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专题15 电磁感应定律及其应用
题型一 楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用
【解题指导】
(1)理解“谁”阻碍“谁”，及如何阻碍．
(2)理解楞次定律的广义形式，“结果”阻碍“原因”．
【典例分析1】（2023·河南开封·统考一模）如图所示，金属导体圆环用绝缘支架固定
在铁架台上，圆环面水平。在圆环正上方，一质量为m，可视为质点的小磁铁通过细
线吊在铁架台的横杆上，细线与圆环的轴线重合，小磁铁距铁架台底面的高度为h。
现剪断细线，小磁铁沿圆环轴线下落到铁架台底面上。不计空气阻力，重力加速度为
g，下列说法正确的是（ ）
A．小磁铁落在铁架台底面上时的速度大小为
B．小磁铁下落的整个过程中，加速度先小于g 后大于g
C．在小磁铁下落的整个过程中，圆环对小磁铁的作用力先竖直向上后竖直向下
D．在小磁铁下落的整个过程中，圆环中的感应电流先逆时针后顺时针（从上往下
看）
【典例分析2】（2023 上·吉林长春·高三东北师大附中校考阶段练习）如图所示，当条
形磁铁N 极移近螺线管时，关于螺线管中A 点与B 点电势关系，下列说法正确的是（
）
A．A 点电势低于B 点电势
B．A 点电势等于B 点电势
C．A 点电势高于B 点电势
D．无法确定
【典例分析3】（2023 上·福建福州·高三校联考期中）如图甲所示，线圈套在长玻璃管
1
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上，线圈的两端与电流传感器（可看作理想电流表）相连。将强磁铁从长玻璃管上端
由静止释放，磁铁下落过程中将穿过线圈，并不与玻璃管摩擦。实验观察到如图乙所
示的感应电流随时间变化的图像，从上往下看线圈中顺时针为电流的正方向。下列判
断正确的是（ ）
A．本次实验中朝下的磁极是N 极
B．t1~t2与t2~t3两段时间里图线与坐标轴围成的面积相等
C．磁铁下落过程减少的重力势能等于增加的动能
D．磁铁若从更高处释放，t2时刻穿过线圈的磁通量更大
【方法提炼】
1.感应电流方向的判断方法
(1)右手定则，即根据导体在磁场中做切割磁感线运动的情况进行判断。
(2)楞次定律，即根据穿过闭合回路的磁通量的变化情况进行判断。
2．楞次定律中“阻碍”的主要表现形式
(1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”。
(2)阻碍相对运动——“来拒去留”。
(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”。
(4)阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”。
3．感应电动势大小的计算
情景图
研究对象
回路(不一定闭
合)
一段直导线(或
等效直导线)
绕一端转动的一
段导体棒
绕与B 垂直的轴转
动的导线框
表达式
E＝n
E＝BLv
E＝BL2ω
从图示时刻计时E
＝NBS·ωcosωt
2
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【变式演练】
1．（2023·广西·统考三模）三个用同样的细导线做成的刚性闭合线框，正方形线框的
边长与圆线框的直径相等，圆线框的半径与正六边形线框的边长相等，如图所示。把
它们放入磁感应强度随时间线性变化的同一匀强磁场中线框所在平面均与磁场方向垂
直，正方形、圆形和正六边形线框中感应电动势大小分别为
、
和
。则（ ）
A．
B．
C．
D．
2．（2023 上·江苏南京·高三校联考期中）如图所示，一不可伸长的细绳的上端固定，
下端系在边长为l=0.40m 的正方形金属框的D 点上。金属框的一条对角线AC 水平，其
下方有方向垂直于金属框所在平面的匀强磁场。己知构成金属框的导线单位长度的阻
值为
=5.0×10-3Ω/m。在t=0 到t=3.0s 时间内，磁感应强度大小随时间t 的变化关系为B
（t）=0.3-0.1t（SI 制）。则下列说法正确的是（ ）
A．t=0 到t=3.0s 时间内，金属框中产生的感应电动势为0.016V
B．t=0 到t=3.0s 时间内，金属框中的电流方向为A→D→C→B→A
