高考物理第十一章第4课时电磁感应中的动力学和能量问题（能力课时）限时规范训练（含解析）.docx

电磁感应中的动力学和能量问题 基础巩固题组(20分钟，50分)1(多选)如图所示，竖直平面内的虚线上方是一匀强磁场B，从虚线下方竖直上抛一正方形线圈，线圈越过虚线进入磁场，最后又落回原处，运动过程中线圈平面保持在竖直平面内，不计空气阻力，则()A上升过程克服磁场力做的功大于下降过程克服磁场力做的功B上升过程克服磁场力做的功等于下降过程克服磁场力做的功C上升过程克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力的平均功率D上升过程克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力的平均功率解析：选AC.线圈上升过程中，加速度在线圈进磁场时大于g且在减速，下降过程中，运动情况比较复杂，有加速、减速或匀速等，把上升过程看成反向的加速，可以比较当运动到同一位置时，线圈速度都比下降过程中相应的速度要大，可以得到结论：上升过程中克服安培力做功多；上升过程时间短，所以上升过程克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力的平均功率，故正确选项为A、C.2(多选)如图所示，两根足够长、电阻不计且相距L0.2 m的平行金属导轨固定在倾角37的绝缘斜面上，顶端接有一盏额定电压U4 V的小灯泡，两导轨间有一磁感应强度大小B5 T、方向垂直斜面向上的匀强磁场今将一根长为L、质量为m0.2 kg、电阻r1.0 的金属棒垂直于导轨放置在顶端附近无初速度释放，金属棒与导轨接触良好，金属棒与导轨间的动摩擦因数0.25，已知金属棒下滑到速度稳定时，小灯泡恰能正常发光，重力加速度g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8，则()A金属棒刚开始运动时的加速度大小为3 m/s2B金属棒刚开始运动时的加速度大小为4 m/s2C金属棒稳定下滑时的速度大小为9.6 m/sD金属棒稳定下滑时的速度大小为4.8 m/s解析：选BD. 金属棒刚开始运动时初速度为零，不受安培力作用，由牛顿第二定律得mgsin mgcos ma，代入数据得a4 m/s2，故选项A错误，B正确；设金属棒稳定下滑时速度为v，感应电动势为E，回路中的电流为I，由平衡条件得mgsin BILmgcos ，由闭合电路欧姆定律得I，由法拉第电磁感应定律得EBLv，联立解得v4.8 m/s，故选项C错误，D正确3(2019银川一中模拟)(多选)如图所示，空间存在着与圆台母线垂直向外的磁场，各处的磁感应强度大小均为B，圆台母线与竖直方向的夹角为，一个质量为m、半径为r的匀质金属环位于圆台底部当给环通以恒定的电流I，圆环由静止向上运动，经过时间t后撤去该恒定电流并保持圆环闭合，圆环全程上升的最大高度为H.已知重力加速度为g，不计空气阻力，磁场的范围足够大在圆环向上运动的过程中，下列说法正确的是()A圆环先做加速运动后做减速运动B在时间t内安培力对圆环做功为mgHC圆环运动的最大速度为gtD圆环先有扩张后有收缩的趋势解析：选AC.在时间t内，圆环中通有恒定电流I，圆环在磁场中受向上的安培力作用，安培力大于重力，所以合力向上，圆环由静止开始向上做匀加速直线运动，t时刻撤去电流，圆环继续向上运动，并切割磁感线产生感应电流，则同时又受向下的安培力和重力，合力方向与运动方向相反，所以圆环开始减速运动直至到达最高位置，故A正确因安培力在t时间内对其做正功，t时刻以后对其做负功，有W安t前W安t后mgH，则知在t时间内安培力做功大于mgH，故B错误在t时间内安培力FBILBI2r，合外力F合Fcos mg2BIrcos