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新高考版高考物理二轮复习（新高考版） 第1部分 专题4 微专题6 动量观点在电磁感应中的应用课件PPT
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这是一份新高考版高考物理二轮复习（新高考版） 第1部分 专题4 微专题6 动量观点在电磁感应中的应用课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了高考预测，专题强化练等内容，欢迎下载使用。
高考备考一轮复习已接近尾声，即将迎来二轮复习。一轮复习注重知识的理解与基础的夯实，二轮复习注重知识的综合运用与能力的提高，是高考复习中的重要阶段。二轮复习要注意以下几个方面：一、以核心和主干知识为重点。构建知识结构体系，确定每一个专题的内容，在教学中突出知识的内在联系与综合。二、注重情景与过程的理解与分析。善于构建物理模型，明确题目考查的目的，恰当运用所学知识解决问题：情景是考查物理知识的载体。三、加强能力的提升与解题技巧的归纳总结。学生能力的提升要通过对知识的不同角度、不同层面的训练来实现。四、精选训练题目，使训练具有实效性、针对性。五、把握高考热点、重点和难点。充分研究近5年全国和各省市考题的结构特点，把握命题的趋势和方向，确定本轮复习的热点与重点，使本轮复习更具有针对性、方向性。对重点题型要强化训练，举一反三、触类旁通，注重解题技巧的提炼，充分提高学生的应试能力。
专题四 电路与电磁感应
微专题6 动量观点在电磁感应 中的应用
1.命题角度：动量定理、动量守恒定律在电磁感应中的应用.2.常用方法：建立单杆切割中q、x、t的关系模型；建立双杆系统模型.3.常考题型：选择题、计算题.
考点一 动量定理在电磁感应中的应用
考点二 动量守恒定律在电磁感应中的应用
动量定理在电磁感应中的应用
在导体单杆切割磁感线做变加速运动时，若牛顿运动定律和能量观点不能解决问题，可运用动量定理巧妙解决问题
例1 (多选)(2022·河南开封市二模)如图所示，在光滑的水平面上有一方向竖直向下的有界匀强磁场.磁场区域的左侧，一正方形线框由位置Ⅰ以4.5 m/s的初速度垂直于磁场边界水平向右运动，经过位置Ⅱ，当运动到位置Ⅲ时速度恰为零，此时线框刚好有一半离开磁场区域.线框的边长小于磁场区域的宽度.若线框进、出磁场的过程中通过线框横截面的电荷量分别为q1、q2，线框经过位置Ⅱ时的速度为v.则下列说法正确的是A.q1＝q2 B.q1＝2q2C.v＝1.0 m/s D.v＝1.5 m/s
根据q＝ 可知，线框进、出磁场的过程中通过线框横截面的电荷量q1＝2q2，故A错误，B正确；线圈从开始进入到位置Ⅱ，
即－BLq1＝mv－mv0，同理线圈从位置Ⅱ到位置Ⅲ，
即－BLq2＝0－mv，联立解得v＝ v0＝1.5 m/s，故C错误，D正确.
例2 (2022·浙江省精诚联盟联考)如图(a)所示，电阻为2R、半径为r、匝数为n的圆形导体线圈两端与水平导轨AD、MN相连.与导体线圈共圆心的圆形区域内有竖直向下的磁场，其磁感应强度随时间变化的规律如图(b)所示，图(b)中的B0和t0均已知.PT、DE、NG是横截面积和材料完全相同的三根粗细均匀的金属棒.金属棒PT的长度为3L、电阻为3R、质量为m.
导轨AD与MN平行且间距为L，导轨EF与GH平行且间距为3L，DE和NG的长度相同且与水平方向的夹角均为30°.区域Ⅰ和区域Ⅱ是两个相邻的、长和宽均为d的空间区域.区域Ⅰ中存在方向竖直向下、磁感应强度大小为B0的匀强磁场.0～2t0时间内，使棒PT在区域Ⅰ中某位置保持静止，且其两端分别与导轨EF和GH对齐.除导体线圈、金属棒PT、DE、NG外，其余导体电阻均不计，所有导体间接触均良好且均处于同一水平面内，不计一切摩擦，不考虑回路中的自感.
(1)求在0～2t0时间内，使棒PT保持静止的水平外力F的大小；
在t0～2t0时间内，磁场不变化，回路中电动势为零，无电流，则外力F＝0
(2)在2t0以后的某时刻，若区域Ⅰ内的磁场在外力作用下从区域Ⅰ以v0的速度匀速运动，完全运动到区域Ⅱ时，导体棒PT速度恰好达到v0且恰好进入区域Ⅱ，该过程棒PT产生的焦耳热为Q，求金属棒PT与区域Ⅰ右边界的初始距离x0和该过程维持磁场匀速运动的外力做的功W；
PT棒向右加速运动过程中，取向右的方向为正方向，
PT棒向右加速过程中，回路中的总焦耳热为Q总＝3Q
(3)若磁场完全运动到区域Ⅱ时立刻停下，求导体棒PT运动到EG时的速度大小v.
