【优化指导】2014高考物理总复习 活页作业29 电磁感应中的动力学与能量问题 新人教版

1 活页作业活页作业 二十九二十九 电磁感应中的动力学与能量问题电磁感应中的动力学与能量问题 1 如图所示 在磁感应强度B 0 50 T 的匀强磁场中 导体PQ在力F作用下在 U 形 导轨上以速度v 10 m s 向右匀速滑动 两导轨间距离L 1 0 m 电阻R 1 0 导体 和导轨电阻忽略不计 则以下说法正确的是 A 导体PQ切割磁感线产生的感应电动势的大小为 5 0 V B 导体PQ受到的安培力方向水平向右 C 作用力F大小是 0 50 N D 作用力F的功率是 25 W 2 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 以初速度v0向一磁感应强度为B的有界匀强磁场滑去 磁场宽度d 2r 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 4B2r2v2 0 R 4B2r2 v2 0 2Q m R C D 2B2r2 v2 0 2Q m R B2r2 2 v2 0 2Q m R 解析 t秒末圆环中感应电动势为E B 2r v 由能量守恒知 减少的动能全部转化 为焦耳热 Q mv mv2 t秒末圆环中感应电流的功率为P 1 22 0 1 2 E2 R 4B2r2 v2 0 2Q m R 答案 B 3 2013 浙南 浙北部分学校联考 如图所示 在磁感应强度为B的水 平匀强磁场中 有两根竖直放置的平行金属导轨 顶端用一电阻R相连 两 导轨所在的竖直平面与磁场方向垂直 一根金属棒ab以初速度v0沿导轨竖 直向上运动 到某一高度后又向下运动返回到原出发点 整个过程中金属棒 2 与导轨保持垂直且接触良好 导轨与棒间的摩擦及它们的电阻均可忽略不计 则在金属棒 整个上行与整个下行的两个过程中 下列说法不正确的是 A 回到出发点的速度v等于初速度v0 B 上行过程中通过R的电荷量等于下行过程中通过R的电荷量 C 上行过程中R上产生的热量大于下行过程中R上产生的热量 D 上行的运动时间小于下行的运动时间 4 如图所示 竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R 质量不能忽略的金属棒 与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦 棒与导轨的电阻均不计 整个装置放在匀强 磁场中 磁场方向与导轨平面垂直 棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内 力F做的功与安培力做的功的代数和等于 A 棒的机械能增加量 B 棒的动能增加量 C 棒的重力势能增加量 D 电阻R上放出的热量 解析 棒受重力G 拉力F和安培力F安的作用 由动能定理得WF WG W安 Ek 所以WF W安 Ek mgh 即力F做的功与安培力做的功的代数和等于机械 能的增加量 A 正确 答案 A 5 如图所示 水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场 两个边长相等的单匝闭合正方形线圈 和 分别用相同材料 不同粗细的 导线绕制 为细导线 两线圈在距磁场上界面h高处由静止开始自由下落 再进入磁场 最后落到地面 运动过程中 线圈平面始终保持在竖直平面内 且下边缘平行于磁场上边界 设线圈 落地时的速度大小分别为v1 v2 在磁场中运 动时产生的热量分别为Q1 Q2 不计空气阻力 则 A v1 v2 Q1 Q2 B v1 v2 Q1 Q2 3 C v1Q2 D v1 v2 Q1Q1 故 D 正确 答案 D 6 如图所示 空间某区域中有一匀强磁场 磁感应强度方向水 平 且垂直于纸面向里 磁场上边界b和下边界d水平 在竖直面 内有一矩形金属线圈 线圈上下边的距离很短 下边水平 线圈从 水平面a开始下落 已知磁场上下边界之间的距离大于水平面a b之间的距离 若线圈下 边刚通过水平面b c 位于磁场中 和d时 线圈所受到的磁场力的大小分别为Fb Fc和 Fd 则 A Fd Fc Fb B Fc Fd Fb C Fc Fb Fd D Fc Fb Fd 解析 从a到b线圈做自由落体运动 线圈全部进入磁场后 穿过线圈的磁通量不变 线圈中无感应电流 因而也不受磁场力 即Fc 0 从b到d线圈继续加速 因bd ab 且 线圈上下边距离很短 故vd vb 当线圈在进入和离开磁场时 穿过线圈的磁通量变化 线 圈中产生感应电流 受磁场力作用 其大小F BIl B l 因vd vb 所以 Blv R B2l2v R Fd Fb Fc D 正确 答案 D 7 两根足够长的光滑导轨竖直放置 间距为L 底端接阻值为R的电阻 将质量为m 电阻也为R的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端 金属棒和 导轨接触良好 导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂 直 如图所示 除金属棒和电阻R外 其余电阻不计 现将金 属棒从弹簧原长位置由静止释放 则 A 