C．t=2.0s 时金属框所受安培力的大小为
N
D．在t=0 到t=2.0s 时间内金属框产生的焦耳热为0.032J
3.(多选)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，其边界如图a 中虚
线MN 所示。一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S，将该导线做成半径为r 的圆
环固定在纸面内，圆心O 在MN 上。t＝0 时磁感应强度的方向如图a 所示；磁感应强
度B 随时间t 的变化关系如图b 所示。则在t＝0 到t＝t1的时间间隔内( )
3
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A．圆环所受安培力的方向始终不变 B．圆环中的感应电流始终沿顺时针方
向
C．圆环中的感应电流大小为 D．圆环中的感应电动势大小为
4.（2023 上·山西运城·高三校联考阶段练习）如图所示，螺线管竖直固定，螺线管正下
方水平地面上有一金属圆环，螺线管的轴线通过圆环的圆心，给螺线管通入如图所示
方向的电流，电流均匀增大，圆环保持不动，则下列说法正确的是（ ）
A．从上往下看，圆环中有顺时针方向的感应电流
B．圆环中磁通量均匀增大
C．圆环中感应电流均匀增大
D．圆环受到的安培力均匀增大
5.（2023 下·安徽滁州·高三校考开学考试）半径分别为和
的同心半圆粗糙导轨
、
固定在同一水平面内，一长为、电阻为
、质量为
且质量分布均匀的导体棒
置于半圆轨道上面，
的延长线通过导轨的圆心
，装置的俯视图如图所示。整
个装置位于磁感应强度大小为
、方向竖直向下的匀强磁场中。在
、
之间接有一
阻值为
的电阻。导体棒
在水平外力作用下，以角速度
绕
顺时针匀速转动，在
转动过程中始终与导轨保持良好接触。设导体棒与导轨间的动摩擦因数为
，导轨电
阻不计，重力加速度为
，则下列说法正确的是（ ）
A．导体棒
两端的电压为
4
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B．电阻
中的电流方向从
到
，大小为
C．外力的功率大小为
D．若导体棒不动，要产生同方向的感应电流，可使竖直向下的磁场的磁感应强度
增加，且变化得越来越慢
题型二 电磁感应的图象问题
【解题指导】(1)产生电动势的那部分导体相当于电源，电源内部电流由负极流向正极，
电源两端电压为路端电压．
(2)Φ－t 图象、B－t 图象的斜率对应电动势大小及电流方向，其斜率不变或平行，感应
电动势大小不变，电流方向不变．
【典例分析1】（2023 下·重庆北碚·高三重庆市兼善中学校考开学考试）一长直导线与
闭合金属线框放在同一竖直面内，如图甲所示，长直导线中的电流i 随时间t 的变化关
系如图乙所示（以竖直向上为电流的正方向）。则在0～T 时间内，下列说法正确的是
（ ）
A．
时间内，穿过线框的磁通量最小
B．
时间内，线框中始终产生逆时针方向的感应电流
C．
时间内，线框先有扩张的趋势后有收缩的趋势
D．
时间内，线框所受安培力的合力方向向右
【典例分析2】（2023 上·江西·高三校联考阶段练习）如图甲所示，边长为L、电阻为
R 的正三角形金属框ACD 由粗细均匀的金属棒组成，绝缘细线一端连接AC 的中点G
将金属框吊在天花板上的O 点，金属框处于静止状态，金属框部分处于垂直金属框平
面向外的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，金属框AD，CD 边的中点E、F 在
磁场的水平边界上，重力加速度为g。现让磁感应强度按如图乙所示规律变化，图甲
5
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中磁场方向为正方向，t=0 时刻悬线的拉力恰好为零，细线能承受的最大拉力为金属框
重力的2 倍，则下列判断正确的是（ ）
A．细线未断时，金属框中感应电流先沿逆时针方向后沿顺时针方向
B．
时刻，线框中感应电流不为零，细线上拉力大小等于金属框重力
C．细线能承受的最大拉力等于
D．
时刻细线断开
【典例分析3】（2023 上·辽宁大连·高二大连八中校考期中）如图甲所示，一根电阻R
＝4Ω 的导线绕成半径d＝2m 的圆环，在圆内部分区域存在变化的匀强磁场，中间S 形