棒PT从磁场区域Ⅱ左边界运动到EG过程中，以v0方向为正方向，
动量守恒定律在电磁感应中的应用
例3 (2022·辽宁卷·15)如图所示，两平行光滑长直金属导轨水平放置，间距为L.abcd区域有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向竖直向上.初始时刻，磁场外的细金属杆M以初速度v0向右运动，磁场内的细金属杆N处于静止状态.两金属杆与导轨接触良好且运动过程中始终与导轨垂直.两杆的质量均为m，在导轨间的电阻均为R，感应电流产生的磁场及导轨的电阻忽略不计.(1)求M刚进入磁场时受到的安培力F的大小和方向；
细金属杆M以初速度v0向右运动，刚进入磁场时，产生的电动势为E＝BLv0
由左手定则可知安培力的方向水平向左；
(2)若两杆在磁场内未相撞且N出磁场时的速度为 ，求：①N在磁场内运动过程中通过回路的电荷量q；
金属杆N在磁场内运动的过程中，取水平向右为正方向，由动量定理有
②初始时刻N到ab的最小距离x；
设杆M在磁场中运动的位移大小为x1，杆N在磁场中运动的位移大小为x2，则有Δx＝x1－x2，有
(3)初始时刻，若N到cd的距离与第(2)问初始时刻的相同、到ab的距离为kx(k>1)，求M出磁场后不与N相撞条件下k的取值范围.
两杆出磁场后在平行光滑长直金属导轨上运动，若N到cd的距离与第(2)问初始时刻的相同、到ab的距离为kx(k>1)，
由题意可知，此时M到cd边的距离为s＝(k－1)x
若要保证M出磁场后不与N相撞，则有两种临界情况：①M减速到 时出磁场，速度刚好等于N的
速度，一定不与N相撞，对M根据动量定理有
②M运动到cd边时，恰好减速到零，
综上所述，M出磁场后不与N相撞条件下k的取值范围为2≤k<3.
1.(多选)如图所示，水平金属导轨P、Q间距为L，M、N间距为2L，P与M相连，Q与N相连，金属棒a垂直于P、Q放置，金属棒b垂直于M、N放置，整个装置处在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中.现给a棒一大小为v0的初速度，方向水平向右.设两部分导轨均足够长，两棒质量均为m，在a棒的速度由v0减小到0.8v0的过程中，两棒始终与导轨接触良好.在这个过程中，以下说法正确的是A.俯视时感应电流方向为顺时针B.b棒的最大速度为0.4v0C.回路中产生的焦耳热为0.1mv02D.通过回路中某一截面的电荷量为
a棒向右运动，根据右手定则可知，俯视时感应电流方向为逆时针，故A错误；由题意分析可知，a棒减速，b棒加速，设a棒的速度大小为0.8v0时b棒的速度大小为v，
2.(2022·安徽阜阳市质检)如图，两平行光滑金属导轨ABC、A′B′C′的左端接有阻值为R的定值电阻Z，间距为L，其中AB、A′B′固定于同
一水平面上(图中未画出)且与竖直面内半径为r的 光滑圆弧形导轨BC、B′C′相切于B、B′两点.矩形DBB′D′区域内存在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场.导体棒ab的质量为m、阻值为R、长度为L，ab棒在功率恒定、方向水平向右的推力作用下由静止开始沿导轨运动，经时间t后撤去推力，然后ab棒与另一根相同的导体棒cd发生碰撞并粘在一起，以 的速率进入磁场，两导体棒穿过磁场区域后，恰好能到达CC′处.重力加速度大小为g，导体棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨的电阻.
(1)求该推力的功率P；
设两导体棒碰撞前瞬间ab棒的速度大小为v0，在推力作用的过程中，由动能定理有Pt＝
设ab与cd碰后瞬间结合体的速度大小为v1，
(2)求两导体棒通过磁场右边界BB′时的速度大小v；
对两导体棒沿圆弧形导轨上滑的过程分析，
(3)求两导体棒穿越磁场的过程中定值电阻Z产生的焦耳热Q；
两棒碰撞并粘在一起，由电阻定律可知，两导体棒的总电阻为 ，阻值为R的定值电阻Z产生的焦耳热为Q，
(4)两导体棒到达CC′后原路返回，请通过计算判断两导体棒能否再次穿过磁场区域.若不能穿过，求出两导体棒停止的位置与DD′的距离x.
