高三物理高考总复习解题方法精讲专题十一“杆＋导轨”模型问题学案

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1、高三物理高考总复习解题方法精讲专题学案专题十一:“杆＋导轨”模型问题1．“杆＋导轨”模型的特点“杆＋导轨”模型类试题命题的“基本元素”：导轨、金属棒、磁场．具有如下的变化特点：(1)对于导轨：①导轨的形状：常见导轨的形状为U形，还可以为圆形、三角形等；②导轨的闭合性：导轨本身可以不闭合，也可以闭合；③导轨电阻：电阻不计、均匀分布或部分有电阻、串联外电阻；④导轨的放置：水平、竖直、倾斜放置等．(2)对于金属棒：①金属棒的受力情况：受安培力以外的拉力、阻力或仅受安培力；②金属棒的运动状态：静止或运动；③金属棒的运动状态：匀速运动、匀变速运动、非匀

2、变速直线运动或转动；④金属棒切割磁感线状况：整体切割磁感线或部分切割磁感线；⑤金属棒与导轨的连接：金属棒可整体或部分接入电路，即金属棒的有效长度问题．(3)对于磁场：①磁场的状态：磁场可以是稳定不变的，也可以是均匀变化或非均匀变化的；②磁场的分布：有界或无界．2．解决“杆＋导轨”模型问题的思路首先要选取金属棒为研究对象，分析棒的受力情况，分清变力和不变力，特别注意由于金属棒速度变化引起的感应电动势、感应电流、安培力的变化情况，然后根据牛顿第二定律分析金属棒的加速度和速度的变化情况，如果要求棒的最终运动情况，则应依据平衡条件或牛顿第二定律列方程

3、．3．两种类型(1)电磁感应中不受恒定外力的“杆＋导轨”模型：例1.如图所示，两根相同的劲度系数为k的金属轻弹簧用两根等长的绝缘线悬挂在水平天花板上，弹簧的上端通过导线与阻值为R的电阻相连，弹簧的下端接一质量为m、长度为L、电阻为r的金属棒，金属棒始终处于宽度为d的垂直纸面向里磁感应强度为B-4-高三物理高考总复习解题方法精讲专题学案的匀强磁场中，开始时弹簧处于原长，金属棒从静止释放，其下降高度为h时达到了最大速度．已知弹簧始终在弹性限度内，且当弹簧的形变量为x时，它的弹性势能为kx2，不计空气阻力和其他电阻，求：(1)金属棒的最大速度是多少

4、？(2)这一过程中R消耗的电能是多少？解析　(1)当金属棒有最大速度时，加速度为零，金属棒受向上的弹力、安培力和向下的重力作用，有2kh＋BId＝mgI＝vmax＝.(2)据能量关系得mgh－2×－mv＝E电又有R、r共消耗了总电能＝，ER＋Er＝E电整理得R消耗的电能为ER＝E电＝.答案　(1)(2)(2)电磁感应中受恒定外力的“杆＋导轨”模型：-4-高三物理高考总复习解题方法精讲专题学案例2.如图所示，质量为M的导体棒ab，垂直放在相距为l的平行光滑金属导轨上，导轨平面与水平面的夹角为θ，并处于磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的

5、匀强磁场中，左侧是水平放置、间距为d的平行金属板，R和Rx分别表示定值电阻和滑动变阻器的阻值，不计其他电阻．(1)调节Rx＝R，释放导体棒，当棒沿导轨匀速下滑时，求通过棒的电流I及棒的速率v.(2)改变Rx，待棒沿导轨再次匀速下滑后，将质量为m，带电荷量为＋q的微粒水平射入金属板间，若它能匀速通过，求此时的Rx.解析　(1)导体棒匀速下滑时，Mgsinθ＝BIl①I＝②设导体棒产生的感应电动势为E0E0＝Blv③由闭合电路欧姆定律得：I＝④联立②③④，得v＝⑤(2)改变Rx，由②式可知电流不变，设带电微粒在金属板间匀速通过时，板间电压为U，电

6、场强度大小为EU＝IRx⑥E＝⑦mg＝qE⑧联立②⑥⑦⑧，得Rx＝.-4-高三物理高考总复习解题方法精讲专题学案答案　(1)　　(2)-4-