，出磁场后水平方向不受力，一直做匀速直线运动，故A错误；
设cd棒匀速时的速度为，则根据动量守恒
解得
cd棒从静止运动到ef过程中，根据动量定理可得
又
联立解得 ，故B正确；
最终，ab棒出磁场时速度刚好为零，金属棒cd将以的速度匀速运动，根据能量守恒可知，整个回路产生的焦耳热为
则整个过程，金属棒ab中产生的焦耳热为
故C错误；
最终，ab棒速度刚好为0，以ab棒为对象，根据动能定理可得
可得整个过程，金属棒ab克服安培力做的功为
故D正确。
3.（18分）（2023年10月宜荆荆随高三联考）如图所示，两电阻不计的足够长光滑金属轨道EG、FH平行排列，间距。EF右侧水平部分有垂直轨道平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小。导体棒PQ质量，电阻，静止在边界EF右侧x处。导体棒MN质量，电阻，由轨道左侧高h处由静止下滑，运动过程中两杆始终与轨道接触良好，重力加速度取。
（1）若，求MN进入磁场时导体棒PQ所受安培力F的大小；
（2）若，两棒在磁场中运动时发生弹性碰撞，求从MN进入磁场到两棒达到稳定过程中，导体棒MN上产生的焦耳热；
（3）若米，米，要求MN与PQ运动过程中恰好不相撞，求a与b满足的函数关系。
【参考答案】：（1） （2） （3）
【名师解析】：（1） ……1分
……1分
……1分
……1分
解得 ……1分
（2） ……2分
……2分
……2分
解得 ……1分
（3）对PQ棒 ……2分
……2分
解得 ……2分
代入数值得 ……1分
4. （2023福建南平政和一中质检）如图所示为两根间距为L的光滑平行金属导轨，左侧向上弯曲，右侧水平，水平导轨处在磁感应强度为B的竖直向上的匀强磁场中。两根金属棒MN、PQ垂直导轨放置，与导轨接触良好，MN、PQ棒的长度均为L、质量均为m、阻值均为R。金属棒MN从竖直高度h处由静止释放沿导轨下滑。导轨电阻不计，整个过程金属棒MN和PQ未相碰，则（ ）
A. 金属棒MN进入磁场时，金属棒PQ两端电压大小为
B. 释放后金属棒MN的最小速度为0
C. 整个过程中流过金属棒PQ的电荷量为
D. 整个过程中闭合回路产生的焦耳热为
【参考答案】AC
【名师解析】
金属棒MN进入磁场这个过程，由动能定理得
此时MN产生的电动势
电路中的电流为
（r=R）
所以此时PQ两端的电压
故A正确；
MN进入磁场后，MN，PQ受到安培力等大反向，MN，PQ组成的系统所受合外力零，所以MN，PQ组成的系统动量守恒，故最后MN，PQ达到共同速度一起运动，不会变为零；故B错误；
C．MN，PQ最终速度为vm，则
故
又
所以
故C正确；
对金属杆整个过程，由能量守恒有
故，整个过程中闭合回路产生焦耳热为
故D 错误；
5. （2023山东部分重点中学考前热身押题）如图所示，足够长的光滑金属导轨水平放置，导轨两个边分别平行，电阻可忽略。导体棒PQ、MN置于导轨上不同宽度处，初状态均处于静止状态，左侧导轨间距为右侧导轨间距的2倍。用水平恒力F向右拉动MN，运动过程中，装置始终处于竖直向上的匀强磁场中，导体棒未脱离原宽度处的导轨且与导轨保持良好接触。经过一段时间后（ ）
A. 导体棒MN的速度大小趋于恒定值
B. 导体棒MN的加速度大小趋于恒定值
C. 导体棒PQ所受安培力的大小趋于恒定值
D. 导体棒MN和导体棒PQ的速度趋于相等
【参考答案】BC
【名师解析】
导体棒MN切割磁感线产生电动势，形成电流，导体棒PQ受到向右的安培力，向右做加速运动，MN受到向左的安培力，也向右做加速运动。导体棒MN和PQ一起切割磁感线，设导轨宽度分别为2L和L，导体棒PQ和MN的速度分别为、，则电路中的电动势
电路中的电流
导体棒PQ和导体棒MN受到的安培力分别为
与运动方向相同。
与运动方向相反。
设导体棒PQ和MN的质量分别为、，则对导体棒PQ，有
对导体棒MN，有
初始速度均为零，则从零开始逐渐增加，从开始逐渐减小。当时，速度关系为
保持恒定。
综上可得，金属框的加速度趋于恒定值，安培力也趋于恒定值。故BC正确；AD错误。