由机械能守恒定律可知，导体棒再次回到BB′处时的速度大小仍为v＝ ，导体棒再次进入磁场向左运动的过程中，仍用动量定理和相关电路知识，并且假设导体棒会停在磁场中，
同时设导体棒在磁场中向左运动的时间为t2，导体棒进入磁场后到停止运动的距离为Δx，
1.(多选)(2022·河南信阳市高三质量检测)如图所示，两根足够长相互平行、间距d＝0.20 m的竖直导轨，下端连接阻值R＝0.50 Ω的电阻.一根阻值也为0.50 Ω、质量m＝1.0×10－2 kg的导体棒ab搁置在两端等高的挡条上.在竖直导轨内有垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度B＝0.50 T(图
中未画出).撤去挡条，棒开始下滑，经t＝0.25 s后下降了h＝0.29 m.假设棒始终与导轨垂直，且与导轨接触良好，不计一切摩擦阻力和导轨电阻，重力加速度取10 m/s2.下列说法正确的是
A.导体棒能获得的最大速度为20 m/sB.导体棒能获得的最大速度为10 m/sC.t＝0.25 s时间内通过导体棒的电荷量为2.9×10－2 CD.t＝0.25 s时导体棒的速度为2.21 m/s
导体棒获得最大速度时，导体棒受力平衡，有mg＝F安＝BId，解得I＝1 A，又由E＝Bdvm，I＝ ，解得vm＝10 m/s，故A错误，B正确；
其中ΔΦ＝ΔS·B＝0.2×0.29×0.5 Wb＝0.029 Wb，解得q＝2.9×10－2 C，故C正确；
2.(多选)(2022·山东青岛市黄岛区期末)如图，光滑平行金属导轨MN、PQ固定在水平桌面上，窄轨MP间距0.5 m，宽轨NQ间距1 m，电阻不计.空间存在竖直向上的磁感应强度B＝1 T的匀强磁场.金属棒a、b水平放置在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，a棒的质量为0.2 kg，b棒的质量为0.1 kg，若a棒以v0＝9 m/s的水平初速度从宽轨某处向左滑动，最终与b棒以相同的速度沿窄轨运动.若a棒滑离宽轨前加速度恰好为0，窄导轨足够长.下列说法正确的是A.从开始到两棒以相同速度运动的过程，a、b组成的系统动量守恒B.金属棒a滑离宽轨时的速度大小为3 m/sC.金属棒a、b最终的速度大小为6 m/sD.通过金属棒横截面的电荷量为0.8 C
由于两导轨的宽度不相等，根据F＝BIL，知a、b两个金属棒所受水平方向的安培力之和不为零，系统动量不守恒，故A错误；
a棒滑离宽轨道进入窄轨道后，a、b两个金属棒所受水平方向的安培力之和为零，系统动量守恒，设a、b两个金属棒最终的共同速度
为v′，则mava＋mbvb＝(ma＋mb)v′，解得v′＝4 m/s，故C错误；b金属棒始终在窄轨道上运动，对b金属棒全过程利用动量定理可得 ＝mbv′，q＝ ′·Δt′，即BLbq＝mbv′，代入数据得q＝0.8 C，故D正确.
3.(多选)(2022·北京市模拟)如图，两根足够长的固定的光滑平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为L.导轨上面横放着两根导体棒1和2，构成矩形回路.两根导体棒的质量皆为m，接入电路电阻皆为R，回路中其余部分的电阻可不计，在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B.初始棒2静止，棒1有指向棒2的初速度v0.若两导体棒在运动中始终不接触，则A.棒1的最小速度为零B.棒2的最大加速度为C.棒1两端电压的最大值为BLv0D.棒2产生的最大热量为
当导体棒1开始运动时，回路中有感应电流，两导体棒受到大小相等的安培力作用，棒1做减速运动，
棒2做加速运动，当两棒速度相等时，回路中电流等于零，两棒受力平衡，都做匀速直线运动，此时棒1的速度最小，A错误；
当导体棒1刚开始运动时，回路中的感应电动势最大，感应电流最大，则棒1两端电压最大值为U1＝IR＝ ，C错误；
4.(多选)(2022·广西北海市一模)如图所示，在水平桌面上固定两条足够长的相距L＝1.0 m的平行光滑金属导轨，导轨的左端连接阻值R＝3.0 Ω的电阻，导轨上放有垂直导轨的金属杆P，金属杆的质量m＝0.1 kg，接入电路的
电阻r＝2.0 Ω，整个空间存在磁感应强度大小B＝0.5 T、竖直向下的匀强磁场.初始时刻金属杆在水平向右的恒力F的作用下，向右做速度v＝4 m/s的匀速直线运动，经1.5 s后撤去恒力F.整个运动过程中金属杆P始终与导轨垂直且接触良好，导轨电阻不计，则从初始时刻到金属杆停止运动的过程中A.电阻R上产生的热量为1.0 JB.电阻R上产生的热量为1.2 JC.金属杆向右运动的位移为14 mD.金属杆向右运动的位移为16 m
根据金属杆受力平衡得F＝F安，代入数据解得F＝0.2 N，前1.5 s内金属杆运动的位移为x1＝vt＝6 m，水平恒力F做的功W＝Fx1＝1.2 J，从初始时刻到金属杆停止运动的过程中，
其中Qr∶QR＝r∶R＝2∶3，代入数据解得QR＝1.2 J，故A错误，B正确；
从初始时刻到金属杆停止运动的过程中，金属杆向右运动的位移x＝x1＋x2＝14 m，故C正确，D错误.
