高考物理一轮复习第9章电磁感应4题型探究课二电磁感应中的动力学和能量问题题型专练巩固提升新人教版.doc

1 / 9【2019【2019 最新最新】精选高考物理一轮复习第精选高考物理一轮复习第 9 9 章电磁感应章电磁感应4 4 题型探究课二电磁感应中的动力学和能量问题题型专练巩题型探究课二电磁感应中的动力学和能量问题题型专练巩固提升新人教版固提升新人教版1(2018·江苏调研)如图所示，纸面内有一矩形导体闭合线框abcd，ab 边长大于 bc 边长从置于垂直纸面向里、边界为 MN 的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于 MN第一次 ab 边平行 MN 进入磁场，线框上产生的热量为 Q1，通过线框导体横截面的电荷量为 q1；第二次 bc 边平行 MN 进入磁场，线框上产生的热量为 Q2，通过线框导体横截面的电荷量为q2，则( )AQ1>Q2 q1q2 BQ1>Q2 q1>q2CQ1Q2 q1q2 DQ1Q2 q1>q2解析：选 A设 ab 和 bc 边长分别为 L1、L2，线框电阻为 R，若假设穿过磁场区域的时间为 t通过线框导体横截面的电荷量qt，因此 q1q2线框上产生的热量为 Q，第一次：Q1BL1I1L2BL1L2，同理可以求得 Q2BL2I2L1BL2L1，由于 L1>L2，则 Q1>Q2，故 A 正确22 / 9如图，在光滑水平桌面上有一边长为 L、电阻为 R 的正方形导线框；在导线框右侧有一宽度为 d(dL )的条形匀强磁场区域，磁场的边界与导线框的一边平行，磁场方向竖直向下导线框以某一初速度向右运动t0 时导线框的右边恰与磁场的左边界重合，随后导线框进入并通过磁场区域下列 vt 图象中，能正确描述上述过程的是( )解析：选 D导体切割磁感线时产生感应电流，同时产生安培力阻碍导体运动，利用法拉第电磁感应定律、安培力公式及牛顿第二定律可确定线框在磁场中的运动特点线框进入和离开磁场时，安培力的作用都是阻碍线框运动，使线框速度减小，由EBLv、I及 FBILma 可知安培力减小，加速度减小，当线框完全进入磁场后穿过线框的磁通量不再变化，不产生感应电流，不再产生安培力，线框做匀速直线运动，故选项 D 正确3如图所示，质量均为 m 的金属棒 ab、cd 与足够长的水平金属导轨垂直且接触良好，两金属棒与金属导轨间的动摩擦因数为 ，磁感应强度为 B 的匀强磁场的方向竖直向下则 ab 棒在恒力F2mg 作用下向右运动的过程中，有( )A安培力对 ab 棒做正功B安培力对 cd 棒做正功Cab 棒做加速度逐渐减小的加速运动，最终匀速运动Dcd 棒做加速度逐渐减小的加速运动，最终匀速运动解析：选 C对于 ab 棒，因为 F2mg>mg，所以从静止开始加速运动，ab 棒运动会切割磁感线产生感应电流，从而使 ab 棒受到一个向左的安培力，这样加速度会减小，最终会做匀速运动；3 / 9而 cd 棒所受到的最大安培力与摩擦力相同，所以总保持静止状态，即安培力对 ab 棒做负功，对 cd 棒不做功，所以选项 C 正确，A、B、D 错误4如图所示，足够长的金属导轨竖直放置，金属棒 ab、cd 均通过棒两端的环套在金属导轨上虚线上方有垂直纸面向里的匀强磁场，虚线下方有竖直向下的匀强磁场，两匀强磁场的磁感应强度大小均为 Bab、cd 棒与导轨间动摩擦因数均为 ，两棒总电阻为 R，导轨电阻不计开始两棒静止在图示位置，当 cd 棒无初速释放时，对ab 棒施加竖直向上的力 F，沿导轨向上做匀加速运动则下列说法中错误的是( )Aab 棒中的电流方向由 b 到 aBcd 棒先加速运动后匀速运动Ccd 棒所受摩擦力的最大值大于 cd 棒的重力D力 F 做的功等于两棒产生的电热、摩擦生热与增加的机械能之和解析：选 Bab 向上运动的过程中，穿过闭合回路 abdc 的磁通量增大，根据楞次定律可得 ab 棒中的感应电流方向为 ba，故 A正确；cd 棒中感应电流由 c 到 d，其所在的区域有向下磁场，所受的安培力向里，cd 