“三杆+轨”问题的试题编制与分析策略

福建

“三杆+轨”问题是中学“杆+轨”模型在单杆和双杆题型基础上衍生的一种新的物理模型。作为中学物理考查动生类电磁感应问题的重要载体，三杆与导轨的结合不仅使试题延续了传统“杆+轨”问题中的研究对象多、综合知识点多、分析情境复杂、知识和能力综合性强等特点，而且还增强了对学生物理思维、科学探究等核心素养的考查。不论对教师命题还是学生解题都是一个新的研究课题，因此积极探索三杆问题的命题情境和分析策略，编制契合高考考纲要求的试题体系，对增强学生物理建模的能力，培育学生处理问题的能力，提升学生物理思维都具有积极的意义。

【方向1】三杆均置于磁场内，杆1切割，束缚杆2、3均处于静止。

【设计思路】设计三根导体杆放置于同一磁场或不同磁场内(如图1)，其中杆1切割磁感线，而杆2和杆3均于磁场中处于静止状态。

图1

【分析策略】杆2和杆3在磁场中相当于电阻，模型的本质仍是单杆问题，解题时可分别对动杆和束缚杆进行受力分析，动杆按单杆模型动态分析，综合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律、动能定理求解，受外力约束而静止的束缚杆应用平衡条件处理，然后以电流强度作为桥梁联立分析即可，在分析时要注意电源的位置及三杆的连接方式。

【例1】如图2所示，间距为L、电阻不计的平行金属导轨OPQ和LMN分别固定在两个竖直面内，在水平面PQMN区域内有方向竖直向上、大小为B1的匀强磁场，倾角为θ的斜面OPML区域内有方向垂直于斜面向上、大小为B2的匀强磁场。……