5.(多选)如图所示，两条足够长、电阻不计的平行导轨放在同一水平面内，相距l.磁感应强度大小为B的范围足够大的匀强磁场垂直于导轨平面向下.两根质量均为m、电阻均为r的导体杆a、b与两导轨垂直放置且接触良好，开始时两杆均静止.已知b杆光滑，a杆与导轨间最大静摩擦力大小为F0.现对b杆施加一与杆垂直且大小随时间按图乙所示规律变化的水平外力F，已知在t1时刻，a杆开始运动，此时拉力大小为F1，下列说法正确的是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)
D.a、b两杆最终速度将恒定，且两杆速度大小之差等于t1时刻b杆速度大小
在整个运动过程中，a、b两杆所受安培力大小相等，当a杆开始运动时，所受的安培力大小等于最大静摩擦力F0，
由动量定理得IF－I安＝mv，F－t图线与横轴围成的面积表示IF的大小，
由于最终外力F＝F0，故此时对两杆整体，所受合力为零，两杆所受的安培力均为F0，
处于稳定状态，因开始时b杆做减速运动，a杆做加速运动，
即Δv＝v，速度大小之差等于t1时刻b杆速度大小，选项D正确.
6.(2022·天津市红桥区第二次质检)如图所示，两足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距为L，一理想电流表与两导轨相连，匀强磁场与导轨平面垂直.一质量为m、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处由静止释放.导体棒进入磁场后流经电流表的电流逐渐减小，最终稳定为I.整个运动过程中，导体棒与导轨接触良好，且
始终保持水平，不计导轨的电阻，重力加速度大小为g.求：(重力加速度取10 m/s2)(1)导体棒的最大速度vm，磁感应强度的大小B；
由题意得导体棒刚进入磁场时的速度最大，设为vm，
电流稳定后，导体棒做匀速运动，此时导体棒受到的重力和安培力平衡，则有：BIL＝mg
(2)电流稳定后，导体棒运动速度的大小v；
(3)若导体棒进入磁场后恰经t时间达到稳定，这段时间的位移x大小.
导体棒进入磁场t时间运动的过程由动量定理有mgt－B Lt＝mv－mvm
7.(2022·陕西西安市一模)如图所示，有两光滑平行金属导轨，倾斜部分和水平部分平滑连接，BE、CH段用特殊材料制成，光滑不导电，导轨的间距L＝1 m，左侧接R＝1 Ω的定值电阻，右侧
接电容C＝1 F的电容器，ABCD区域、EFGH区域均存在垂直于导轨所在平面向下、磁感应强度B＝1 T的匀强磁场，ABCD区域长s＝0.3 m.金属杆a、b的长度均为L＝1 m，质量均为m＝0.1 kg，a的电阻为r＝2 Ω，b的电阻不计.金属杆a从距导轨水平部分h＝0.45 m的高度处由静止滑下，金属杆b静止在BEHC区域，金属杆b与金属杆a发生弹性碰撞后进入EFGH区域，最终稳定运动.求：(重力加速度g取10 m/s2)
(1)金属杆a刚进入ABCD区域时通过电阻R的电流I；
金属杆a从开始运动到进入ABCD区域，
解得v1＝3 m/s刚进入ABCD区域时E＝BLv1
(2)金属杆a刚离开ABCD区域时的速度v2的大小；
金属杆a从进入ABCD区域到离开ABCD区域，
(3)金属杆b稳定运动时的速度v4的大小；
金属杆a、b碰撞过程中，有mv2＝mv2′＋mv3
解得v3＝2 m/s，v2′＝0
分析可知，杆b进入磁场后，电容器充电，杆b速度减小，匀速运动时，杆b产生的感应电动势与电容器两端电压相同，且通过杆b的电荷量就是电容器储存的电荷量，由动量定理有
－BLq＝mv4－mv3
(4)整个运动过程中金属杆a上产生的焦耳热.
杆a仅在ABCD区域中运动时产生焦耳热，
8.如图所示，MN、PQ为足够长的水平光滑金属导轨，导轨间距L＝0.5 m，导轨电阻不计，空间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B＝1 T；两直导体棒ab、cd均垂直于导轨放置，导体棒与导轨始终接触良好.导体棒ab的质量m1＝0.5 kg，电阻R1＝0.2 Ω；导体棒cd的质量m2＝1.0 kg，电阻R2＝0.1 Ω.将cd棒用平行于导轨的水平细线与固定的力传感器连接，给ab一个水平向右、大小为v0＝3 m/s的初速度，求：(1)导体棒ab开始运动瞬间两端的电压Uab；
导体棒ab开始运动瞬间产生的感应电动势E＝BLv0＝1×0.5×3 V＝1.5 V
导体棒ab开始运动瞬间两端的电压Uab＝IR2＝0.5 V
(2)力传感器示数F随ab运动距离x的变化关系；
设导体棒ab向右运动x时的速度为v，则根据动量定理得
cd棒与ab棒所受安培力大小相等，故力传感器的示数F＝F安，
(3)若导体棒ab向右运动的速度为1.5 m/s时剪断细线，求此后回路中产生的焦耳热.
