2013届高三物理一轮配套练习9.4 电磁感应的动力学和能量问题 新人教版选修3-2.doc

第四节 电磁感应的动力学和能量问题随堂演练巩固1.水平放置的金属框cdef处于如图所示的匀强磁场中,金属棒ab处于粗糙的框架上且接触良好,从某时刻开始,磁感应强度均匀增大,金属棒ab始终保持静止,则( ) A.ab中电流增大,ab棒所受摩擦也增大 B.ab中电流不变,ab棒所受摩擦力也不变 C.ab中电流不变,ab棒所受摩擦力增大 D.ab中电流增大,ab棒所受摩擦力也不变 【解析】 根据和磁感应强度均匀增大,知感应电动势、感应电流恒定不变,根据楞次定律知电流方向逆时针方向,根据左手定则知安培力向左,因为磁感应强度变大,安培力变大,由金属棒静止,故向右的静摩擦力变大. 【答案】 C 2.如图所示,在一很大的有界匀强磁场上方不远处有一闭合线圈,当闭合线圈从上方下落穿过磁场的过程中 ( ) A.进入磁场时加速度小于g,离开磁场时加速度可能大于g,也可能小于g B.进入磁场时加速度大于g,离开时小于g C.进入磁场和离开磁场,加速度都大于g D.进入磁场和离开磁场,加速度都小于g 【解析】 离开时,速度可能很大,安培力大于重力,产生大于g的向上加速度. 【答案】 A 3.如图所示,两根平行放置的竖直导电轨道处于匀强磁场中,轨道平面与磁场方向垂直.当接在轨道间的开关S断开时,让一根金属杆沿轨道下滑(下滑中金属杆始终与轨道保持垂直,且接触良好).下滑一段时间后,闭合开关S.闭合开关后,金属沿轨道下滑的速度时间图象不可能为下图中的( ) 【解析】 如果闭合开关时,安培力恰好等于重力,即mg,则此后匀速运动,A图对;如果则做变减速运动,最后匀速,C图对;如果则做变加速运动,最后匀速,B图对. 【答案】 D 4.如图所示,矩形线圈长为L,宽为h,电阻为R,质量为m,在空气中竖直下落一段距离后(空气阻力不计),进入一宽为h磁感应强度为B的匀强磁场中,线圈进入磁场时的动能为穿出磁场的动能为这一过程中产生的焦耳热为Q,线圈克服磁场力做的功为重力做的功为线圈重力势能的减少量为则以下关系中正确的是( ) A. B. C.D. - 【解析】 安培力做的负功等于其他能转化的电能,电能最后变成热能,故C对;根据动能定理,有，故D对. 【答案】 CD 5.如图所示,一闭合金属圆环拉离平衡位置释放,圆环摆动过程中经过有界的水平匀强磁场区域,A、B为该磁场的竖直边界,若不计空气阻力,则 ( ) 来源:学#科#网Z#X#X#KA.圆环向右穿过磁场后,还能摆至原来的高度 B.在进入和离开磁场时,圆环中均有感应电流 C.圆环进入磁场后离开平衡位置越近速度越大,感应电流也越大 D.圆环最终将静止在平衡位置 【解析】 圆环进出磁场有感应电流产生,圆环的机械能减小,转化为电能,最后变成热能.当完全进入磁场后,机械能守恒,没有感应电流.最终圆环在磁场内来回摆动. 【答案】 B 6.如图所示,固定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d,其右端接有阻值为R的电阻,整个装置处在竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中.一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置,且与两导轨保持良好接触,杆与导轨之间的动摩擦因数为.现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离L时,速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直).设杆接入电路的电阻为r,导轨电阻不计,重力加速度大小为g.则此过程( )A.杆的速度最大值为 B.流过电阻R的电荷量为 C.恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量 D.