高考物理总复习巩固练习 电磁感应中的能量问题 (基础)

【巩固练习】一、选择题1、(2015云南部分名校统考) AOC是光滑的直角金属导轨，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，ab是一根金属直棒靠立在导轨上(开始时b离O点很近)，如图所示。它从静止开始在重力作用下运动，运动过程中a端始终在AO上，b端始终在OC上，直到ab完全落在OC上，整个装置放在一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，则ab棒在运动过程中()A. 感应电流方向始终是baB. 感应电流方向先是ba，后变为abC. 所受磁场力方向垂直于ab向上D. 所受磁场力方向先垂直于ab向下，后垂直于ab向上2、如图所示，在水平绝缘平面上固定足够长的平行光滑金属导轨（电阻不计），导轨左端连接一个阻值为R的电阻，质量为m的金属棒(电阻不计)放在导轨上，金属棒与导轨垂直且与导轨接触良好整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，在用水平恒力F把金属棒从静止开始向右拉动的过程中，下列说法正确的是（ ）A. 恒力F与安培力做的功之和等于电路中产生的电能与金属棒获得的动能和B. 恒力F做的功一定等于克服安培力做的功与电路中产生的电能之和C. 恒力F做的功一定等于克服安培力做的功与金属棒获得的动能之和D. 恒力F做的功一定等于电路中产生的电能与金属棒获得的动能之和3、如图所示，细线的一端悬于O点，另一端系一铜环，在O点正下方有一个具有理想边界的匀强磁场，铜环开始时，由A点静止释放，向右摆至最高点B，不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（ ）AA、B两点在同一水平线上BA点高于B点CA点低于B点D铜环将做等幅摆动4、如图所示，一闭合金属圆环用绝缘细线挂于O点，将圆环拉离平衡位置并释放，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（ ）A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。 5、如图所示，闭合小金属环从高h处的光滑曲面右上端无初速滚下， 又沿曲面的另一侧上升，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。6、如图所示，相距为d的两水平线L1和L2分别是水平向里的匀强磁场的边界，磁场的磁感应强度为B，正方形线框abcd边长为L(Ld)、质量为m。将线框在磁场上方高h处由静止开始释放，当ab边进入磁场时速度为v0，cd边刚穿出磁场时速度也为v0。从ab边刚进入磁场到cd边刚穿出磁场的整个过程中（ ）A线框一直都有感应电流B线框有一阶段的加速度为gC线框产生的热量为mg(d+h+L)D线框做过减速运动7、如图所示，平行金属导轨与水平面成角，导轨与两相同的固定电阻R1和R2相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面。有一导体棒ab，质量为m，导体棒的电阻R=2R1，与导轨之间的动摩擦因数为，导体棒ab沿导轨向上滑动，当上滑的速度为v时，固定电阻R1消耗的热功率为P，此时 （ ）A整个装置因摩擦而产生的热功率为B整个装置消耗的机械功率为 C导体棒受到的安培力的大小为 D导体棒受到的安培力的大小为8、如图所示，平行金属导轨与水平面成角，导线与固定电阻R1和R2相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面有一导体棒ab，质量为m，长度为L，导体棒的电阻与固定电阻R1和R2的阻值相等，都等于R，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为，导体棒ab沿导轨向上滑动，当上滑的速度为v时，有（ ）A棒中感应电流的方向由a到bB棒所受安培力的大小为C棒两端的电压为D棒动能的减小量等于其重力势能的增加量与电路上产生的电热之和9、如图所示，边长为L的正方形导线框质量为m，由距磁场H高处自由下落，其下边ab进入匀强磁场后，线圈开始做减速运动，直到其上边cd刚刚穿出磁场时，速度减为ab边进入磁场时的一半，磁场的宽度也为L，则线框穿越匀强磁场过程中产生的焦耳热为（ ）A. 2mgL B. 2mgL+mgH C. D. 10、如图所示，质量为m的单匝正方形线圈，其边长为L，在距底边2L的匀强磁场上方由静止开始自由下落，设线圈下落过程中线框平面始终位于纸面内且底边保持水平，当线框的底边刚进入磁场区域时，恰能在匀强磁场中做匀速运动。