虚线是两直径均为d 的半圆，磁感应强度随时间的变化如图乙所示（磁场垂直于纸面
向外为正，电流顺时针方向为正），关于环中感应电流—时间图像，下列选项中正确
的是（ ）
A．
B．
6
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C．
D．
【方法提炼】
1．图象类型
2．分析方法
3．解答电磁感应中图象类选择题的两个常用方法
排
除
法
定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变
化快慢(均匀变化还是非均匀变化)，特别是分析物理量的正负，以
排除错误的选项
函
数
法
根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系，然后由
函数关系对图象进行分析和判断
【变式演练】
1.（2023 上·重庆渝中·高三重庆巴蜀中学校考阶段练习）如图甲所示，单匝线圈电阻
，线圈内部存在垂直纸面向外的磁场，磁场面积为
，有一个阻值为
的电阻两端分别与线圈两端a、b 相连，电阻的一端b 接地。磁感应强度B 随时
间t 变化的规律如图乙所示，不考虑圆形线圈缺口对感应电动势的影响，则（ ）
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A．在
时间内，a 点电势高于b 点电势
B．当
时穿过线圈的磁通量为
C．在
时间内，通过电阻R 的电荷量大小为
D．在
时间内，a、b 两点间电压大小为
2．（2023 下·宁夏银川·高二宁夏育才中学校考阶段练习）一闭合矩形线圈
绕垂
直于磁感线的固定轴
匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中。通过线
圈的磁通量
随时间的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．、
时刻通过线圈的磁通量变化率最大
B．
、
时刻线圈中感应电流方向改变
C．
、
时刻线圈中磁通量最大
D．、
时刻线圈中感应电动势最小
3．（2023 上·辽宁·高三校联考阶段练习）如图所示，xOy 平面的第一、三象限内充满
垂直纸面向外的匀强磁场。边长为L 的正方形金属框始终在O 点的顶点环绕，在xOy
平面内以角速度ω 顺时针匀速转动，
时刻，金属框开始进入第一象限，已知匀强
磁场的磁感应强度为B，金属框的总电阻为R，规定顺时针方向为电流的正方向，不考
虑自感影响，关于金属框中感应电流i 随时间t 变化的图像正确的是（ ）
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A．
B．
C．
D．
4．（2023·全国·高三专题练习）在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单
匝金属圆线圈，线圈所围的面积为0.1m2，线圈电阻为1Ω。规定线圈中感应电流I 的
正方向从上往下看是顺时针方向，如图甲所示。磁场的磁感应强度B 随时间t 的变化
规律如图乙所示，以下说法正确的是（ ）
A．在0 ~ 2s 时间内，I 的最大值为0.02A
B．在3 ~ 5s 时间内，I 的大小越来越小
C．前2s 内，通过线圈某横截面的总电荷量为0.01C
D．第3s 内，线圈的发热功率最大
5．（2023 上·河南新乡·高三新乡市第一中学校考阶段练习）用同种导线制成的圆环
水平同心放置，环a 半径为r，环b 半径为R，
，环a 中有与环面成
角
的匀强磁场，
时磁感应强度的方向如图甲所示，磁感应强度随时间的变化如图乙
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所示。则（ ）
A．
时间内，环a 一直有收缩的趋势
B．
时间内，两环间一直存在相互作用的引力
C．
时间内，环a 与环b 中的电流之比为
D．
时间内，环b 产生的感应电动势大小为
6.（2023 上·河南漯河·高三统考期末）如图（a），边长为d 的单匝正方形导线框固定
在水平纸面内，线框的电阻为R。虚线MN 恰好将线框分为左右对称的两部分，在虚
线MN 左侧的空间内存在与纸面垂直的匀强磁场，规定垂直于纸面向里为磁场的正方
向，磁感应强度B 随时间t 变化的规律如图（b），虚线MN 右侧存在垂直纸面向外的
