高考物理一轮复习 微专题16 电磁感应中的动力学和能量问题练习 新人教版

微专题十六 电磁感应中的动力学和能量问题A级基础练1(08787070)如图所示，在一匀强磁场中有一U形导线框abcd，线框处于水平面内，磁场与线框平面垂直，R为一电阻，ef为垂直于ab的一根导体杆，它可以在ab、cd上无摩擦地滑动杆ef及线框中导线的电阻都可不计开始时，给ef一个向右的初速度，则() Aef将减速向右运动，但不是匀减速Bef将匀减速向右运动，最后停止Cef将匀速向右运动Def将往返运动解析：A杆ef向右运动，所受安培力FBILBL，方向向左，故杆ef做减速运动；v减小，F减小，杆做加速度逐渐减小的减速运动，A正确2(08787071)如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，方向竖直向下，在磁场中有一个边长为L的正方形刚性金属框，ab边的质量为m，电阻为R，其他三边的质量和电阻均不计cd边上装有固定的水平轴，将金属框自水平位置由静止释放，第一次转到竖直位置时，ab边的速度为v，不计一切摩擦，重力加速度为g，则在这个过程中，下列说法正确的是() A通过ab边的电流方向为abBab边经过最低点时的速度vCa、b两点间的电压逐渐变大D金属框中产生的焦耳热为mgLmv2解析：Dab边向下摆动过程中，磁通量逐渐减小，根据楞次定律及右手定则可知感应电流方向为ba，选项A错误；ab边由水平位置到达最低点过程中，机械能不守恒，所以选项B错误；金属框摆动过程中，ab边同时受安培力作用，故当重力与安培力沿其摆动方向分力的合力为零时，a、b两点间电压最大，选项C错误；根据能量转化和守恒定律可知，金属框中产生的焦耳热应等于此过程中机械能的损失，故选项D正确3(08787072)如图所示，两根水平放置的相互平行的金属导轨ab、cd表面光滑，处在竖直向上的匀强磁场中，金属棒PQ垂直于导轨放在上面，以速度v向右匀速运动，欲使棒PQ停下来，下面的措施可行的是(导轨足够长，棒PQ有电阻)() A在PQ右侧垂直于导轨再放上一根同样的金属棒B在PQ右侧垂直于导轨再放上一根质量和电阻均比棒PQ大的金属棒C将导轨的a、c两端用导线连接起来D在导轨的a、c两端用导线连接一个电容器解析：C在PQ棒右侧放金属棒时，回路中会有感应电流，使金属棒加速，PQ棒减速，当获得共同速度时，回路中感应电流为零，两棒都将匀速运动，A、B项错误；当一端或两端用导线连接时，PQ的动能将转化为内能而最终静止，C选项正确D项中棒最终匀速，D错误4(08787073)一个刚性矩形铜制线圈从高处自由下落，进入一水平的匀强磁场区域，然后穿出磁场区域继续下落，如图所示，则() A若线圈进入磁场过程是匀速运动，则离开磁场过程也是匀速运动B若线圈进入磁场过程是加速运动，则离开磁场过程也是加速运动C若线圈进入磁场过程是减速运动，则离开磁场过程也是减速运动D若线圈进入磁场过程是减速运动，则离开磁场过程是加速运动答案：C5(08787074)如图甲所示，在光滑水平面上用恒力F拉质量为m的单匝均匀正方形铜线框，边长为a，在1位置以速度v0进入磁感应强度为B的匀强磁场并开始计时，若磁场的宽度为b(b3a)，在3t0时刻线框到达2位置速度又为v0，并开始离开匀强磁场此过程中vt图象如图乙所示，则()甲乙At0时，线框右侧边MN间的电压为Bav0B在t0时刻线框的速度为v0C线框完全离开磁场的瞬间位置3速度一定比t0时刻线框的速度大D线框完全离开磁场的瞬间位置3速度一定比t0时刻线框的速度小解析：Bt0时，MN开始切割磁感线，电动势EBav0.四边电阻相等，MN间电压为Bav0，A错误在t03t0时段，设t0时刻速度为v.据动量定理F2t0mv0mv，则vv0，B正确据题意分析知，3t0后的离开过程与0t0的进入过程完全相同，因此线框离开磁场的瞬间位置3速度与t0时刻相同，C、D均错6(08787075)(多选)如图所示，光滑的U形金属导体框竖直放置，质量为m的金属棒MN与框架接触良好磁感应强度分别为B1、B2的有界匀强磁场方向相反，但均垂直于框架平面，分别处在abcd和cdef区域现从图示位置由静止释放金属棒MN，当金属棒进入磁场B1区域后，恰好做匀速运动以下说法中正确的是() A若B2B1，金属棒进入B2区域后将加速下滑B若B2B1，金属棒进入B2区域后仍将保持匀速下滑C若B2B1，金属棒进入B2区域后将先加速后匀速下滑解析：BC当金属棒MN进入磁场B1区域时，金属棒MN切割磁感线而使回路中产生感应电流，当金属棒MN恰好做匀速运动时，其重力和安培力平衡，即有mg.