若磁场的磁感应强度为B，关于线圈的电阻，正确的是（ ）A. B. C. D.二、填空题1、如图所示，长度L0.4m，电阻的导体ab沿光滑导线框向右做匀速运动，运动速度v5m/s。线框中接有R0.4的电阻。整个空间有磁感应强度B0.1T的匀强磁场，磁场方向垂直于线框平面，其余电阻不计。电路abcd中相当于电源的部分是_；_相当于电源的正极。导线ab所受安培力大小F_，电阻R上消耗的功率P_。2、如图所示，平行金属导轨间距为d，一端跨接一个阻值为R的电阻。匀强磁场磁感应强度为B，方向垂直轨道所在平面。一根长直金属棒与轨道成60角放置。当金属棒的恒定速度v沿金属轨道滑行时，电阻中的电流大小为_，方向为_（不计轨道与棒的电阻）。3、如图所示，y轴右方有磁感应强度为B的匀强磁场，一个半径为r的直角扇形金属框架，总电阻为R，不计重力及一切摩擦，以O为圆心以角速度匀速转动，从图示位置转动四分之一周期时，外力做功为_。三、计算题1、(2014 新课标卷) 半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内，一长为r、质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面，BA的延长线通过圆导轨中心O，装置的俯视图如图所示整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，方向竖直向下在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻(图中未画出)直导体棒在水平外力作用下以角速度绕O逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为，导体棒和导轨的电阻均可忽略重力加速度大小g.求(1)通过电阻R的感应电流的方向和大小：(2)外力的功率2、(2014 成都模拟) 磁场在xOy平面内的分布如图所示，其磁感应强度的大小均为B0，方向垂直于xOy平面，相邻磁场区域的磁场方向相反，每个同向磁场区域的宽度均为L0，整个磁场以速度v沿x轴正方向匀速运动。若在磁场所在区间内放置一由n匝线圈组成的矩形线框abcd，线框的bcLB、abL，LB略大于L0，总电阻为R，线框始终保持静止。求：(1)线框中产生的总电动势大小和导线中的电流大小；(2)线框所受安培力的大小和方向。3、如图所示，一根电阻为R=0.6的导线弯成一个圆形线圈，圆半径r=1m，圆形线圈质量m=1kg，此线圈放在绝缘光滑的水平面上，在y轴右侧有垂直于线圈平面B=0.5T的匀强磁场。若线圈以初动能E0=5J沿x轴方向滑进磁场，当进入磁场0.5m时，线圈中产生的电能为Ee=3J。求：（1）此时线圈的运动速度 （2）此时线圈与磁场左边缘两交接点间的电压（3）此时线圈加速度大小4、如图所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距L=1m。导轨平面与水平面成=37角，下端连接阻值为R的电阻。匀强磁场方向垂直于导轨平面向上，磁感应强度为B=0.4T质量为0.2kg、电阻不计的金属棒放在两导轨上，棒与导轨垂直且保持良好接触，它们间的动摩擦因数为=0.25金属棒沿导轨由静止开始下滑，当金属棒下滑速度达到稳定时，速度大小为10m/s（取g=10m/s2，sin37=0.6，cos37=0.8）求：（1）金属棒沿导轨开始下滑时的加速度大小；（2）当金属棒下滑速度达到稳定时电阻R消耗的功率；（3）电阻R的阻值。【答案与解析】一、选择题1、【答案】BD【解析】初始，ab与直角金属导轨围成的三角形面积趋于0，末状态ab与直角金属导轨围成的三角形面积为0，所以整个运动过程中，闭合回路的面积是先增大后减小。根据楞次定律的增反减同，判断电流方向先是逆时针后是顺时针，选项A错B对；根据左手定则，可得安培力先是垂直于ab向下，后垂直于ab向上，选项C错D对。