恒力F做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量 【解析】 当杆达到最大速度时，得，A错；由公式，B对；在棒从开始到达到最大速度的过程中，根据动能定理有：，其中，恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化与回路产生的焦耳热之和 ，C 错；恒力F做的功与安培力做的功之和等于杆动能的变化与克服摩擦力做的功之和，D 对。【答案】 BD 来源:学&科&网课后作业夯基(时间:45分钟 必做题满分:100分 选做题:10分) 一、不定项选择题(本题共8小题,每小题8分,共64分.选对但不全的得5分) 1.老师做了一个物理小实验让学生观察:一轻质横杆两侧各固定一金属环,横环可绕中心点自由转动,老师拿一条形磁铁插向其中一个小环,后又取出插向另一个小环,同学们看到的现象是( ) A.磁铁插向左环,横杆发生转动 B.磁铁插向右环,横杆发生转动 C.无论磁铁插向左环还是右环,横杆都不发生转动 D.无论磁铁插向左环还是右环,横杆都发生转动 【解析】 右环闭合,在此过程中可产生感应电流,环受安培力作用,横杆转动,左环不闭合,无感应电流,无以上现象,选B. 【答案】 B 2.如图所示,在悬点正下方有一个具有理想边界的磁场,铜环在A点由静止释放,向右摆至最高点B,不考虑空气阻力,则下列说法正确的是( ) A.A、B两点在同一水平线 B.A点高于B点 C.A点低于B点 D.铜环将做等幅摆动 【解析】 铜环进出磁场的过程中会有感应电流产生,机械能转化为电能,机械能要减小,A点高于B点,B正确. 【答案】 B 3.(2012江苏无锡调研,2)把一个闭合矩形线圈从与其平面垂直的匀强磁场中匀速拉出来.若第一次用0.3 s时间拉出,外力做的功为通过导线横截面的电荷量为;第二次用0.9 s时间拉出,外力做功为通过导线横截面的电荷量为则( ) A.B. C.D. 【解析】 根据知排除A、D项;根据W=知C项对. 【答案】 C 4.(2012山东德州质检,3)如图所示,固定水平绝缘面上的很长的金属导轨,表面粗糙,电阻不计,导轨左端与一个定值电阻R相连,金属棒ab的质量为m,电阻R不计,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面,则当棒ab在水平恒力F作用下从静止起向右滑动的过程中( ) A.恒力F做的功等于电路中产生的电能 B.恒力F与摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能 C.克服安培力做的功等于电路中产生的电能 D.恒力F与摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能与棒ab获得的动能之和 【解析】 恒力F做的功等于摩擦产生的热能、电路中产生的电能与棒ab获得的动能三者之和,故A错;恒力F与摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能与棒ab获得的动能之和,故B错D对;克服安培力做的功等于电路中产生的电能,C对. 【答案】 CD5.如图所示,闭合小金属环从h高的光滑曲面上端无初速度滚下,又沿曲面的另一侧上升,水平方向的磁场与光滑曲面垂直,则( ) A.若是匀强磁场,环在左侧滚上的高度小于h B.若是匀强磁场,环在左侧滚上的高度等于h C.若是非匀强磁场,环在左侧滚上的高度等于h D.若是非匀强磁场,环在左侧滚上的高度小于h 【解析】 本题可用能量守恒定律分析,若为匀强磁场,则无感应电流,机械能守恒;若为非匀强磁场,则一部分机械能转化为电能. 【答案】 BD 6.如图所示,在光滑的水平面上,一质量为m,半径为r,电阻为R的均匀金属环,以的初速度向一磁感应强度为B的有界匀强磁场滑去(磁场宽度d2r).圆环的一半进入磁场历时t秒,这时圆环上产生的焦耳热为Q,则t秒末圆环中感应电流的瞬时功率为( ) A.B. C.D. 【解析】 根据能量守恒定律有 又t s时E=B联立解得. 【答案】 B 7.如右图所示,水平放置的两平行导轨左侧连接电阻,其他电阻不计.