金属棒MN刚进入B2区域时，速度仍为v，若B2B1，则仍满足mg，金属棒MN仍保持匀速下滑，选项A错误，B正确；若B2B1，则金属棒MN刚进入B2区域时mg，金属棒MN先加速运动，当速度增大到使安培力等于mg时，金属棒MN在B2区域内匀速下滑，故选项C正确，D错误7(08787076)(多选)(2018广东珠海一模)如图所示，MN和PQ是电阻不计的平行金属导轨，其间距为L，导轨弯曲部分光滑，平直部分粗糙，N、Q两点间接一个阻值为R的电阻平直部分导轨左边区域有宽度为d、方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场质量为m、电阻也为R的金属棒从高度为h处由静止释放，到达磁场右边界处恰好停止已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为，金属棒与导轨间接触良好则金属棒穿过磁场区域的过程中()A金属棒两端的最大电压为BLB金属棒在磁场中的运动时间为C克服安培力所做的功为mghD右端的电阻R产生的焦耳热为(mghmgd)解析：AD金属棒刚进入磁场时的速度最大，此时金属棒产生的电动势最大，mghmv2，解得v，电动势EBLvBL，金属棒两端的电压为路端电压，U，A正确；金属棒在磁场中做加速度减小的减速运动，不是匀减速运动，无法求其运动时间，B错误；对金属棒运动全过程应用动能定理，mghW克安mgd0，所以克服安培力做功小于mgh，C错误；由上式解得QW克安mghmgd，右端电阻R产生的焦耳热QR(mghmgd)，D正确B级能力练8(08787077)(多选)(2018陕西宝鸡一模)如图所示，足够长的U形光滑金属导轨与水平面成角，其中MN与PQ平行且间距为L，导轨间连接一个电阻为R的灯泡，导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计一质量为m的金属棒ab由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且接触良好，金属棒ab接入电路的电阻为r，当流经金属棒ab某一横截面的电荷量为q时，金属棒ab的速度大小为v，则金属棒ab在由静止开始沿导轨下滑到速度达到v的过程中(未达到最大速度)() A金属棒ab做加速度减小的变加速直线运动B金属棒ab两端的电压始终为BlvC灯泡的亮度先逐渐变亮后保持不变D回路中产生的焦耳热为sin mv2解析：AD对金属棒受力分析，有mgsin F安ma，F安，随着速度的增大，加速度逐渐减小，金属棒做加速度减小的变加速直线运动，A正确；金属棒两端的电压为路端电压，并且运动过程中速度在变化，末速度为v，所以B错误；因为该过程没有达到最大速度，所以灯泡的亮度是一直变亮，C错误；设金属棒运动过程的位移为s，由q，解得s，对运动过程应用动能定理有mgssin Qmv2，解得回路产生的热量Qmgssin mv2sin mv2，D正确9(08787078)(2018安徽省黄山市联考)如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距离为L，其电阻不计两导轨及其构成的平面与水平面成角，两根用细线连接的金属杆ab、cd分别垂直导轨放置，平行斜面向上的外力F作用在杆ab上，使两杆静止，已知两金属杆ab、cd的质量分别为m和2m，两金属杆的电阻都为R，并且和导轨始终保持良好接触，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B.某时刻将细线烧断，保持杆ab静止不动，求：(1)细线烧断后外力F的最小值和最大值；(2)设细线烧断后cd杆到达最大速度前杆ab产生的电热为Q，求cd杆到达最大速度前经过的位移s.解析：(1)细线烧断瞬间，外力F取得最小值F2；研究杆ab：F1mgsin .cd杆到达最大速度vm时，外力F取得最大值F2.