匀强磁场，磁感应强度大小恒为
，下列说法正确的是（ ）
A．
时刻，线框中产生的感应电动势大小为
B．
时刻，线框所受安培力的合力为0
C．
时刻，线框受到的安培力大小为
D．在
内通过线框导线横截面的电荷量为
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7．（2023 下·安徽安庆·高三安徽省宿松中学校联考开学考试）长方形线圈
固定
在水平桌面上，通电直导线平行cd 边放置，导线与线框在同一平面内，导线中通有如
图所示的电流，设直导线中电流i 向右为正。穿过线框的磁通量为
，磁场方向垂直
纸面向里时磁通量为正；线框中的感应电流为I，顺时针方向为正；线框受到的安培力
为F，指向直导线为正；线框的热功率为P。已知通电直导线在空间产生的磁感应强度
与电流的大小成正比，与到直导线的距离成反比，以下图像正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
8．（2023 上·云南昆明·高三昆明八中校联考阶段练习）如图甲所示，一个匝数
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匝的圆形导体线圈，面积
，总电阻
。在线圈中存在面积
的
垂直线圈平面向外的匀强磁场区域，磁感应强度
随时间变化的关系如图乙所示。有
一个
的电阻，将其两端
、
分别与图甲中的圆形线圈相连接，其余电阻不计，
下列说法正确的是（ ）
A．
内
点电势高于
点电势
B．
内
、
间的电压大小为
C．
内通过电阻
的电荷量为
D．
内电流的有效值为
题型三 电磁感应中的力、电综合问题
【解题指导】1.分析导体棒切割磁感线运动时要由牛顿第二定律列方程，在方程中讨
论v 的变化影响安培力的变化，进而影响加速度a 的变化，a 的变化又影响v 的变化．
2.克服安培力做功的过程就是其他形式的能转化为电能的过程，克服安培力做了多少
功，就有多少其他形式的能转化为电能．
【典例分析1】（2023·辽宁沈阳·东北育才学校校考一模）如图所示，足够长的平行金
属导轨倾斜放置，导轨所在平面倾角
，导轨间距
，在水平虚线的上方有
垂直于导轨平面向下的匀强磁场
，水平虚线下方有平行于导轨平面向下的匀强磁场
，两磁场的磁感应强度大小均为
。导体棒
垂直放置在导轨上，开始时
给两导体棒施加约束力使它们静止在斜面上，现给
棒施加沿斜面向上的拉力
，同
时撤去对两导体棒的约束力，使
沿斜面向上以
的加速度做匀加速直线运
动，
棒沿斜面向下运动，运动过程中导体棒始终与导轨垂直并接触良好，已知导体
棒与导轨间的动摩擦因数均为
，导体棒的质量均为
，两导体棒组成的
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回路总电阻为
，导轨的电阻不计，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，
，
，
，求：
（1）当
棒向下运动的速度达到最大时，
棒受到的安培力的大小和方向；
（2）当回路中的瞬时电功率为2W 时，在此过程中，通过
棒横截面的电量；
（3）当
棒速度减为零时，回路中的电流大小。
【方法提炼】
1.电磁感应中的力电综合问题的分析思路
注：有些物理量必须用动量定理或动量守恒定律定量计算(参考易错警示)。
2．求解电磁感应问题中焦耳热的三个途径
(1)感应电路为纯电阻电路时产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即Q＝W 克安，一般
用于电流变化的电路。
(2)感应电路中电阻产生的焦耳热等于电流通过电阻做的功，即Q＝I2Rt，一般用于电流
恒定的电路。
(3)感应电路中产生的焦耳热可通过能量守恒定律列方程求解。
【变式演练】
1.（2023 下·宁夏银川·高三宁夏育才中学校考阶段练习）如图所示，平行长直光滑固定
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的金属导轨
、
平面与水平面的夹角
，导轨间距为
，上端接有
的电阻，在导轨中间加一垂直轨道平面向下的匀强磁场，磁场区域为
，
磁感应强度大小为
，磁场区域宽度为
，放在导轨上的一金属杆
质量
为
、电阻为
，从距磁场上边缘
处由静止释放，金属杆进入磁场上
边缘的速度