6．（2023四川成都七中二诊）间距为L的平行光滑金属导轨MN、PQ水平段处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，导轨的弯曲段处在磁场之外，如图甲所示。导体棒a与b接入电路的有效电阻分别为R、2R。导体棒a的质量为m，b棒放置在水平导轨上足够远处，a棒在弯曲段导轨上距水平段某一高度处由静止释放，刚进入磁场时导体棒a受到的安培力的大小为F，以导体棒a刚进入磁场时为计时起点，导体棒a的速度随时间变化的v—t图像如图所示（v0未知）。运动过程中导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直，重力加速度大小为g，以下说法中正确的是（ ）
A．导体棒a释放时距导轨水平段的高度
B．导体棒b的质量为2m
C．0~t1这段时间内通过a、b棒的电荷量之比为1：2
D．0~t2这段时间内导体棒b产生的内能
【参考答案】AB
【名师解析】由题图乙可知，a棒刚进入磁场时的速度为v0，从开始下落到进入磁场，根据机械能守恒定律有：mgh＝mv02；a棒切割磁感线产生的感应电动势：E=BLv0；根据闭合电路欧姆定律： ；a棒受到的安培力：F=BIL；联立以上各式解得：，选项A正确；设b棒的质量为mb，两棒最终稳定速度为v'，以v0的方向为正方向，由v-t图线可知：v′＝v0，a棒进入磁场后，a棒和b棒组成的系统动量守恒：mv0=(m+mb）v'，解得：mb=2m，选项B正确；0~t1这段时间内通过a、b棒的电流相等，则由q=It可知，通过两金属棒的电荷量之比为1：1，选项C错误；设a棒产生的内能为Qa，b棒产生的内能为Qb，根据能量守恒定律：mv02＝（m+mb）v′2+Qa+Qb；两棒串联，产生的内能与电阻成正比：Qb=2Qa；解得：，选项D错误。
7. （2023四川成都石室中学二诊） 两根相互平行、足够长的光滑金属导轨ACD-A1C1D1固定于水平桌面上，左侧AC-A1C1轨道间距为L，右侧CD-C1D1轨道间距为2L，导轨所在区域存在方向竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。如图所示，两横截面积相同、由同种金属材料制成的导体棒a、b分别置于导轨的左右两侧，已知导体棒a的质量为m。某时刻导体棒a获得一个初速度v0开始向右运动，导体棒始终与导轨接触良好，导轨电阻不计。关于导体棒以后的运动，下列说法正确的是（ ）
A. 导体棒a、b运动稳定后，相等时间内通过的位移之比是2∶1
B. 导体棒a、b运动稳定后的速度分别为，
C. 从开始到运动稳定的过程中，通过导体棒a的电荷量为
D. 从开始到运动稳定的过程中，导体棒b产生的热量为
【参考答案】AD
【名师解析】
设导体棒a的电阻为R，则导体棒b的质量为2m、电阻为2R。导体棒a获得向右的初速度后，导体棒a、b与导轨组成的回路产生感应电流，根据楞次定律可判断出导体棒a受向左的安培力，开始向右做减速运动；导体棒b中电流方向与a相反，受到向右的安培力，开始向右做加速运动，同时产生与a相反的感应电动势，因此电路中感应电动势为
当a、b产生的感应电动势大小相等时，即
电路中电流为零，此后导体棒a、b将分别以va、vb做匀速运动，相等时间内通过的位移之比是2∶1，故A正确；
在导体棒从开始运动到稳定运动的过程中，根据动量定理列方程，取向右为正方向
对导体棒a，有
对导体棒b，有
联立以上三式解得
，
故B错误；
由于通过导体棒的电荷量为
根据以上分析可得
解得
故C错误；
在整个过程中由能量守恒定律知，整个电路中产生的焦耳热为
由于a、b棒产生的热量之比为
因此导体棒b产生的热量
故D正确。
8. （2023湖南怀化二模）如图所示，两根足够长光滑平行金属导轨间距l=0.9m，与水平面夹角，正方形区域abcd内有匀强磁场，磁感应强度B=2T，方向垂直于斜面向上。甲、乙是两根质量相同、电阻均为的金属杆，垂直于导轨放置。甲置于磁场的上边界ab处，乙置于甲上方l处，现将两金属杆由静止同时释放，并立即在甲上施加一个沿导轨方向的拉力F，甲始终以的加速度沿导轨向下运动，乙进入磁场时恰好做匀速运动，g取。则（ ）
A. 甲穿过磁场过程中拉力F随时间均匀增大
B. 每根金属杆的质量为0.3kg
C. 乙穿过磁场过程中安培力的功率是3W
