【同步】高中物理鲁科版(2019)选择性必修2：第2章习题课电磁感应中的能量和动量问题分层作业课件

第2章习题课:电磁感应中的能量和动量问题123456789101112A级必备知识基础练1.(多选)在竖直向上的匀强磁场中,水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈,线圈所围的面积为0.1m2,线圈电阻为1Ω。规定线圈中感应电流I的正方向从上往下看是顺时针方向,如图甲所示。磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示。以下说法正确的是(

)A.在0~2s时间内,I的最大值为0.01AB.在3~5s时间内,I的大小越来越小C.前2s内,通过线圈某截面的总电荷量为0.01CD.第3s内,线圈的发热功率最大AC1234567891011121234567891011122.(2023湖北襄阳期末)如图所示,相隔一定高度的两水平面间存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B。一质量为m、电阻为R、边长为d的单匝正方形金属框从磁场上方某处自由落下,恰好能匀速穿过磁场区域,已知金属框平面在下落过程中始终与磁场方向垂直,且金属框上、下边始终与磁场边界平行,不考虑金属框的形变,不计空气阻力,重力加速度大小为g,则金属框穿过磁场的过程中,下列说法正确的是(

)A.金属框中电流的方向先顺时针后逆时针B.金属框所受安培力的方向先向上后向下C.金属框穿过磁场所用的时间为D.金属框所受安培力做的功为W=2mgdC123456789101112解析

由右手定则可知,金属框中电流的方向先逆时针后顺时针,A错误;由左手定则可知,金属框所受安培力的方向始终竖直向上,B错误;匀速运动时1234567891011123.(多选)如图所示,在磁感应强度B=1.0T的匀强磁场中,金属杆PQ在外力F作用下在粗糙U形导轨上以速度v=2m/s向右匀速滑动。两导轨间距离l=1.0m,电阻R=3.0Ω,金属杆的电阻r=1.0Ω,导轨电阻忽略不计。下列说法正确的是(

)A.通过R的感应电流的方向为由a到dB.金属杆PQ切割磁感线产生的感应电动势的大小为2.0VC.金属杆PQ受到的安培力大小为0.5ND.外力F做功的数值等于电路产生的焦耳热ABC

123456789101112解析

由右手定则判断知,当金属杆滑动时产生逆时针方向的电流,通过R的感应电流的方向为由a到d,故A正确。金属杆PQ切割磁感线产生的感应电动势的大小为E=Blv=1.0×1×2

V=2

V,故B正确。在整个回路中产生的感应电流为

代入数据得I=0.5

A。由安培力公式F安=BIl,代入数据得F安=0.5

N,故C正确。金属杆PQ在外力F作用下在粗糙U形导轨上以速度v向右匀速滑动,外力F做功大小等于电路产生的焦耳热和导轨与金属杆之间的摩擦力产生的内能之和,故D错误。1234567891011124.如图所示,由同种材料制成,粗细均匀,边长为L、总电阻为R的单匝正方形闭合线圈MNPQ放置在水平面上,空间存在方向竖直向下、磁感应强度大小为B的有界匀强磁场,磁场两边界成θ=45°角。现使线圈以水平向右的速度v匀速进入磁场,则(

)A.当线圈中心经过磁场边界时,N、P两点间的电势差U=BLvB.当线圈中心经过磁场边界时,线圈所受安培力大小C.线圈从开始进入磁场到其中心经过磁场边界的过程中,D.线圈从开始进入磁场到其中心经过磁场边界的过程D123456789101112解析

当线圈中心经过磁场边界时,此时切割磁感线的有效线段为NP,根据法拉第电磁感应定律,NP产生的感应电动势为E=BLv,此时N、P两点间的1234567891011125.(多选)在如图甲所示的电路中,螺线管匝数n=1500,横截面积S=20cm2。螺线管导线电阻r=1Ω,R1=4Ω,R2=5Ω,C=30μF。在一段时间内,穿过螺线管的磁场的磁感应强度B按如图乙所示的规律变化,磁场正方向为竖直向下。下列说法正确的是(

)A.螺线管中产生的感应电动势为1.2VB.闭合S,电路中的电流稳定后电容器上极板带正电C.电路中的电流稳定后,电阻R1的电功率为5×10-2WD.S断开后,通过R2的电荷量为1.8×10-5CAD123456789101112为P=I2R1=0.122×4

W=5.76×10-2

W,故C错误;开关断开后通过电阻R2的电荷量为Q=CU=CIR2=30×10-6×0.12×5

C=1.8×10-5

C,故D正确。1234567891011126.如图所示,足够长的平行光滑U形导轨倾斜放置,所在平面的倾角θ=37°,导轨间的距离L=1.0m,下端连接R=1.6Ω的电阻,导轨电阻不计,所在空间存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度B=1.0T。质量m=0.5kg、电阻r=0.4Ω的金属棒ab垂直置于导轨上,现用沿导轨平面且垂直于金属棒、大小为F=5.0N的恒力使金属棒ab从静止开始沿导轨向上滑行,当金属棒滑行s=2.8m后速度保持不变。求:(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2)(1)金属棒匀速运动时的速度大小v;(2)金属棒从静止到刚开始匀速运动的过程中,电阻R上产生的热量QR。