mgma，vatgt，故C正确圆环加速上升过程中有收缩趋势，减速上升过程中有扩张趋势，故D错误4如图所示，金属棒ab的质量m5 g，放置在宽L1 m、光滑的金属导轨的边沿，两金属导轨处于水平面内，导轨之间有竖直向下、B0.5 T的匀强磁场电容器的电容C200 F，电源的电动势E16 V，导轨平面距地面高度h0.8 m在开关S与“1”接通并稳定后，再使它与“2”接通，则金属棒ab被抛到s0.064 m的地面上，试求这时电容器上的电压解析：当S接“1”时，电源给电容器充电当S扳向“2”时，充电后的电容器通过金属棒放电，产生放电电流金属棒在磁场中受到安培力作用，向右运动当ab棒离开导轨时获得一定的速度v，之后棒做平抛运动只要求出通过ab棒的电荷量，即可求出电容器两端的电压对ab棒做平抛运动有hgt2svt解得v 0.16 m/sab棒在导轨上运动，其末速度即为平抛运动的初速度，设电流的平均值为I，对金属棒抛出瞬间应用动量定理得BILtmv又电容器放电的电荷量Q放It所以Q放1.6103 C电容器充电电荷量QEC3.2103 C放电后电容器剩下的电荷量QQQ放1.6103 C放电后电容器两端的电压U8 V.答案：8 V5足够长的平行金属导轨MN和PQ表面粗糙，与水平面间的夹角为37(sin 370.6)，间距为1 m垂直于导轨平面向上的匀强磁场的磁感应强度的大小为4 T，P、M间所接电阻的阻值为8 .质量为2 kg的金属杆ab垂直导轨放置，不计杆与导轨的电阻，杆与导轨间的动摩擦因数为0.25.金属杆ab在沿导轨向下且与杆垂直的恒力F作用下，由静止开始运动，杆的最终速度为8 m/s，取g10 m/s2，求：(1)当金属杆的速度为4 m/s时，金属杆的加速度大小；(2)当金属杆沿导轨的位移为6.0 m时，通过金属杆的电荷量解析：(1)对金属杆ab应用牛顿第二定律有Fmgsin F安fmafFNFNmgcos ab杆所受安培力大小为F安BILab杆切割磁感线产生的感应电动势为EBLv由闭合电路欧姆定律可知I整理得Fmgsin vmgcos ma代入vm8 m/s时a0，解得F8 N代入v4 m/s及F8 N，解得a4 m/s2(2)设通过回路截面的电荷量为q，则qt回路中的平均电流强度为回路中产生的平均感应电动势为回路中的磁通量变化量为BLx联立解得q3 C答案：(1)4 m/s2(2)3 C能力提升题组(25分钟，50分)1(多选)如图所示，光滑平行金属轨道平面与水平面成角，两轨道上端用一电阻R相连，该装置处于匀强磁场中，磁场方向垂直轨道平面向上，质量为m的金属杆ab以初速度v0从轨道底端向上滑行，滑行到某一高度h后又返回到底端若运动过程中，金属杆始终保持与轨道垂直且接触良好，轨道与金属杆的电阻均忽略不计，则()A返回到底端时的速度大小为v0B上滑到最高点的过程中克服安培力与重力所做功之和等于mvC上滑到最高点的过程中电阻R上产生的热量等于mvmghD金属杆两次通过轨道上的同一位置时电阻R的热功率相同解析：选BC.金属杆从轨道底端滑上轨道某一高度h到又返回到出发点，由于电阻R上产生热量，故返回时速度小于v0，选项A错误；上滑到最高点时动能转化为重力势能和电阻R上产生的热量(即克服安培力所做的功)，选项B、C正确；金属杆两次通过轨道上同一位置时的速度大小不同，电路的电流不同，故电阻的热功率不同，选项D错误2(2019泰州模拟)(多选)如图所示，边长为L、电阻不计的n匝正方形金属线框位于竖直平面内，连接的小灯泡的额定功率、额定电压分别为P、U，线框及小灯泡的总质量为m，在线框的下方有一匀强磁场区域，区域宽度为l，磁感应强度方向与线框平面垂直，其上、下边界与线框底边均水平线框从图示位置开始静止下落，穿越磁场的过程中，小灯泡始终正常发光则()A有界磁场宽度lv2，两棒离开导轨做平抛运动的时间相等，由平抛运动水平位移xvt可知v1v2x1x231联立以上各