选修3-2 期末复习电磁感应力和能量问题作业及含答案.doc

高二一部物理作业1.如图所示电路，两根光滑金属导轨，平行放置在倾角为的斜面上，导轨下端接有电阻R，导轨电阻不计，斜面处在竖直向上的匀强磁场中，电阻可略去不计的金属棒ab质量为m，受到沿斜面向上且与金属棒垂直的恒力F的作用，金属棒沿导轨匀速下滑，则它在下滑高度h的过程中，以下说法正确的是( ).作用在金属棒上各力的合力做功为零.重力做的功等于系统产生的电能.金属棒克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热.金属棒克服恒力F做的功等于电阻R上产生的焦耳热 【答案】选A、C.【详解】根据动能定理,合力做的功等于动能的增量，故对；重力做的功等于重力势能的减少，重力做的功等于克服所做的功与产生的电能之和，而克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热，所以B、D错，C对.2.如图所示，电阻为R，导线电阻均可忽略，ef是一电阻可不计的水平放置的导体棒，质量为m，棒的两端分别与ab、cd保持良好接触，又能沿框架无摩擦下滑，整个装置放在与框架垂直的匀强磁场中，当导体棒ef从静止下滑一段时间后闭合开关S，则S闭合后( )A.导体棒ef的加速度可能大于gB.导体棒ef的加速度一定小于gC.导体棒ef最终速度随S闭合时刻的不同而不同D.导体棒ef的机械能与回路内产生的电能之和一定守恒【答案】选A、D.【详解】开关闭合前，导体棒只受重力而加速下滑.闭合开关时有一定的初速度v0，若此时F安mg，则F安mgma.若F安mg，则mgF安ma，F安不确定，A正确，B错误；无论闭合开关时初速度多大，导体棒最终的安培力和重力平衡，故C错误.根据能量守恒定律知，D正确.3.如右图所示，两竖直放置的平行光滑导轨相距0.2 m，其电阻不计，处于水平向里的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，导体棒ab与cd的电阻均为0.1 ，质量均为0.01 kg.现用竖直向上的力拉ab棒，使之匀速向上运动，此时cd棒恰好静止，已知棒与导轨始终接触良好，导轨足够长，g取10 m/s2，则()Aab棒向上运动的速度为1 m/sBab棒受到的拉力大小为0.2 NC在2 s时间内，拉力做功为0.4 JD在2 s时间内，ab棒上产生的焦耳热为0.4 J【答案】B【详解】cd棒受到的安培力等于它的重力，BLmg，v2 m/s，A错误ab棒受到向下的重力G和向下的安培力F，则ab棒受到的拉力FTFG2mg0.2 N，B正确在2 s内拉力做的功，WFTvt0.222 J0.8 J，C不正确在2 s内ab棒上产生的热量QI2Rt2Rt0.2 J，D不正确4.如右图所示，在光滑水平面上方，有两个磁感应强度大小均为B、方向相反的水平匀强磁场，如图所示，PQ为两个磁场的边界，磁场范围足够大一个边长为a，质量为m，电阻为R的正方形金属线框垂直磁场方向，以速度v从图示位置向右运动，当线框中心线AB运动到与PQ重合时，线框的速度为，则()A此时线框中的电功率为4B2a2v2/RB此时线框的加速度为4B2a2v/(mR)C此过程通过线框截面的电荷量为Ba2/RD此过程回路产生的电能为0.75mv2【答案】C【详解】线框左右两边都切割磁感线则E总2Ba，P，A错误；线框中电流I，两边受安培力F合2BIa，故加速度a，B错误；由，.qt得q.从B点到Q点Ba2，故C正确；而回路中产生的电能Emv2m2mv2，故D错误5两根光滑的长直金属导轨MN、MN平行置于同一水平面内,导轨间距为L,电阻不计,M、M处接有如图所示的电路,电路中各电阻的阻值均为R,电容器的电容为C，长度也为L、电阻值同为R的金属棒ab垂直于导轨放置,导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中,ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触,在ab运动距离为s的过程中,整个回路中产生的焦耳热为Q,求:(1)ab运动速度v的大小;(2)电容器所带的电荷量q.