。导轨的电阻可忽略不计，杆在运动过程中始终与导轨垂直且两
端与导轨保持良好接触，重力加速度大小为
，求：
（1）金属杆距磁场上边缘的距离
；
（2）杆通过磁场区域的过程中所用的时间；
（3）金属杆通过磁场区域的过程中电阻
上产生的焦耳热
。
2.（2023·广东梅州·梅州市曾宪梓中学校考模拟预测）如图所示，间距为L 的平行光滑
金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨的左端连接一阻值为R 的定值电阻。导轨所在空
间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B。一根质量为m、长度为L、电阻为r 的
导体棒cd 放在导轨上。导体棒运动过程中始终保持与导轨垂直且接触良好，导轨的电
阻可忽略不计。
（1）若对导体棒cd 施加一水平向右的恒力，使其以速度v 向右做匀速直线运动，求
此力的大小
；
（2）若对导体棒cd 施加一水平向右的拉力
，使其沿导轨做初速为零的匀加速直线
运动。
的大小随时间t 变化的图像为一条斜率为k（
）的直线。求导体棒cd 加
速度的大小a。
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3.（2023 上·江西·高三校联考阶段练习）如图所示，宽度
、足够长的平行导轨
固定于绝缘水平面上，左端接有一个电动势
、内阻
的电源，右端接有
一个降压限流器件（当电路电流大于或等于
时相当于一个可变电阻而保持电流恒为
，电流小于
时相当于电阻为0 的导线）和一个
的定值电阻，其他电阻
不计，
是分界线且与左右两端足够远，导轨间有垂直导轨平面向上的匀强磁场，磁
场的磁感应强度大小
，导轨在P、Q 点各有一个断路小缺口，不计电阻的金属
杆
从距
足够远处由静止释放，在
的左侧，金属杆与导轨间的动摩擦因数
。在
的右侧，金属杆与导轨间的摩擦可忽略不计。已知金属杆到达
之前
已经在做匀速运动，且速度大小为
，金属杆越过
时，由于有缺口，杆的速度
大小立即减为原来的60%，取重力加速度大小
。求：
（1）金属杆
的质量；
（2）金属杆
越过
后运动的距离；
（3）整个过程中，通过降压限流器件上的电荷量。
4.（2023·河北保定·河北省唐县第一中学校考二模）如图所示，倾角为
、足够长
的光滑绝缘斜面固定不动，斜面上有一系列间距均为
的水平虚线（图中仅画
出部分），虚线1、2 间存在垂直斜面向下的匀强磁场，从虚线2 向下每间隔
在两虚
线间存在垂直斜面向下的与虚线1、2 间相同的匀强磁场，磁感应强度大小为
。
一质量为
、电阻值为
、边长为
的正方形线框从虚线1 上方某位置
由静止释放，
边始终与虚线平行，当线框的
边刚好到达虚线1 时，线框的加速度
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大小为
，方向沿斜面向下，重力加速度取
。整个过程中线框始终
没有发生转动。求：
（1）线框释放瞬间，
边到虚线1 的间距；
（2）线框的最大速度；
（3）若从释放到线框的速度达到最大，所用的时间为
，则此过程中线框中产生
的焦耳热
为多少?
5．（2023 上·湖南·高三校联考阶段练习）如图所示，电阻不计的两条平行足够长光滑
金属导轨固定在同一水平面上，其间距为1m。甲、乙两根完全相同的金属棒垂直导轨
放置，且与导轨接触良好，整个装置处于磁感应强度大小为0.5T，方向竖直向下的匀
强磁场中。某时刻给金属棒甲施加一个大小为F=2N、水平向右的拉力，拉力F 作用
4s 时，金属棒甲、乙的加速度相等，此时撤去拉力F。已知金属棒甲、乙的质量均为
1kg，接入电路中的电阻均为0.5Ω。求：
（1）金属棒甲、乙的加速度相等时甲、乙的速度大小；
（2）从撤去拉力F 到经过一段时间金属棒甲、乙之间的距离不再变化这一过程，电路
中产生的热量以及金属棒甲、乙之间距离的增加量。
题型四 电磁感应中的动量问题
【典例分析1】（2023·广西南宁·南宁三中校考模拟预测）如图所示，两条足够长的平
行导电导轨MN、PQ 水平放置，导轨间距L=1.0m，在轨道区域内有竖直向下的匀强磁
场，磁感应强度大小为B=1T。导体棒a、b 质量均为m=1kg，电阻均为R=0.5Ω，与导
轨间的动摩擦因数均为
=0.3，运动过程中导体棒与导轨始终垂直且接触良好。重力
