专题讲座九　电磁感应的综合应用(二)

1、.专题讲座九电磁感应的综合应用二1.2019·西安模拟如下图,在条形磁铁的中央位置的正上方程度固定一铜质圆环,不计空气阻力,以下判断正确的选项是BA.释放圆环,环下落时产生感应电流B.释放圆环,环下落时无感应电流C.释放圆环,环下落时环的机械能不守恒D.以上说法都不正确解析:圆环竖直向下运动时,通过圆环的磁通量始终为零,不产生感应电流,故A,D错误,B正确;由于没有感应电流,没有安培力做功,只有重力做功,故环的机械能守恒,故C错误.2.2019·景德镇模拟如下图,在光滑绝缘程度面上,有一矩形线圈以一定的初速度进入匀强磁场区域,线圈全部进入匀强磁场区域时,其动能恰好等于它在磁

2、场外面时的一半,设磁场区域宽度大于线圈宽度,那么CA.线圈恰好在完全分开磁场时停下B.线圈在未完全分开磁场时即已停下C.线圈能通过场区不会停下D.线圈在磁场中某个位置停下解析:线圈进入或出磁场,安培力做负功,那么出磁场时的速度小于进磁场时的速度,所受的安培力小于进磁场时所受的安培力,根据动能定理,出磁场时动能的变化量小于进磁场时动能的变化量,而进磁场时其动能恰好等于它在磁场外面时的一半,由于出磁场后,动能不为零,线圈将继续运动,故C正确,A,B,D错误.3.2019·南充二模如下图,虚线框abcd内为一矩形匀强磁场区域,磁场方向垂直于纸面,实线框abcd是一长方形导线框,ab=2bc

3、,ab边与ab平行,假设将导线框匀速地拉离磁场区域,以W1表示沿平行于ab的方向拉出过程中外力所做的功,W2表示以同样速率沿平行于bc的方向拉出过程中外力所做的功,那么BA.W1=W2B.W2=2W1C.W1=2W2D.W2=4W1解析:设bc=L,ab=2L,回路总电阻为R,面积为S;根据外力所做的功等于抑制安培力做的功可得W1=BI1L·2L=BI1S,其中I1=BLvR,所以W1=B2LvSR;同理可得W2=2B2LvSR;得到W2=2W1.应选B.4.2019·成都模拟如下图,程度固定放置的足够长的U形金属导轨处于竖直向上的匀强磁场中,导轨上的金属棒ab与导轨接触良

4、好.让ab棒以程度初速度v0向右运动,最后静止在导轨上.比较棒与导轨间无摩擦和有摩擦的两种情况,对该过程,说法正确的选项是CA.安培力对ab棒所做的功相等B.电流所做的功相等C.转化的总内能相等D.通过ab棒的电荷量相等解析:当导轨光滑时,金属棒抑制安培力做功,动能全部转化为焦耳热,产生的内能等于金属棒的初动能;当导轨粗糙时,金属棒在导轨上滑动,一方面要抑制摩擦力做功,摩擦生热,把部分动能转化为内能,另一方面要抑制安培力做功,金属棒的部分动能转化为焦耳热,摩擦力做功产生的内能与抑制安培力做功转化为内能的和等于金属棒的初动能;所以,导轨粗糙时,安培力做的功少,故A错误;电流所做的功等于回路中产生

5、的焦耳热,根据功能关系可知导轨光滑时,金属棒抑制安培力做功多,产生的焦耳热多,电流做功多,故B错误;两种情况下,产生的总内能相等,都等于金属棒的初动能,故C正确;根据感应电荷量公式q=R=BLxR,x是ab棒滑行的位移大小,导轨光滑时x较大,那么感应电荷量较大,故D错误.5.2019·丰台区一模如下图,一程度面内固定两根足够长的光滑平行金属导轨,导轨上面横放着两根完全一样的铜棒ab和cd,构成矩形回路,在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场B.开场时,棒cd静止,棒ab有一个向左的初速度v0,那么关于两棒以后的运动,以下说法正确的选项是BA.ab棒做匀减速直线运动,cd棒做匀加速直线