棒所受的摩擦力向上ab 棒做加速直线运动，速度增大，产生的感应电流增加，cd 棒所受的安培力增大，对导轨的压力增大，则滑动摩擦力增大，摩擦力先小于重力，后大于重力，所以 cd 棒先加速运动后减速运动，最后停止运动，故 B 错误；因安培力增加，cd 棒受摩擦力的作用一直增加，会大于重力，故 C 正确；根据动能定理可得 WFWfW 安培WGmv20，力 F 所做的功应4 / 9等于两棒产生的电热、摩擦生热与增加的机械能之和，故 D 正确5(多选)如图所示，两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计两质量、长度均相同的导体棒 c、d 置于边界水平的匀强磁场上方同一高度 h 处磁场宽为 3h，方向与导轨平面垂直先由静止释放c，c 刚进入磁场立即匀速运动，此时再由静止释放 d，两导体棒与导轨始终保持良好接触用 ac 表示 c 的加速度，Ekd 表示 d 的动能，xc、xd 分别表示 c、d 相对释放点的位移下图中正确的是( )解析：选 BD导体棒 c 落入磁场之前做自由落体运动，加速度恒为 g，有 hgt2，vgt，c 棒进入磁场以速度 v 做匀速直线运动时，d 棒开始做自由落体运动，与 c 棒做自由落体运动的过程相同，此时 c 棒在磁场中做匀速直线运动的路程为 hvtgt22h，d棒进入磁场而 c 棒还没有穿出磁场的过程，无电磁感应，两导体棒仅受到重力作用，加速度均为 g，直到 c 棒穿出磁场，B 正确；c 棒穿出磁场后，d 棒切割磁感线产生电动势，在回路中产生感应电流，因此时 d 棒速度大于 c 棒进入磁场时切割磁感线的速度，故电动势、电流、安培力都大于 c 棒刚进入磁场时的大小，d 棒减速，直到穿出磁场仅受重力，做匀加速运动，结合匀变速直线运动v2v2gh，可知加速过程动能与路程成正比，D 正确6(多选)如图所示，在倾角为 的光滑斜面上，有三条水平虚线l1、l2、l3，它们之间的区域、宽度均为 d，两区域分别存在垂直斜面向下和垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小均为B，一个质量为 m、边长为 d、总电阻为 R 的正方形导线框，从 l1 上方一定高度处由静止开始沿斜面下滑，当 ab 边刚越过 l1 进入磁场5 / 9时，恰好以速度 v1 做匀速直线运动；当 ab 边在越过 l2 运动到l3 之前的某个时刻，线框又开始以速度 v2 做匀速直线运动，重力加速度为 g在线框从释放到穿出磁场的过程中，下列说法正确的是( )A线框中感应电流的方向不变B线框 ab 边从 l1 运动到 l2 所用时间大于从 l2 运动到 l3 所用时间C线框以速度 v2 做匀速直线运动时，发热功率为 sin2D线框从 ab 边进入磁场到速度变为 v2 的过程中，减少的机械能 E 机与重力做功 WG 的关系式是 E 机WGmvmv2 2解析：选 CD线框从释放到穿出磁场的过程中，由楞次定律可知感应电流方向先沿 abcda 后沿 adcba 再沿 abcda 方向，A 项错误；线框第一次匀速运动时，由平衡条件有 BIdmgsin ，I，解得v1，第二次匀速运动时，由平衡条件有 2BIdmgsin ，I，解得 v2，线框 ab 边匀速通过区域，先减速再匀速通过区域，而两区域宽度相同，故通过区域的时间小于通过区域的时间，B 项错误；由功能关系知线框第二次匀速运动时发热功率等于重力做功的功率，即 Pmgv2sin ，C 项正确；线框从进入磁场到第二次匀速运动过程中，损失的重力势能等于该过程中重力做的功，动能损失量为 mvmv，所以线框机械能损失量为 E机WGmvmv，D 项正确7电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅助制动装置，其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓车辆的速度电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论：如图所示，将形状相同的两根平行且足够长6 / 9的铝条固定在光滑斜面上，斜面与水平方向夹角为 一质量为 m的条形磁铁滑入两铝条间，恰好匀速穿过，穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒定，其引起电磁感应的效果与磁铁不动、铝条相对磁铁运动相同磁铁端面是边长为 d 的正方形，由于磁铁距离铝条很近，磁铁端面正对两铝条区域的磁场均可视为匀强磁场，磁感应强度为 B，铝条的高度大于 d，电阻率为 为研究问题方便，铝条中只考虑与磁铁正对部分的电阻和磁场，其他部分电阻和磁场可忽略不计，假设磁铁进入铝条间以后，减少的机械能完全转化为铝条的内能，重力加速度为 g(1)求铝条中与磁铁正对部分的电流 I；(2)若两铝条的宽度均为 b，推导磁铁匀速穿过铝条间时速度 v的表达式；(3)在其他条件不变的情况下，仅将两铝条更换为宽度 b>b 的铝条，磁铁仍以速度 v 进入铝条间，试简要分析说明磁铁在铝条间运动时的加速度和速度如何变化解析：(1)磁铁在铝条间运动时，两根铝条受到的安培力大小相等，均为 F 安，有F 安IdB设磁铁受到沿斜面向上的作用力为 F，其大小有F2F 安磁铁匀速运动时受力平衡，则有Fmgsin 07 / 9联立式可得I(2)磁铁在铝条间运动时，在铝条中产生的感应电动势为EBdv设铝条与磁铁正对部分的电阻为 R，由电阻定律有R由欧姆定律有I联立式可得v(3)磁铁以速度 v 进入铝条间，恰好做匀速运动时，磁铁受到沿斜面向上的作用力 F，联立式可得F当铝条的宽度 b>b 时，磁铁以速度 v 进入铝条间时，磁铁受到的作用力变为 F，有 F2B2d2bv 可见，F>Fmgsin ，磁铁所受到的合力方向沿斜面向上，获得与运动方向相反的加速度，磁铁将减速下滑，此时加速度最大之后，随着运动速度减小，F也随着减小，磁铁所受的合力也减小，由于磁铁加速度与所受到的合力成正比，磁铁的加速度逐渐8 / 9减小，综上所述，磁铁做加速度逐渐减小的减速运动直到Fmgsin 时，磁铁重新达到平衡状态，以较小的速度匀速下滑答案：见解析8如图甲所示，匀强磁场的磁感应强度 B 为 05 T，其方向垂直于倾角 为 30°的斜面向上绝缘斜面上固定有“”形状的光滑金属导轨 MPN(电阻忽略不计)，MP 和 NP 长度均为 25 m，MN 连线水平，长为 3 m以 MN 中点 O 为原点，OP 为 x 轴建立一维坐标系 Ox一根粗细均匀的金属杆 CD，长度 d 为 3 m、质量 m 为1 kg、电阻 R 为 03 ，在拉力 F 的作用下，从 MN 处以恒定速度v1 m/s 在导轨上沿 x 轴正向运动(金属杆与导轨接触良好)g 取10 m/s2(1)求金属杆 CD 运动过程中产生的感应电动势 E 及运动到x08 m 处电势差 UCD；(2)推导金属杆 CD 从 MN 处运动到 P 点过程中拉力 F 与位置坐标x 的关系式，并在图乙中画出 Fx 关系图象；(3)求金属杆 CD 从 MN 处运动到 P 点的全过程产生的焦耳热解析：(1)金属杆 CD 在匀速运动中产生的感应电动势EBlv，ld，解得 E15 V当 x08 m 时，金属杆在导轨间的电势差为零设此时杆在导轨外的长度为 l 外，则l 外dd，OP 2 m得 l 外12 m由右手定则判断 D 点电势高，故 CD 两端电势差UCDBl 外 v06 V9 / 9(2)杆在导轨间的长度 l 与位置 x 的关系是ld3x对应的电阻 R1R电流 IBlv R1杆受到的安培力为 F 安BIl75375x根据平衡条件得 FF 安mgsin F125375x(0x2)画出的 Fx 图象如图所示(3)外力 F 所做的功 WF 等于 Fx 图线下所围的面积即WF×2 J175 J而杆的重力势能增加量 EpmgOPsin 故全过程产生的焦耳热 QWFEp75 J答案：(1)15 V 06 V (2)F125375x(0x2)图象见解析 (3)75 J