金属棒向下运动时 流过电阻R的电流方向为a b B 金属棒的速度为v时 所受的安培力大小为F B2L2v R 4 C 最终弹簧的弹力与金属棒的重力平衡 D 从开始释放到最终金属棒稳定的过程中 金属棒与电阻构成的回路产生的总热量 小于金属棒重力势能的减少量 解析 金属棒向下运动时 由右手定则 可判断流过电阻R的电流方向为由b到a 金属棒的速度为v时 所受的安培力大小为F 金属棒最终静止 受到的重力和弹 B2L2v 2R 力相等 由能量守恒知 减少的重力势能等于产生的热量和弹簧增加的弹性势能 答案 CD 8 如图所示 电动机牵引一根原来静止的 长L为 1 m 质量m为 0 1 kg 的导体棒MN上升 导体棒的电阻R为 1 架在竖直放置的框架上 它们处于磁感应强度B为 1 T 的匀强 磁场中 磁场方向与框架平面垂直 当导体棒上升h 3 8 m 时 获得稳定的速度 导体棒 上产生的热量为 2 J 电动机牵引棒时 电压表 电流表的读数分别为 7 V 1 A 电动机 内阻r为 1 不计框架电阻及一切摩擦 则以下判断正确的是 A 导体棒向上做匀减速运动 B 电动机的输出功率为 7 W C 导体棒达到稳定时的速度为v 2 m s D 导体棒从静止至达到稳定速度所需要的时间为 1 s 9 2011 福建高考 如图 足够长的 U 型光滑金属导轨平面与水平面成 角 0 90 其中MN与PQ平行且间距为L 导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂 直 导轨电阻不计 金属棒ab由静止开始沿导轨下滑 并与两导轨始终保持垂直且良好接 触 ab棒接入电路的电阻为R 当流过ab棒某一横截面的电荷量为q时 棒的速度大小为 v 则金属棒ab在这一过程中 A 运动的平均速度大小为v 1 2 B 下滑的位移大小为 qR BL 5 C 产生的焦耳热为qBLv D 受到的最大安培力大小为sin B2L2v R 解析 流过ab棒某一横截面的电荷量q t t ab棒下滑的位移 I B S Rt BLx R x B 正确 ab棒的平均速度v 而棒下滑过程中做加速度减小的加速运动 只有 qR BL x t 在匀变速运动中平均速度才等于初末速度的平均值 故棒运动的平均速度不等于v A 错 1 2 误 由能量守恒得mgxsin Q mv2 故产生的焦耳热Q mgxsin mv2 mgsin 1 2 1 2 qR BL mv2 C 错误 当mgsin 时v最大 安培力最大 即F安 m mgsin 或 1 2 B2L2v R D 错误 B2L2v R 答案 B 10 2012 山东高考 如图所示 相距为L的两条足够长 的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为 上端接有定值电阻 R 匀强磁场垂直于导轨平面 磁感应强度为B 将质量为m的 导体棒由静止释放 当速度达到v时开始匀速运动 此时对导 体棒施加一平行于导轨向下的拉力 并保持拉力的功率恒为P 导体棒最终以 2v的速度匀 速运动 导体棒始终与导轨垂直且接触良好 不计导轨和导体棒的电阻 重力加速度为g 下列选项正确的是 A P 2mgvsin B P 3mgvsin C 当导体棒速度达到 时加速度大小为 sin v 2 g 2 D 在速度达到 2v以后匀速运动的过程中 R上产生的焦耳热等于拉力所做的功 解析 当速度为v时 mgsin 0 B2L2v R 设所加拉力为F 受力分析如图所示 6 导体棒将继续加速下滑 由牛顿第二定律得 F mgsin ma B2L2v棒 R P Fv棒 当加速度再次为零时匀速运动 此时 F0 mgsin 0 B2L2 2v R P F0 2v 11 导体棒的电阻R 2 质量m 0 1 kg 长L 0 5 m 导体棒MN架在光滑的金属框 架上 金属框架与水平面的夹角为 30 如图所示 它们处于磁感应强度B为 1 T 的匀强 磁场中 磁场方向与框架平面垂直 1 s 后导体棒沿斜面向上滑行的距离是 3 m 时 MN刚好 获得稳定的速度 电动机牵引棒时 电压表 电流表的读数分别为 5 V 1 A 电动机内阻 r为 1 不计框架电阻及一切摩擦 求 1 导体棒能达到的稳定速度 2 导体棒上产生的热量 解析 1 电动机的机械功率 P UI Ir2 4 W 导体棒在斜面上受力如图所示 导体棒在拉力F的作用下做加速 度越来越小的加速运动 当导体棒达到稳定速度时 受力平衡 则 mgsin FA F 即mgsin B2L2v R P v 解得v 4 m s 7 2 在导体棒上升的过程中能量守恒 Pt mgssin mv2 Q Q 1 7 J 1 2 答案 1 4 m s 2 1 7 J 12 2011 四川高考 如图所示 间距l 0 3 m 的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别 固定在两个竖直面内 在水平面a1b1b2a2区域内和倾角 37 的斜面c1b1b2c2区域内分 别有磁感应强度B1 0 4 T 方向竖直向上和B2 1 T 方向垂直于斜面向上的匀强磁 场 电阻R 0 3 质量m1 0 1 kg 长为l的相同导体杆K S Q分别放置在导轨上 S杆的两端固定在