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加速度g=10m/s2，导轨电阻可忽略，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
（1）若开始时导体棒a 初速度为零，导体棒b 获得
=2m/s 的水平向右的初速度，求
此时导体棒a 和b 的加速度大小；
（2）若同时分别给两导体棒不同的冲量，使导体棒a 获得平行于导轨向左的初速度
=2m/s 的同时，导体棒b 获得向右的平行于导轨的初速度
=4m/s，求流经导体棒a 的
最大电流；
（3）在（2）的条件下，从导体棒a 速度为零到两棒相距最远的过程中，已知导体棒b
产生的焦耳热为0.25J，求此过程中导体棒b 的位移。
【典例分析2】（2023 上·福建漳州·高三校考期中）如图所示，M1N1P1Q1和M2N2P2Q2
为在同一水平面内足够长的金属导轨，处在磁感应强度大小为B 的匀强磁场中，磁场
方向竖直向下。导轨的M1N1段与M2N2段相互平行，间距为L；P1Q1段与P2Q2段也是
平行的，间距为
。质量为m 的金属杆a 垂直于导轨并固定在导轨的M1N1段与M2N2
段，质量也为m 的金属杆b 垂直于导轨并固定在导轨的P1Q1段与P2Q2段；一不可伸长
的绝缘轻线一端系在金属杆b 的中点，另一端绕过定滑轮与质量也为m 的重物c 相连，
绝缘轻线的水平部分与P1Q1平行且足够长。若固定金属杆a，释放金属杆b，经时间
t，c 物体达到最大速度。已知两杆在运动过程中始终垂直于导轨并与导轨保持光滑接
触，两杆与导轨构成的回路的总电阻始终为R，重力加速度为g。
（1）求c 的最大速度；
（2）求时间t 内通过金属杆b 的电荷量q；
（3）若同时释放a、b，在释放a、b 的同时对a 施加一水平向左的恒力F=2mg，求
a、b 两金属杆产生电能的电功率之比。
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【方法提炼】
示意图
动力学观点
导体棒1 受安培力的作用做
加速度减小的减速运动，导
体棒2 受安培力的作用做加
速度减小的加速运动，最后
两棒以相同的速度做匀速直
线运动
导体棒1 做加速度逐渐减小
的加速运动，导体棒2 做加
速度逐渐增大的加速运动，
最终两棒以相同的加速度做
匀加速直线运动
动量观点
系统动量守恒
系统动量不守恒
能量观点
棒1 动能的减少量＝棒2 动
能的增加量＋焦耳热
外力做的功＝棒1 的动能＋
棒2 的动能＋焦耳热
1.杆＋导轨模型可以考查学生综合运用动力学、能量、动量的观点解决电磁感应问题，
有可能作为压轴题或最后一道选择题出现(如江苏高考)，所以有必要介绍一下。常见的
杆＋导轨模型如下：
(1)单杆模型的常见情况
(2)双杆模型的常见情况
杆＋导轨模型的动力学、能量分析参见典例探究例3 后面的规律总结，因为杆一般做
变加速运动，所以有些物理量必须从动量的角度求解。
2．应用动量观点解决电磁感应综合问题可分为两类：
(1)利用动量定理求感应电荷量或运动位移
应用动量定理可以由动量变化来求解变力的冲量，如在导体棒做非匀变速运动的问题
中，应用动量定理可以解决牛顿运动定律不易解答的问题。
如：BILΔt＝Δp，q＝I·Δt，可得q＝。
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Δt＝Δp，x＝vΔt，可得x＝。
(2)利用动量守恒定律分析双导体杆问题
在相互平行的光滑水平轨道间的双棒做切割磁感线运动时，由于这两根导体棒所受的
安培力等大反向，合外力为零，若不受其他外力，两导体棒的总动量守恒(上面双杆模
型的第二种情况动量不守恒，须用动量定理)。解决此类问题往往要应用动量守恒定律。
【变式演练】
1.（2023·浙江宁波·镇海中学校联考一模）如图，质量为0.1kg 的方形铝管静置在足够
大的绝缘水平面上，现使质量为0.2kg 的条形磁铁（条形磁铁横截面比铝管管内横截面
小）以v=3m/s 的水平初速度自左向右穿过铝管，忽略一切摩擦，不计管壁厚度。则（
）
A．磁铁穿过铝管过程中，铝管受到的安培力可能先水平向左后水平向右
B．磁铁穿过铝管后，铝管速度可能为4m/s
C．磁铁穿过铝管正中央时，铝管加速度为零
D．磁铁穿过铝管过程所产生的热量可能达到0.2J