D. 乙穿过磁场过程中，通过整个回路的电荷量为
【参考答案】AC
【名师解析】
甲在磁场中做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得
可知
即外力F始终等于安培力F安，由于电路中的感应电流为
则有安培力
因此甲穿过磁场过程中拉力F随时间均匀增大，A正确；
由题意可知，乙杆进入磁场前做初速度是零的匀加速直线运动，则有加速度为
乙进入磁场时的速度是

乙进入磁场后做匀速直线运动，由平衡条件可得
解得
B错误；
乙穿过磁场过程中安培力的功率是
C正确；
乙进入磁场后做匀速直线运动，则有乙穿过磁场过程中，通过整个回路的电荷量是
D错误。
9. （2023河北唐山一模）如图所示，两根光滑足够长且电阻不计的平行金属导轨MNPQ和，固定水在平面上，MN与距离为2l，PQ与距离为l。金属棒a和b的质量分别为2m和m、长度分别为2l与l，金属棒a、b分别垂直放在导轨和上，静止在导轨上。整个装置处于竖直向下的、磁感强度为B的匀强磁场中。现a棒获得水平向右初速度，两棒运动时始终保持平行且a总在上运动，b总在上运动，经过足够长时间后，下列说法正确的（ ）
A. 金属棒a流过的电荷量是
B. 金属棒a和b均做加速度相同匀加速直线运动
C. 金属棒a和b均做速度相等的匀速直线运动
D. 回路感应电动势为零
【参考答案】AD
【名师解析】
因金属棒a向右运动，受安培力向左，则a做减速运动，金属棒b受安培力向右做加速运动，则经过一段时间后，两棒稳定时均做匀速运动，此时回路的感应电流为零，感应电动势为零，则
即
则选项C错误，D正确；
根据
则
金属棒a做匀减速直线运动，b做匀加速直线运动，两者加速度大小相同，选项B错误；
由动量定理，对a
对b
解得 ，选项A正确。
10. (2023鄂东南省级示范性高中教育改革联盟5月模拟)如图所示，两条足够长的平行金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨间距为L，电阻不计，导轨最右端接有阻值为R的定值电阻；整个装置处于两种磁感应强度大小均为B、方向相反的竖直匀强磁场中，虚线为两磁场的分界线。质量均为m的两根金属棒MN、PQ静止于导轨上，两金属棒接入电路的电阻均为R，与导轨间的动摩擦因数均为（设金属棒的最大静摩擦力等于滑动摩擦力），两棒始终与导轨垂直且接触良好。某时刻，用水平向左的恒力F拉MN棒，使其由静止开始运动，直到PQ刚好要滑动的过程中，通过金属棒PQ的电荷量为q，重力加速度为g，试求：
（1）PQ刚好要滑动时，金属棒MN的速度大小；
（2）上述过程中金属棒MN在导轨上运动的距离；
（3）上述过程中金属棒MN产生的焦耳热为多少？
【参考答案】（1）；（2）；（3）
【名师解析】
（1）PQ刚好要滑动时PQ两端的电压为
PQ的电流大小为
对PQ受力分析有
解得

（2）由题意可知通过金属棒MN的电量为2q
解得
（3）对金属棒MN由动能定理可得
解得
所以金属棒MN产生的焦耳热为
11. （2023湖南名校高二联考）如下图所示，足够长的水平轨道左侧部分轨道间距为2L，右侧部分的轨道间距为L，圆弧轨道与水平轨道相切于，所有轨道均光滑且电阻不计。在水平轨道内有斜向下与竖直方向夹角的匀强磁场，磁感应强度大小为。质量为的金属棒C垂直于轨道静止放置在右侧窄轨道上，质量为的导体棒A自圆弧轨道上处由静止释放，两金属棒在运动过程中始终相互平行且与轨道保持良好接触，A棒总在宽轨上运动，C棒总在窄轨上运动。已知：两金属棒接入电路的有效电阻均为，，，，，g取10，则下列说法正确的是（ ）
A. 金属棒A滑到处时的速度大小为9
B. 金属棒C匀速运动的速度大小为2
C. 在两棒整个的运动过程中通过金属棒A某截面的电荷量为26C
D. 在两棒整个的运动过程中金属棒A、C在水平轨道间扫过的面积之差为130
【参考答案】AB
【名师解析】
A棒在圆弧轨道上下滑，由机械能守恒定律得
得 ，故A正确；
选取水平向右为正方向，对A、C应用动量定理可得，对C，
对A，
其中
由以上知
两棒最后匀速运动时，电路中无电流，有
得
联立两式得 ，故B正确；
在C加速过程中，有 ，
得 ，故C错误；
磁通量变化量
电荷量
得 ，故D错误。