【详解】(1)设ab上产生的感应电动势为E,回路中的电流为I, ab运动距离s所用时间为t,三个电阻R与电源串联,总电阻为4R,则E=BLv (2分)由闭合电路欧姆定律有I= , (2分)t=s/v (2分)由焦耳定律有Q=I2(4R)t (2分)由上述各式得v= (2分)(2)设电容器两极板间的电势差为U,则有U=IR, (2分)电容器所带电荷量q=CU (2分)解得q= (2分)6如图甲所示，在水平面上固定有长为L=2m、宽为d=1m的金属“U”型导轨，在“U”型导轨右侧l=0.5m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。在t=0时刻，质量为m=0.1kg的导体棒以v0=1m/s的初速度从导轨的左端开始向右运动，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为=0.1，导轨与导体棒单位长度的电阻均为=0.1/m，不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响（取g=10m/s2）。（1）通过计算分析4s内导体棒的运动情况；（2）计算4s内回路中电流的大小，并判断电流方向；（3）计算4s内回路产生的焦耳热。【答案】（1）前1s：匀减速直线运动，后3s：静止在离左端0.5m的位置（2）前2s：I=0，后两秒：I=0.2 A 电流方向是顺时针方向（3）【详解】(1)导体棒先在无磁场区域做匀减速运动，有 代入数据解得：时， ，所以导体棒没有进入磁场区域.导体棒在1 s末已停止运动，以后一直保持静止，静止时离左端位置为x=0.5 m(2)由图乙可知：前2s磁通量不变，回路电动势和电流分别为 后2s回路产生的电动势为此时回路的总长度为5m，因此回路的总电阻为电流为根据楞次定律，在回路中的电流方向是顺时针方向.(3)前2s电流为零，后2s有恒定电流，焦耳热为7如图所示，宽度为L=0.20 m的足够长的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平桌面上，导轨的一端连接阻值为R=0.9的电阻.在cd右侧空间存在垂直桌面向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.50 T.一根质量为m=10 g，电阻r=0.1的导体棒ab垂直放在导轨上并与导轨接触良好.现用一平行于导轨的轻质细线将导体棒ab与一钩码相连，将钩码从图示位置由静止释放.当导体棒ab到达cd时，钩码距地面的高度为h=0.3 m.已知导体棒ab进入磁场时恰做v=10 ms的匀速直线运动，导轨电阻可忽略不计，取g=10 m/s2.求：(1)导体棒ab在磁场中匀速运动时，闭合回路中产生的感应电流的大小.(2)挂在细线上的钩码的质量.(3)求导体棒ab在磁场中运动的整个过程中电阻R上产生的热量.【详解】(1)感应电动势为E=BLv=1.0 V (1分)感应电流I=A=1A (1分)(2)导体棒匀速运动，安培力与拉力平衡，则有BIL=Mg (1分)所以Mkg=0.01 kg (2分)(3)导体棒移动0.3 m所用的时间为t=0.03 s (1分)根据焦耳定律，Q1=I2(R+r)t=0.03 J(或Q1=Mgh=0.03 J)(1分)根据能量守恒，Q2= mv2=0.5 J (1分)电阻R上产生的热量Q=(Q1+Q2) =0.477 J (2分)8、如图所示，光滑矩形斜面ABCD的倾角=30，在其上放置一矩形金属线框abcd，ab的边长l1 = 1m，bc的边长l2 = 0.6m，线框的质量m = 1kg，电阻R = 0。