6、运动B.ab棒减小的动量等于cd棒增加的动量C.ab棒减小的动能等于cd棒增加的动能D.两棒一直运动,机械能不断转化为电能解析:初始时ab棒向左运动受到向右的安培力,cd棒受到向左的安培力,所以ab棒减速,cd棒加速,设ab棒速度为v1,cd棒速度为v2,开场时v1>v2,随着运动两棒的相对速度v=v1-v2逐渐减小至0,两棒切割磁感线产生的感应电动势为E=BL·v,E也逐渐减小最终为0,感应电流逐渐减小到0,安培力逐渐减到0,所以ab棒做加速度逐渐减小的变减速直线运动,cd棒做加速度逐渐减小的变加速直线运动,故A错误;两棒组成的系统受安培力的合力为零,故系统的动量守恒,所以a

7、b棒减小的动量等于cd棒增加的动量,故B正确;回路中有感应电流时,电流做功产生电热,所以根据能量守恒可知,ab棒减小的动能等于cd棒增加的动能与两棒产生电热之和,所以ab棒减小的动能大于cd棒增加的动能,故C错误;当v1>v2时,机械能转化为电能,之后两棒以共同的速度做匀速直线运动,机械能守恒,不再产生电能,故D错误.6.2019·济源二模如下图,一个总电阻为R的导线弯成宽度和高度均为d的“半正弦波形闭合线框,竖直虚线之间有宽度为d、磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直于线框所在的平面向里.线框以速度v向右匀速通过磁场;ab边始终与磁场边界垂直,从b点到达边界开场到a点分开磁场为

8、止,在这个过程中AA.线框中的感应电流先沿逆时针方向后沿顺时针方向B.ab段直导线始终不受安培力的作用C.平均感应电动势为12BdvD.线框中产生的焦耳热为B2d2vR解析:线框进入磁场时穿过线框的磁通量先向里增加,分开磁场时线框的磁通量向里减小,根据楞次定律可知,感应电流先逆时针方向后顺时针方向,故A正确;线框穿过磁场时回路中有感应电流,那么ab段导线受到安培力作用,故B错误;根据题意知穿过磁场过程中产生的交变电流的最大电动势为Bdv,最小值为0,其平均值不等于最大值与最小值之和的12,故C错误;因为线框是“半正弦波形闭合线框,故在穿过磁场过程中感应电流为正弦式交变电流,该电流的最大值为Im

9、=EmR=BdvR,那么其有效值为I=12Im=Bdv2R,在穿过磁场的时间t=2dv时间内线框产生的焦耳热Q=I2Rt=Bdv2R2·R·2dv=B2d3vR,故D错误.7.2019·宜昌一模多项选择如下图,足够长的光滑金属导轨MN,PQ平行放置,且都倾斜着与程度面成夹角.在导轨的最上端M,P之间接有电阻R,不计其他电阻.导体棒ab从导轨的最底端冲上导轨,当没有磁场时,ab上升的最大高度为H;假设存在垂直导轨平面的匀强磁场时,ab上升的最大高度为h.在两次运动过程中ab都与导轨保持垂直,且初速度都相等.关于上述情景,以下说法正确的选项是BDA.两次上升的最大高度

10、相比较为H<hB.有磁场时导体棒所受合力的功等于无磁场时合力的功C.有磁场时,电阻R产生的焦耳热为12mv02D.有磁场时,ab上升过程的最小加速度为gsin 解析:无磁场时,根据能量守恒,知动能全部转化为重力势能.有磁场时,动能一部分转化为重力势能,还有一部分转化为整个回路的内能.那么有磁场时的重力势能小于无磁场时的重力势能,所以h<H,故A错误.由动能定理知,合力的功等于导体棒动能的变化量,有、无磁场时,棒的初速度相等,末速度都为零,即导体棒动能的变化量相等,那么知导体棒所受合力的功相等,故B正确.设电阻R产生的焦耳热为Q.根据能量守恒知12mv02=Q+mgh,那么Q<