高考备考一轮复习已接近尾声，即将迎来二轮复习。一轮复习注重知识的理解与基础的夯实，二轮复习注重知识的综合运用与能力的提高，是高考复习中的重要阶段。二轮复习要注意以下几个方面：一、以核心和主干知识为重点。构建知识结构体系，确定每一个专题的内容，在教学中突出知识的内在联系与综合。二、注重情景与过程的理解与分析。善于构建物理模型，明确题目考查的目的，恰当运用所学知识解决问题：情景是考查物理知识的载体。三、加强能力的提升与解题技巧的归纳总结。学生能力的提升要通过对知识的不同角度、不同层面的训练来实现。四、精选训练题目，使训练具有实效性、针对性。五、把握高考热点、重点和难点。充分研究近5年全国和各省市考题的结构特点，把握命题的趋势和方向，确定本轮复习的热点与重点，使本轮复习更具有针对性、方向性。对重点题型要强化训练，举一反三、触类旁通，注重解题技巧的提炼，充分提高学生的应试能力。
专题四 电路与电磁感应
微专题6 动量观点在电磁感应 中的应用
1.命题角度：动量定理、动量守恒定律在电磁感应中的应用.2.常用方法：建立单杆切割中q、x、t的关系模型；建立双杆系统模型.3.常考题型：选择题、计算题.
考点一 动量定理在电磁感应中的应用
考点二 动量守恒定律在电磁感应中的应用
动量定理在电磁感应中的应用
在导体单杆切割磁感线做变加速运动时，若牛顿运动定律和能量观点不能解决问题，可运用动量定理巧妙解决问题
例1 (多选)(2022·河南开封市二模)如图所示，在光滑的水平面上有一方向竖直向下的有界匀强磁场.磁场区域的左侧，一正方形线框由位置Ⅰ以4.5 m/s的初速度垂直于磁场边界水平向右运动，经过位置Ⅱ，当运动到位置Ⅲ时速度恰为零，此时线框刚好有一半离开磁场区域.线框的边长小于磁场区域的宽度.若线框进、出磁场的过程中通过线框横截面的电荷量分别为q1、q2，线框经过位置Ⅱ时的速度为v.则下列说法正确的是A.q1＝q2 B.q1＝2q2C.v＝1.0 m/s D.v＝1.5 m/s
根据q＝ 可知，线框进、出磁场的过程中通过线框横截面的电荷量q1＝2q2，故A错误，B正确；线圈从开始进入到位置Ⅱ，
即－BLq1＝mv－mv0，同理线圈从位置Ⅱ到位置Ⅲ，
即－BLq2＝0－mv，联立解得v＝ v0＝1.5 m/s，故C错误，D正确.
例2 (2022·浙江省精诚联盟联考)如图(a)所示，电阻为2R、半径为r、匝数为n的圆形导体线圈两端与水平导轨AD、MN相连.与导体线圈共圆心的圆形区域内有竖直向下的磁场，其磁感应强度随时间变化的规律如图(b)所示，图(b)中的B0和t0均已知.PT、DE、NG是横截面积和材料完全相同的三根粗细均匀的金属棒.金属棒PT的长度为3L、电阻为3R、质量为m.
导轨AD与MN平行且间距为L，导轨EF与GH平行且间距为3L，DE和NG的长度相同且与水平方向的夹角均为30°.区域Ⅰ和区域Ⅱ是两个相邻的、长和宽均为d的空间区域.区域Ⅰ中存在方向竖直向下、磁感应强度大小为B0的匀强磁场.0～2t0时间内，使棒PT在区域Ⅰ中某位置保持静止，且其两端分别与导轨EF和GH对齐.除导体线圈、金属棒PT、DE、NG外，其余导体电阻均不计，所有导体间接触均良好且均处于同一水平面内，不计一切摩擦，不考虑回路中的自感.
(1)求在0～2t0时间内，使棒PT保持静止的水平外力F的大小；
在t0～2t0时间内，磁场不变化，回路中电动势为零，无电流，则外力F＝0
(2)在2t0以后的某时刻，若区域Ⅰ内的磁场在外力作用下从区域Ⅰ以v0的速度匀速运动，完全运动到区域Ⅱ时，导体棒PT速度恰好达到v0且恰好进入区域Ⅱ，该过程棒PT产生的焦耳热为Q，求金属棒PT与区域Ⅰ右边界的初始距离x0和该过程维持磁场匀速运动的外力做的功W；
PT棒向右加速运动过程中，取向右的方向为正方向，
PT棒向右加速过程中，回路中的总焦耳热为Q总＝3Q
(3)若磁场完全运动到区域Ⅱ时立刻停下，求导体棒PT运动到EG时的速度大小v.