导体MN放在导轨上,在水平恒力F的作用下,沿导轨向右运动,并将穿过方向竖直向下的有界匀强磁场,磁场边界PQ与MN平行,从MN进入磁场开始计时,通过MN的感应电流i随时间t的变化可能是下图中的( ) 【解析】 导体MN进入磁场有可能做匀速运动、加速度减小的减速运动、加速度减小的加速运动,不可能做匀变速运动,原因是安培力与速度成正比,若速度变化,安培力是变化的,合力不可能恒定,故选A、C、D. 【答案】 ACD 8.(2011山东实验中学诊断,11)如图所示,两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L,导轨平面与水平面夹角,导轨上端跨接一定值电阻R,导轨电阻不计.整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中,长为L的金属棒cd垂直于MN、PQ放置在导轨上,且与导轨保持接触良好,金属棒的质量为m,电阻为r,重力加速度为g,现将金属棒由静止释放,当金属棒沿导轨下滑距离为s时,速度达到最大值,则( ) A.金属棒开始运动时的加速度大小为sin B.金属棒受到的安培力方向平行斜面向上 C.金属棒沿导轨下滑距离为s的过程中,电阻R上产生的热量为D.金属棒沿导轨下滑距离为s的过程中其加速度逐渐变小 【解析】 开始运动时,没有安培力,又因为轨道光滑,故加速度是由重力沿轨道的分力产生,加速度为sinA项对;金属棒运动时,切割磁感线产生感应电流,安培力是水平向右的,B项错;根据能量守恒,产生的热量Q=mgs sin电阻R上产生的热量为，C 项对；金属棒下滑过程中，速度变大，安培力变大，加速度变小，最后匀速运动，D项对。【答案】 AD 二、论述计算题(本题共2小题,共36分) 9.(18分)如图所示,平行的光滑金属导轨EF和GH相距l,处于同一竖直平面内,EG间接有阻值为R的电阻,轻质金属杆ab长为2l,紧贴导轨竖直放置.在离b端处固定套有一质量为m的小球.整个装置处于与导轨平面垂直、磁感应强度为B的匀强磁场中,当ab杆由静止开始紧贴导轨绕b端向右倒下至水平位置时,球的速度为v.若导轨足够长,导轨及金属杆电阻不计,求: 来源:学,科,网Z,X,X,K(1)此过程中通过电阻R的电荷量; (2)金属杆离开导轨EF前的一瞬间,通过R的电流. 【解析】 (6分) 金属杆离开轨道到落地,小球的机械能守恒,有 sin30, (3分) (1分) 杆最远点速度v (3分) (2分) /R. (3分) 【答案】 10.(18分)如图所示,水平的平行虚线间距为d=50 cm,其间有B=1.0 T的匀强磁场.一个正方形线圈边长为l=10 cm,线圈质量m=100 g,电阻为R=0.020 .开始时,线圈的下边缘到磁场上边缘的距离为h=80 cm.将线圈由静止释放,其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时的速度相等.取g=10 m/,求: (1)线圈进入磁场过程中产生的电热Q; (2)线圈下边缘穿越磁场过程中的最小速度v; (3)线圈下边缘穿越磁场过程中加速度的最小值a. 【解析】 (1)由于线圈完全处于磁场中时不产生电热,所以线圈进入磁场过程中产生的电热Q就是线圈从图中2位置到4位置产生的电热,而2、4位置动能相同,由能量守恒Q=mgd=0.50 J. (5分) (2)3位置时线圈速度一定最小,而3到4线圈是自由落体运动,因此有 (3分) (3分) 代入数据解得 m/s. (1分) (3)2到3是减速过程,因此安培力 减小 (2分) 由F-mg=ma知加速度减小,到3位置时加速度最小, (2分) 代入数据解得a=4.1 m/. (2分) 【答案】 (1)0.50 J m/s (3)4.1 m/ 三、选做题(10分) 11.如图所示,足够长的两光滑导轨水平放置,两条导轨相距为d,左端M、N用阻值不计的导线相连,金属棒ab可在导轨上滑动,导轨单位长度的电阻为金属棒ab的电阻不计.整个装置处于竖直向下的均匀磁场中,磁场的磁感应强度随时间均匀增加,B=kt,其中k为常数.金属棒ab在水平外力的作用下,以速度v沿导轨向右做匀速运动,t=0时,金属棒ab与MN相距非常近.求: (1)当时,水平外力的大小F; (2)同学们在求时刻闭合回路消耗的功率时,有两种不同的求法: 方法一:P=Fv 方法二:其中R为回路总电阻)