2、【答案】CD【解析】水平恒力F做的功转化为动能，由于运动产生感应电流，转化为电能，同时产生安培力，安培力做负功，电能转化为内能。故CD正确。 3、【答案】B【解析】铜环在进出磁场时磁通量发生变化，产生感应电流，所以小金属环的机械能通过感应电流做功转化为内能，机械能减少，上升的高度减小。只有B正确。4、【答案】B【解析】当圆环从1位置开始下落，进入磁场时（即2和3位置），由于圆环内磁通量发生变化，所以有感应电流产生。同时，金属圆环本身有内阻，必然有能量的转化，即有能量的损失。因此圆环不会摆到4位置。随着圆环进出磁场，其能量逐渐减少圆环摆动的振幅越来越小。当圆环只在匀强磁场中摆动时，如图所示。圆环内无磁通量的变化，无感应电流产生，无机械能向电能的转化。题意中不存在空气阻力，摆线的拉力垂直于圆环的速度方向，拉力对圆环不做功，所以系统的能量守恒，所以圆环将在AB间来回摆动。5、【答案】BD【解析】若磁场为匀强磁场，则小金属环中无感应电流，所以小金属环的机械能守恒；若磁场为非匀强磁场，则小金属环中磁通量发生变化，产生感应电流，所以小金属环的机械能通过感应电流做功转化为内能。6、【答案】BD【解析】由于Ld，正方形线框有一段时间全部处在磁场中，磁通量不变，没有感应电流，加速度为重力加速度，A错B对；取当ab边进入磁场时为初态，cd边刚穿出磁场时为末态，动能不变，根据能量守恒定律，减少的重力势能等于产生的热量，C错；由于线圈在磁场中有一段时间加速度为重力加速度做加速运动，才达到v0，显然线圈刚进入磁场时做的是减速运动，D对。故选BD。7、【答案】AD【解析】杆与导轨的摩擦力，故摩擦消耗的热功率，A对；电阻R1消耗的热功率为P，R2消耗的热功率为P，导体棒的电流是R1的两倍，又电阻R=2R1，则导体棒的热功率为8P，总功率为10 P，所以，C错D对；整个装置消耗的机械功率为摩擦消耗的热功率与三部分导体的热功率之和，B错。故选AD。8、【答案】AC【解析】根据右手定则可判断出棒中感应电流的方向由a到b，A正确；安培力大小为：，B错误；棒两端的电压为，C正确；棒动能的减小量等于其重力势能的增加量与电路上产生的电热及克服摩擦阻力做功之和，D错误。9、【答案】C【解析】设ab边刚进入磁场时速度为v0，则整个过程中由能的转化与守恒定律有解得.10、【答案】B【解析】，匀速运动 ，联立解得，B对。二、填空题1、【答案】ab，a，0.016N，0.064W【解析】ab相当于电源；a相当于电源的正极；，解得安培力，电阻R上消耗的功率.2、【答案】，AB 【解析】切割磁感线的长度为L，电流。运用右手定则，电流方向为AB。3、【答案】【解析】设感应电动势为E，电流为I，外力功W由转动切割得： 电流 外力功等于系统产生的焦耳热 所以外力做功 三、计算题1、【答案】(1)从C端流向D端 (2) 【解析】 (1)在t时间内，导体棒扫过的面积为 根据法拉第电磁感应定律，导体棒上感应电动势的大小为 根据右手定则，感应电流的方向是从B端流向A端因此，通过电阻R的感应电流的方向是从C端流向D端由欧姆定律可知，通过电阻R的感应电流的大小I满足 联立式得 (2)在竖直方向有mg2N0 式中，由于质量分布均匀，内、外圆导轨对导体棒的正压力大小相等，其值为N，两导轨对运行的导体棒的滑动摩擦力均为fn 在t时间内，导体棒在内、外圆轨上扫过的弧长为l1rt 和l22rt 克服摩擦力做的总功为Wff(l1l2) 在t时间内，消耗在电阻R上的功为WRI2Rt 根据能量转化和守恒定律知，外力在t时间内做的功为WWfWR 外力的功率为 由至式得 2、【答案】(1)2nB0Lv (2) 方向沿x轴正方向【解析】(1)线框相对于磁场向左做切割磁感线的匀速运动，切割磁感线的速度大小为v，任意时刻线框ab边切割磁感线产生的感应电动势大小为E1nB0Lv，cd边切割磁感线产生的感应电动势大小为E2nB0Lv，ab边和cd边所处的磁场方向总是相反的，故ab边和cd边线圈中产生的感应电动势方向顺时针时都是顺时针，逆时针时都是逆时针，所以总的感应电动势大小E2nB0Lv，由闭合电路欧姆定律得导线中的电流大小，(2)线框所受安培力的大小由左手定则判断，线框所受安培力的方向始终沿x轴正方向。3、【答案】（1）v =2m/s（2）（3）【解析】（