棒PT从磁场区域Ⅱ左边界运动到EG过程中，以v0方向为正方向，
动量守恒定律在电磁感应中的应用
例3 (2022·辽宁卷·15)如图所示，两平行光滑长直金属导轨水平放置，间距为L.abcd区域有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向竖直向上.初始时刻，磁场外的细金属杆M以初速度v0向右运动，磁场内的细金属杆N处于静止状态.两金属杆与导轨接触良好且运动过程中始终与导轨垂直.两杆的质量均为m，在导轨间的电阻均为R，感应电流产生的磁场及导轨的电阻忽略不计.(1)求M刚进入磁场时受到的安培力F的大小和方向；
细金属杆M以初速度v0向右运动，刚进入磁场时，产生的电动势为E＝BLv0
由左手定则可知安培力的方向水平向左；
(2)若两杆在磁场内未相撞且N出磁场时的速度为 ，求：①N在磁场内运动过程中通过回路的电荷量q；
金属杆N在磁场内运动的过程中，取水平向右为正方向，由动量定理有
②初始时刻N到ab的最小距离x；
设杆M在磁场中运动的位移大小为x1，杆N在磁场中运动的位移大小为x2，则有Δx＝x1－x2，有
(3)初始时刻，若N到cd的距离与第(2)问初始时刻的相同、到ab的距离为kx(k>1)，求M出磁场后不与N相撞条件下k的取值范围.
两杆出磁场后在平行光滑长直金属导轨上运动，若N到cd的距离与第(2)问初始时刻的相同、到ab的距离为kx(k>1)，
由题意可知，此时M到cd边的距离为s＝(k－1)x
若要保证M出磁场后不与N相撞，则有两种临界情况：①M减速到 时出磁场，速度刚好等于N的
速度，一定不与N相撞，对M根据动量定理有
②M运动到cd边时，恰好减速到零，
综上所述，M出磁场后不与N相撞条件下k的取值范围为2≤k<3.
1.(多选)如图所示，水平金属导轨P、Q间距为L，M、N间距为2L，P与M相连，Q与N相连，金属棒a垂直于P、Q放置，金属棒b垂直于M、N放置，整个装置处在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中.现给a棒一大小为v0的初速度，方向水平向右.设两部分导轨均足够长，两棒质量均为m，在a棒的速度由v0减小到0.8v0的过程中，两棒始终与导轨接触良好.在这个过程中，以下说法正确的是A.俯视时感应电流方向为顺时针B.b棒的最大速度为0.4v0C.回路中产生的焦耳热为0.1mv02D.通过回路中某一截面的电荷量为
a棒向右运动，根据右手定则可知，俯视时感应电流方向为逆时针，故A错误；由题意分析可知，a棒减速，b棒加速，设a棒的速度大小为0.8v0时b棒的速度大小为v，
2.(2022·安徽阜阳市质检)如图，两平行光滑金属导轨ABC、A′B′C′的左端接有阻值为R的定值电阻Z，间距为L，其中AB、A′B′固定于同
一水平面上(图中未画出)且与竖直面内半径为r的 光滑圆弧形导轨BC、B′C′相切于B、B′两点.矩形DBB′D′区域内存在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场.导体棒ab的质量为m、阻值为R、长度为L，ab棒在功率恒定、方向水平向右的推力作用下由静止开始沿导轨运动，经时间t后撤去推力，然后ab棒与另一根相同的导体棒cd发生碰撞并粘在一起，以 的速率进入磁场，两导体棒穿过磁场区域后，恰好能到达CC′处.重力加速度大小为g，导体棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨的电阻.
(1)求该推力的功率P；
设两导体棒碰撞前瞬间ab棒的速度大小为v0，在推力作用的过程中，由动能定理有Pt＝
设ab与cd碰后瞬间结合体的速度大小为v1，
(2)求两导体棒通过磁场右边界BB′时的速度大小v；
对两导体棒沿圆弧形导轨上滑的过程分析，
(3)求两导体棒穿越磁场的过程中定值电阻Z产生的焦耳热Q；
两棒碰撞并粘在一起，由电阻定律可知，两导体棒的总电阻为 ，阻值为R的定值电阻Z产生的焦耳热为Q，
(4)两导体棒到达CC′后原路返回，请通过计算判断两导体棒能否再次穿过磁场区域.若不能穿过，求出两导体棒停止的位置与DD′的距离x.