11、12mv02,故C错误.有磁场时,导体棒上升时沿斜面方向的合力为mgsin +F安>mgsin ,根据牛顿第二定律,知加速度a大于gsin .到达最高点时加速度最小,其值为gsin .故D正确.8.2019·江西校级模拟多项选择如下图,相距为d的两程度线L1和L2分别是程度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LL<d、质量为m.将线框在磁场上方高h处由静止开场释放,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CDA.线框一直都有感应电流B.线框一直做匀速运动C.线框产生的热量

12、为mgd+LD.线框做减速运动解析:线框进入和穿出磁场过程中,穿过线框的磁通量发生变化,有感应电流产生.当线框完全在磁场中运动时,磁通量不变,没有感应电流产生,故A错误.线框完全在磁场中运动时,线框不受安培力,只受重力,加速度为g,故B错误.ab边进入磁场到cd边刚穿出磁场的过程,动能不变,根据能量守恒定律得,线框产生的热量Q=mgd+L,故C正确.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,而线框完全进入磁场后做加速运动,说明线框进入磁场时做减速运动,完全进入磁场后速度小于v0,故D正确.9.2019·宁德一模多项选择如下图,固定在倾角为=30°的斜面内

13、的两根平行长直光滑金属导轨的间距为d=1 m,其底端接有阻值为R=2 的电阻,整个装置处在垂直斜面向上、磁感应强度大小为B=2 T的匀强磁场中.一质量为m=1 kg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.现杆在沿斜面向上、垂直于杆的恒力F=10 N作用下从静止开场沿导轨向上运动间隔 L=6 m时,速度恰好到达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=2 ,导轨电阻不计,重力加速度大小为g=10 m/s2.那么此过程ACA.杆的速度最大值为5 m/sB.流过电阻R的电荷量为6 CC.在这一过程中,整个回路产生的焦耳热为17.5 JD.流过电阻R电流方向为

14、由c到d解析:由题意知当杆的速度到达最大时,杆所受合力为零,以杆为研究对象受力如下图根据平衡可知F=mgsin 30°+F安=mgsin 30°+BBdvmR+rd代入数据可解得vm=5 m/s,故A正确;在杆运动L=6 m的过程中,通过电阻R电荷量Q=R+r=BLdR+r=2×6×12+2 C=3 C,故B错误;在整个过程中根据功能关系,可知F做的功等于杆机械能的增加和回路中产生的焦耳热之和,即FL=mgLsin +12mvm2+Q,由此可得回路中产生的焦耳热Q=FL-mgLsin -12mvm2=10×6 J-1×10×

15、6×12 J-12×1×52 J=17.5 J,故C正确;根据楞次定律可知,通过电阻的电流方向从d到c,故D错误.10.导学号 588262272019·泰州校级模拟多项选择一质量为m、电阻为r的金属杆AB,以一定的初速度v0从一光滑平行金属导轨底端向上滑行,导轨平面与程度面成30°角,两导轨上端用一电阻R相连,如下图,磁场垂直斜面向上,导轨的电阻不计,金属杆向上滑行到某一高度之后又返回到底端时的速度大小为v,那么金属杆在滑行过程中正确的选项是ABCA.向上滑行的时间小于向下滑行的时间B.在向上滑行时电阻R上产生的热量大于向下滑行时电阻R上产生