2.（2023 上·江西赣州·高三校联考阶段练习）如图，两根足够长的光滑平行金属导轨固
定在同一水平面内，两导轨间的距离为L＝1m。导轨上放置两导体棒ab、cd，与导轨
垂直并构成闭合回路，两导体棒ab、cd 的质量分别为
、
，长度均
为L＝1m，电阻均为R＝0.3Ω，其余部分电阻不计。在整个导轨所在平面内存在方向
竖直向上、磁感应强度大小为B＝1T 的匀强磁场。初始时，两导体棒均在导轨上静止
不动，某时刻给导体棒ab 以水平向右的初速度
，若两杆初始时相距足够远，
运动全程中两杆始终不相遇，则当两杆速度最终稳定时（ ）
A．两杆的最终末速度相等，大小为
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B．电路中产生的焦耳热为
C．安培力对cd 杆做功
D．电路中通过的电荷量为
3.（2023·广西·校联考模拟预测）如图所示，两足够长的光滑平行金属导轨固定在绝缘
水平面上，导轨间距为L，导轨间有方向竖直向下的匀强磁场，磁场的磁感应强度大
小为B，质量均为m、有效电阻均为R 的金属棒
和
垂直于导轨放置，均处于静止
状态，现给
棒一个方向水平向左、大小为
的初速度，下列说法正确的是（ ）
A．从
棒开始运动到回路无电流的过程中，回路产生的焦耳热为
B．从
棒开始运动到回路无电流的过程中，回路产生的焦耳热为
C．最终回路无电流通过后，两棒间的距离比静止时增大
D．最终回路无电流通过后，两棒间的距离比静止时增大
4.（2023 上·辽宁沈阳·三东北育才学校校考阶段练习）如图所示，有两根光滑平行导轨，
左侧为位于竖直平面的金属圆弧，右侧为水平直导轨，圆弧底部和直导轨相切，两条
导轨水平部分在同一水平面内，两导轨的间距为d=0.5m，导轨的左侧接着一个阻值为
R=2Ω 的定值电阻，水平导轨的ABNM 区域存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大
小为B=2T，虚线AM 和BN 垂直于导轨，BN 右边无磁场，AB 和MN 的长度均为
x=1.5m，两根金属棒a、b 垂直放置在导轨上，质量均为m=0.2kg，接入电路的电阻均
为r=2Ω，金属棒a 从圆弧轨道距水平轨道高h=0.8m 处由静止滑下，与静止在圆弧底
部的金属棒b 发生弹性碰撞，碰撞后金属棒b 进入磁场区域，最终通过BN 虚线，继续
向右运动。不计金属导轨的电阻，求：
（1）金属棒b 刚进入磁场区域时的速度大小；
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（2）整个运动过程中金属杆a 上产生的焦耳热（此结果保留两位小数）。
5．（2023 下·安徽合肥·高三校考开学考试）如图所示，平行光滑金属导轨由水平部分
和倾斜部分平滑连接而成。导轨水平部分的一段处于
、方向垂直导轨平面向
上的匀强磁场（图示虚线）中。在磁场中离左边界
处垂直于水平导轨放置导
体棒
，在倾斜导轨高
处垂直于导轨放置导体棒
，将导体棒
由静止释放，
结果发现导体棒
以
的速度从磁场右边界离开。已知导体棒
、
的质量均为
，阻值均为
，棒的长度均等于导轨间距
，不计导轨电
阻，导体棒在运动过程中始终垂直于导轨且接触良好
取
，忽略磁场边界效应。
求：
（1）安培力对导体棒a 做的功；
（2）导体棒a 刚出磁场时，导体棒b 的速度大小及两棒之间的距离；
（3）整个过程中，安培力对导体棒b 做的功。
6．（2023 下·云南保山·高三统考期中）如图所示，两根平行的光滑金属导轨MN、PQ
放在水平面上，左端向上弯曲，导轨间距为L，电阻不计。水平段导轨所处空间存在
方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B。导体棒a 和b 的质量分别为m 和2m，电
阻值分别为Ra=2R，Rb=R；b 棒放置在水平导轨上足够远处，a 棒在弧形导轨上距水
平面h 高度处由静止释放。运动过程中导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直，重
力加速度为g。求：
（1）最终稳定时两棒的速度大小；
（2）从a 棒开始下落到最终稳定的过程中，b 棒上产生的内能；
（3）求全过程通过a 棒的电荷量。
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