由机械能守恒定律可知，导体棒再次回到BB′处时的速度大小仍为v＝ ，导体棒再次进入磁场向左运动的过程中，仍用动量定理和相关电路知识，并且假设导体棒会停在磁场中，
同时设导体棒在磁场中向左运动的时间为t2，导体棒进入磁场后到停止运动的距离为Δx，
1.(多选)(2022·河南信阳市高三质量检测)如图所示，两根足够长相互平行、间距d＝0.20 m的竖直导轨，下端连接阻值R＝0.50 Ω的电阻.一根阻值也为0.50 Ω、质量m＝1.0×10－2 kg的导体棒ab搁置在两端等高的挡条上.在竖直导轨内有垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度B＝0.50 T(图
中未画出).撤去挡条，棒开始下滑，经t＝0.25 s后下降了h＝0.29 m.假设棒始终与导轨垂直，且与导轨接触良好，不计一切摩擦阻力和导轨电阻，重力加速度取10 m/s2.下列说法正确的是
A.导体棒能获得的最大速度为20 m/sB.导体棒能获得的最大速度为10 m/sC.t＝0.25 s时间内通过导体棒的电荷量为2.9×10－2 CD.t＝0.25 s时导体棒的速度为2.21 m/s
导体棒获得最大速度时，导体棒受力平衡，有mg＝F安＝BId，解得I＝1 A，又由E＝Bdvm，I＝ ，解得vm＝10 m/s，故A错误，B正确；
其中ΔΦ＝ΔS·B＝0.2×0.29×0.5 Wb＝0.029 Wb，解得q＝2.9×10－2 C，故C正确；
2.(多选)(2022·山东青岛市黄岛区期末)如图，光滑平行金属导轨MN、PQ固定在水平桌面上，窄轨MP间距0.5 m，宽轨NQ间距1 m，电阻不计.空间存在竖直向上的磁感应强度B＝1 T的匀强磁场.金属棒a、b水平放置在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，a棒的质量为0.2 kg，b棒的质量为0.1 kg，若a棒以v0＝9 m/s的水平初速度从宽轨某处向左滑动，最终与b棒以相同的速度沿窄轨运动.若a棒滑离宽轨前加速度恰好为0，窄导轨足够长.下列说法正确的是A.从开始到两棒以相同速度运动的过程，a、b组成的系统动量守恒B.金属棒a滑离宽轨时的速度大小为3 m/sC.金属棒a、b最终的速度大小为6 m/sD.通过金属棒横截面的电荷量为0.8 C
由于两导轨的宽度不相等，根据F＝BIL，知a、b两个金属棒所受水平方向的安培力之和不为零，系统动量不守恒，故A错误；
a棒滑离宽轨道进入窄轨道后，a、b两个金属棒所受水平方向的安培力之和为零，系统动量守恒，设a、b两个金属棒最终的共同速度
为v′，则mava＋mbvb＝(ma＋mb)v′，解得v′＝4 m/s，故C错误；b金属棒始终在窄轨道上运动，对b金属棒全过程利用动量定理可得 ＝mbv′，q＝ ′·Δt′，即BLbq＝mbv′，代入数据得q＝0.8 C，故D正确.
3.(多选)(2022·北京市模拟)如图，两根足够长的固定的光滑平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为L.导轨上面横放着两根导体棒1和2，构成矩形回路.两根导体棒的质量皆为m，接入电路电阻皆为R，回路中其余部分的电阻可不计，在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B.初始棒2静止，棒1有指向棒2的初速度v0.若两导体棒在运动中始终不接触，则A.棒1的最小速度为零B.棒2的最大加速度为C.棒1两端电压的最大值为BLv0D.棒2产生的最大热量为
当导体棒1开始运动时，回路中有感应电流，两导体棒受到大小相等的安培力作用，棒1做减速运动，
棒2做加速运动，当两棒速度相等时，回路中电流等于零，两棒受力平衡，都做匀速直线运动，此时棒1的速度最小，A错误；
当导体棒1刚开始运动时，回路中的感应电动势最大，感应电流最大，则棒1两端电压最大值为U1＝IR＝ ，C错误；
4.(多选)(2022·广西北海市一模)如图所示，在水平桌面上固定两条足够长的相距L＝1.0 m的平行光滑金属导轨，导轨的左端连接阻值R＝3.0 Ω的电阻，导轨上放有垂直导轨的金属杆P，金属杆的质量m＝0.1 kg，接入电路的
电阻r＝2.0 Ω，整个空间存在磁感应强度大小B＝0.5 T、竖直向下的匀强磁场.初始时刻金属杆在水平向右的恒力F的作用下，向右做速度v＝4 m/s的匀速直线运动，经1.5 s后撤去恒力F.整个运动过程中金属杆P始终与导轨垂直且接触良好，导轨电阻不计，则从初始时刻到金属杆停止运动的过程中A.电阻R上产生的热量为1.0 JB.电阻R上产生的热量为1.2 JC.金属杆向右运动的位移为14 mD.金属杆向右运动的位移为16 m
根据金属杆受力平衡得F＝F安，代入数据解得F＝0.2 N，前1.5 s内金属杆运动的位移为x1＝vt＝6 m，水平恒力F做的功W＝Fx1＝1.2 J，从初始时刻到金属杆停止运动的过程中，
其中Qr∶QR＝r∶R＝2∶3，代入数据解得QR＝1.2 J，故A错误，B正确；
从初始时刻到金属杆停止运动的过程中，金属杆向右运动的位移x＝x1＋x2＝14 m，故C正确，D错误.