16、的热量C.向上滑行时与向下滑行时通过电阻R的电荷量相等D.金属杆从开场上滑至返回出发点,电阻R上产生的热量为12mv02-v2解析:因为上滑阶段的平均速度大于下滑阶段的平均速度,而上滑阶段的位移与下滑阶段的位移大小相等,所以上滑过程的时间比下滑过程短,故A正确;由E=BLv可知上滑阶段的平均感应电动势E1大于下滑阶段的平均感应电动势E2,上滑阶段和下滑阶段金属杆扫过面积相等,电荷量q=I·t=ERt=B·StRt=BSR,故上滑阶段和下滑阶段通过R的电荷量一样,所以C正确;由公式W电=qE电动势,可知上滑阶段回路电流做功即电阻R产生的热量比下滑阶段多.所以B正确;金属杆从开

17、场上滑至返回出发点的过程中,只有安培力做功,动能的一部分转化为内能,电阻R与金属杆电阻产生的总热量就是金属杆减小的动能,D 错误.11.导学号 58826228如下图,光滑弧形轨道和一足够长的光滑程度轨道相连,在距弧形轨道较远处的程度轨道上方有一足够长的金属杆,杆上挂有一光滑螺线管,在弧形轨道上高为H的地方无初速度释放一磁铁可视为质点,下滑至程度轨道时恰好沿螺线管的轴心运动,设螺线管和磁铁的质量分别为M,m,求:1螺线管获得的最大速度;2全过程中整个电路所消耗的电能.解析:1当磁铁在光滑弧形轨道上运动时,可认为还没有与螺线管发生互相作用,根据机械能守恒可求出磁铁进入程度轨道时的速度,即mgH=

18、12mv02.当磁铁在程度轨道上靠近螺线管时,由于电磁感应现象使磁铁与螺线管之间产生互相作用力,最终当两者速度相等时,电磁感应现象消失,一起做匀速直线运动,此时,螺线管速度到达最大,设为v,由动量守恒定律得mv0=M+mv所以,v=mM+m2gH.2根据能量守恒定律有E=mgH-12M+mv2,解得E=MmgHM+m.答案:1mM+m2gH2MmgHM+m12.导学号 588262292019·新余一模如下图,PQMN与CDEF为两根足够长的固定平行金属导轨,导轨间距为L.PQ,MN,CD,EF为一样的弧形导轨;QM,DE为足够长的程度导轨.导轨的程度部分QM和DE处于竖直向上的匀强

19、磁场中,磁感应强度为B.a,b为材料一样、长都为L的导体棒,跨接在导轨上.a棒的质量为m、电阻为R,a棒的横截面是b的3倍.金属棒a和b都从距程度面高度为h的弧形导轨上由静止释放,分别通过DQ,EM同时进入匀强磁场中,a,b棒在程度导轨上运动时不会相碰.假设金属棒a,b与导轨接触良好,且不计导轨的电阻和棒与导轨的摩擦.1金属棒a,b刚进入磁场时,回路中感应电流的方向如何?2通过分析计算说明,从金属棒a,b进入磁场至某金属棒第一次分开磁场的过程中,电路中产生的焦耳热.解析:1金属棒a,b刚进入磁场时,闭合电路的磁通量减少,根据楞次定律可判断出,回路中感应电流的方向为QDEMQ.2金属棒从弧形轨道

20、下滑过程,机械能守恒由mgh=12mv12,解得v1=2gh,金属棒a,b同时进入磁场区域后,产生感应电流,受到安培力作用,速度发生变化,当a,b棒同速时,回路中磁通量不再发生变化,那么不产生感应电流,不受安培力作用,金属棒a,b将共同匀速运动.由于a,b棒在程度方向所受合外力为零,故动量守恒,且由题可知ma=3mb有mav1-mbv1=ma+mbv2解得v2=122gh,方向程度向右.从金属棒a,b进入磁场开场,到金属棒b第一次分开磁场的过程中,由能量守恒,得ma+mbgh=12ma+mbv22+Q即Q=mgh.答案:1QDEMQ2mgh13.导学号 588262302019·许昌二模如下图,光滑的轻质定滑轮上绕有轻质柔软细线,线的一端系一质量为2m的重物,另一端系一质量为m