1，线框通过细线绕过定滑轮与重物相连，细线与斜面平行且靠近；重物质量M = 2kg，离地面的高度为H = 4.8m；斜面上efgh区域是有界匀强磁场，方向垂直于斜面向上；已知AB到ef的距离为S1 = 4.2m，ef到gh的距离S2 = 0.6m，gh到CD的距离为S3 = 3.8m，取g =10m/s2；现让线框从静止开始运动（开始时刻，cd与AB边重合），发现线框匀速穿过匀强磁场区域，求：（1）线框进入磁场时的速度v（2）efgh区域内匀强磁场的磁感应强度B（3）线框在通过磁场区域过程中产生的焦耳热Q（4）线框从开始运动到ab边与CD边重合需经历多长时间解析：（1）设ab进入磁场时速度为v0，由机械能守恒得 （2）ab在磁场中运动所受安培力 0.5T (3）由能量守恒：= 18J (4)根据牛顿第二定律有:解得: 解得: 总时间9、一有界匀强磁场区域如图甲所示，质量为m、电阻为R的长方形矩形线圈abcd边长分别为L和2L，线圈一半在磁场内，一半在磁场外，磁感应强度为B，t0时刻磁场开始均匀减小，线圈中产生感应电流，在磁场力作用下运动，v-t图像如图乙，图中斜向虚线为过O点速度图线的切线，数据由图中给出，不考虑重力影响，求：(1)磁场磁感应强度的变化率(2)t2时刻回路的电功率解析：(1)由v-t图可知道，刚开始，t0时刻线圈加速度为av0/t1此时感应电动势=/t=BL2/t，I=/R=BL2/(tR)线圈此刻所受安培力为FBILBBL3/(tR)ma，得到B/tmv0R/(B0t1L3) (2)线圈t2时刻开始做匀速直线运动，有两种可能：a线圈没有完全进入磁场，磁场就消失，所以没有感应电流，回路电功率P0(3分)b磁场没有消失，但线圈完全进入磁场，尽管有感应电流所受合力为零，同样做匀速直线运动P=2/R=(2BL2/t)2/R=4m2v20R/(B02t12L2)10、如图所示，两根足够长固定平行金属导轨位于倾角的斜面上，导轨上、下端各接有阻值的电阻，导轨电阻忽略不计，导轨宽度，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度。质量、连入电路的电阻的金属棒在较高处由静止释放，当金属棒下滑高度时，速度恰好达到最大值。金属棒在下滑过程中始终与导轨垂直且与导轨良好接触取。求：（1）金属棒由静止至下滑高度为3m的运动过程中机械能的减少量。（2）金属棒由静止至下滑高度为3m的运动过程中导轨上端电阻中产生的热量。解析：（1）金属棒机械能的减少量 （2）速度最大时金属棒产生的电动势 产生的电流 此时的安培力 由题意可知，受摩擦力由能量守恒得，损失的机械能等于金属棒克服摩擦力做功和产生的电热之和 电热 上端电阻中产生的热量 联立式得： 11、如图所示，在一倾角为37的粗糙绝缘斜面上，静止地放置着一个匝数匝的圆形线圈，其总电阻、总质量、半径如果向下轻推一下此线圈，则它刚好可沿斜面匀速下滑现在将线圈静止放在斜面上后在线圈的水平直径以下的区域中，加上垂直斜面方向的，磁感应强度大小按如图14所示规律变化的磁场（提示：通电半圆导线受的安培力与长为直径的直导线通同样大小的电流时受的安培力相等）问：（1）刚加上磁场时线圈中的感应电流大小?（2）从加上磁场开始到线圈刚要运动，线圈中产生的热量?（最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取）解析：（1）由闭合电路的欧姆定律 由法拉第电磁感应定律 由图， 联立解得 （2）设线圈开始能匀速滑动时受的滑动摩擦力为，则 加变化磁场后线圈刚要运动时，其中 由图像知 由焦耳定律 联立解得 12、如图所示，两足够长的平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L=1m，导轨平面与水平面夹角，导轨电阻不计。磁感应强度为B1=2T的匀强磁场垂直导轨平面向上，长为L=1m的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m1=2kg、电阻为R1=1。两金属导轨的上端连接右侧电路，电路中通过导线接一对水平放置的平行金属板，两板间的距离和板长均为d=0.5m，定值电阻为R2=3，现闭合开关S并将金属棒由静止释放，重力加速度为g=10m/s2，试求：（1）金属棒下滑的最大速度为多大？（2）当金属棒下滑达到稳定状态时，整个电路消耗的电功率P为多少？（3）当金属棒稳定下滑时，在水平放置的平行金属间加一垂直于纸面向里的匀强磁场B2=3T，在下板的右端且非常靠近下板的位置有一质量为m2