研究杆ab：F2mgsin F安研究cd杆，因其匀速运动，F安2mgsin .显然F安F安.代入可得：F23mgsin (也可研究整体)(2)两杆电阻相等，故电热相等cd杆到达最大速度前电路产生的总电热为2Q由能量守恒可知：2mgsin smv2/22Q.其中v为cd杆最大速度研究cd杆，因其匀速运动，F安2mgsin .且F安BIL，EBLv，IE/2R，代入得：s4m2R2gsin /B4L4Q/mgsin .答案：(1)mgsin 3mgsin (2)10(08787079)如图所示，正方形单匝均匀线框abcd，边长L0.4 m，每边电阻相等，总电阻R0.5 .一根足够长的绝缘轻质细线跨过两个轻质光滑定滑轮，一端连接正方形线框，另一端连接绝缘物体P.物体P放在一个光滑的足够长的固定斜面上，斜面倾角30，斜面上方的细线与斜面平行在正方形线框正下方有一有界的匀强磁场，上边界和下边界都水平，两边界之间距离也是L0.4 m磁场方向水平，垂直纸面向里，磁感应强度大小B0.5 T现让正方形线框的cd边距上边界的正上方高度h0.9 m的位置由静止释放，且线框在运动过程中始终与磁场垂直，cd边始终保持水平，物体P始终在斜面上运动，线框刚好能以v3 m/s的速度进入匀强磁场并匀速通过匀强磁场区域释放前细线绷紧，重力加速度g10 m/s2，不计空气阻力(1)线框的cd边在匀强磁场中运动的过程中，c、d间的电压是多大？(2)线框的质量m1和物体P的质量m2分别是多大？(3)在cd边刚进入磁场时，给线框施加一个竖直向下的拉力F，使线框以进入磁场前的加速度匀加速通过磁场区域，在此过程中，力F做功W0.23 J，求正方形线框cd边产生的焦耳热是多少？解析：(1)正方形线框匀速通过匀强磁场区域的过程中，设cd边上的感应电动势为E，线框中的电流强度为I，c、d间的电压为Ucd，则EBLv，I，UcdIR.解得Ucd0.45 V.(2)正方形线框匀速通过磁场区域的过程中，设受到的安培力为F，细线上的张力为T，则FBIL，Tm2gsin ，m1gTF.正方形线框在进入磁场之前的运动过程中，根据能量守恒有m1ghm2ghsin (m1m2)v2，解得m10.032 kg，m20.016 kg.(3)因为线框在磁场中运动的加速度与进入前的加速度相同，所以在通过磁场区域的过程中，线框和物体P的总机械能保持不变，故力F做功W等于整个线框中产生的焦耳热Q，即WQ.设线框cd边产生的焦耳热为Qcd，根据QI2Rt有QcdQ，解得Qcd0.057 5 J.答案：(1)0.45 V(2)0.032 kg0.016 kg(3)0.057 5 J11(08787080)(2017上海单科)如图，光滑平行金属导轨间距为L，与水平面夹角为，两导轨上端用阻值为R的电阻相连，该装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面质量为m的金属杆ab以沿导轨平面向上的初速度v0从导轨底端开始运动，然后又返回到出发位置在运动过程中，ab与导轨垂直且接触良好，不计ab和导轨的电阻及空气阻力(1)求ab开始运动时的加速度a；(2)分析并说明ab在整个运动过程中速度、加速度的变化情况；(3)分析并比较ab上滑时间和下滑时间的长短解析：(1)利用楞次定律，对初始状态的ab受力分析得：mgsin BILma对回路分析I联立得agsin (2)上滑过程：由第(1)问中的分析可知，上滑过程加速度大小表达式为：a上gsin 上滑过程，a、v反向，v做减速运动利用式，v减小则a减小，可知，杆上滑时做加速度逐渐减小的减速运动下滑过程：由牛顿第二定律，对ab受力分析得：mgsin ma下a下gsin 因a下与v同向，ab做加速运动由得v增加，a下减小，杆下滑时做加速度减小的加速运动(3)设P点是上滑与下滑过程中经过的同一点P，由能量转化与守恒可知：mvmvQRQR为ab从P滑到最高点到再回到P点过程中R上产生的焦耳热由QR0，所以vP上vP下同理可推得ab上滑通过某一位置的速度大于下滑通过同一位置的速度，进而可推得上下由s上t上下t下得t上t下即ab上滑时间比下滑时间短答案：(1)gsin (2)见解析(3)见解析6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375