5.(多选)如图所示，两条足够长、电阻不计的平行导轨放在同一水平面内，相距l.磁感应强度大小为B的范围足够大的匀强磁场垂直于导轨平面向下.两根质量均为m、电阻均为r的导体杆a、b与两导轨垂直放置且接触良好，开始时两杆均静止.已知b杆光滑，a杆与导轨间最大静摩擦力大小为F0.现对b杆施加一与杆垂直且大小随时间按图乙所示规律变化的水平外力F，已知在t1时刻，a杆开始运动，此时拉力大小为F1，下列说法正确的是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)
D.a、b两杆最终速度将恒定，且两杆速度大小之差等于t1时刻b杆速度大小
在整个运动过程中，a、b两杆所受安培力大小相等，当a杆开始运动时，所受的安培力大小等于最大静摩擦力F0，
由动量定理得IF－I安＝mv，F－t图线与横轴围成的面积表示IF的大小，
由于最终外力F＝F0，故此时对两杆整体，所受合力为零，两杆所受的安培力均为F0，
处于稳定状态，因开始时b杆做减速运动，a杆做加速运动，
即Δv＝v，速度大小之差等于t1时刻b杆速度大小，选项D正确.
6.(2022·天津市红桥区第二次质检)如图所示，两足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距为L，一理想电流表与两导轨相连，匀强磁场与导轨平面垂直.一质量为m、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处由静止释放.导体棒进入磁场后流经电流表的电流逐渐减小，最终稳定为I.整个运动过程中，导体棒与导轨接触良好，且
始终保持水平，不计导轨的电阻，重力加速度大小为g.求：(重力加速度取10 m/s2)(1)导体棒的最大速度vm，磁感应强度的大小B；
由题意得导体棒刚进入磁场时的速度最大，设为vm，
电流稳定后，导体棒做匀速运动，此时导体棒受到的重力和安培力平衡，则有：BIL＝mg
(2)电流稳定后，导体棒运动速度的大小v；
(3)若导体棒进入磁场后恰经t时间达到稳定，这段时间的位移x大小.
导体棒进入磁场t时间运动的过程由动量定理有mgt－B Lt＝mv－mvm
7.(2022·陕西西安市一模)如图所示，有两光滑平行金属导轨，倾斜部分和水平部分平滑连接，BE、CH段用特殊材料制成，光滑不导电，导轨的间距L＝1 m，左侧接R＝1 Ω的定值电阻，右侧
接电容C＝1 F的电容器，ABCD区域、EFGH区域均存在垂直于导轨所在平面向下、磁感应强度B＝1 T的匀强磁场，ABCD区域长s＝0.3 m.金属杆a、b的长度均为L＝1 m，质量均为m＝0.1 kg，a的电阻为r＝2 Ω，b的电阻不计.金属杆a从距导轨水平部分h＝0.45 m的高度处由静止滑下，金属杆b静止在BEHC区域，金属杆b与金属杆a发生弹性碰撞后进入EFGH区域，最终稳定运动.求：(重力加速度g取10 m/s2)
(1)金属杆a刚进入ABCD区域时通过电阻R的电流I；
金属杆a从开始运动到进入ABCD区域，
解得v1＝3 m/s刚进入ABCD区域时E＝BLv1
(2)金属杆a刚离开ABCD区域时的速度v2的大小；
金属杆a从进入ABCD区域到离开ABCD区域，
(3)金属杆b稳定运动时的速度v4的大小；
金属杆a、b碰撞过程中，有mv2＝mv2′＋mv3
解得v3＝2 m/s，v2′＝0
分析可知，杆b进入磁场后，电容器充电，杆b速度减小，匀速运动时，杆b产生的感应电动势与电容器两端电压相同，且通过杆b的电荷量就是电容器储存的电荷量，由动量定理有
－BLq＝mv4－mv3
(4)整个运动过程中金属杆a上产生的焦耳热.
杆a仅在ABCD区域中运动时产生焦耳热，
8.如图所示，MN、PQ为足够长的水平光滑金属导轨，导轨间距L＝0.5 m，导轨电阻不计，空间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B＝1 T；两直导体棒ab、cd均垂直于导轨放置，导体棒与导轨始终接触良好.导体棒ab的质量m1＝0.5 kg，电阻R1＝0.2 Ω；导体棒cd的质量m2＝1.0 kg，电阻R2＝0.1 Ω.将cd棒用平行于导轨的水平细线与固定的力传感器连接，给ab一个水平向右、大小为v0＝3 m/s的初速度，求：(1)导体棒ab开始运动瞬间两端的电压Uab；
导体棒ab开始运动瞬间产生的感应电动势E＝BLv0＝1×0.5×3 V＝1.5 V
导体棒ab开始运动瞬间两端的电压Uab＝IR2＝0.5 V
(2)力传感器示数F随ab运动距离x的变化关系；
设导体棒ab向右运动x时的速度为v，则根据动量定理得
cd棒与ab棒所受安培力大小相等，故力传感器的示数F＝F安，
(3)若导体棒ab向右运动的速度为1.5 m/s时剪断细线，求此后回路中产生的焦耳热.
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