123456789101112解析

(1)金属棒匀速运动时产生的感应电流为

由平衡条件有F=mgsin

θ+BIL代入数据解得v=4

m/s。代入数据解得QR=1.28

J。

答案

(1)4m/s

(2)1.28J1234567891011127.如图所示,两根质量均为m=2kg的金属棒垂直放在光滑的水平导轨上,左、右两部分导轨间距之比为1∶2,导轨间有大小相等但左、右两部分方向相反的匀强磁场,两棒电阻与棒长成正比,不计导轨电阻。现用250N的水平拉力F向右拉CD棒,CD棒运动s=0.5m时其上产生的焦耳热为Q2=30J,此时两棒速率之比为vA∶vC=1∶2,现立即撤去拉力F,设导轨足够长且两棒始终在不同磁场中运动,求:(1)在CD棒运动0.5m的过程中,AB棒上产生的焦耳热;(2)撤去拉力F瞬间,两棒的速度大小vA和vC;(3)撤去拉力F后,两棒最终匀速运动的速度大小vA'和vC'。123456789101112解析

(1)设两棒的长度分别为l和2l,所以电阻分别为R和2R,由于电路中任何时刻电流均相等,根据焦耳定律Q=I2Rt可知Q1∶Q2=1∶2,则AB棒上产生的焦耳热Q1=15

J。又vA∶vC=1∶2,Q2=30

J代入数据得vA=4

m/s,vC=8

m/s。123456789101112(3)撤去拉力F后,AB棒继续向左做加速运动,而CD棒向右做减速运动,两棒最终匀速运动时电路中电流为零,即两棒切割磁感线产生的电动势大小相等,此时两棒的速度满足BLvA'=B·2LvC'即vA'=2vC'答案

(1)15J

(2)4m/s

8m/s

(3)6.4m/s

3.2m/s123456789101112B级关键能力提升练8.(多选)如图所示,在Ⅰ、Ⅲ区域内分布有磁感应强度大小均为B、方向相反的匀强磁场,两区域中间为宽为s的无磁场区Ⅱ。有一边长为L(L>s)、电阻为R的均匀正方形金属线框abcd置于区域Ⅰ中,ab边与磁场边界平行,线框平面与磁场方向垂直。金属线框在水平向右的拉力作用下,以速度v向右做匀速直线运动,则(

)123456789101112答案

AC1234567891011121234567891011129.在一足够长的水平光滑平行导轨上放置一根长为l、质量为m的导体棒ab,ab处在磁感应强度大小为B、方向如图所示的匀强磁场中,导轨的一端接一阻值为R的电阻,导轨及导体棒电阻不计。现使ab在水平恒力F作用下由静止沿垂直于磁场的方向运动,当位移为x时,ab达到最大速度vm。此时撤去外力,最后ab静止在导轨上。在ab运动的整个过程中,下列说法正确的是(

)A.撤去外力后,ab做匀减速运动B.合力对ab做的功为FxD.R上释放的热量为FxD123456789101112解析

撤去外力后,导体棒水平方向只受安培力作用,而

,F安随v的变化而变化,故棒做加速度变化的变速运动,A错误;对整个过程由动能定理得W合=ΔEk=0,B错误;由能量守恒定律知,外力做的功等于整个回路产生的电能,电能又转化为R上释放的热量,即Q=Fx,C错误,D正确。12345678910111210.(多选)如图所示,同一竖直面内的正方形导线框a、b的边长均为l,电阻均为R,质量分别为2m和m。它们分别系在一跨过两个定滑轮的轻绳两端,在两导线框之间有一宽度为2l、磁感应强度大小为B、方向垂直竖直面的匀强磁场区域。开始时,线框b的上边与匀强磁场的下边界重合,线框a的下边到匀强磁场的上边界的距离为l。现将系统由静止释放,当线框b全部进入磁场时,a、b两个线框开始做匀速运动。不计摩擦和空气阻力,重力加速度为g,则(

)123456789101112C.从开始运动到线框a全部进入磁场的过程中,线框a所产生的焦耳热为mglD.从开始运动到线框a全部进入磁场的过程中,线框a所产生的焦耳答案

BC12345678910111212345678910111211.(多选)如图甲所示,固定在光滑水平面上的正三角形金属线框,匝数n=20,总电阻R=2.5Ω,边长L=0.3m,处在两个半径均为r=的圆形匀强磁场区域中。线框顶点与右侧圆心重合,线框底边中点与左侧圆心重合。磁感应强度B1垂直水平面向上,大小不变;B2垂直水平面向下,大小随时间变化。B1、B2的值如图乙所示,则(

)A.通过线框的感应电流方向为逆时针方向B.t=0时刻穿过线框的磁通量为0.1WbC.在0.6s内通过线框中的电荷量约为0.13CD.经过0.6s线框中产生的热量约为0.07JACD

123456789101112解析

由磁感应强度B1垂直水平面向外,大小不变