《2019版高考物理一轮复习备考专题-第十章电磁感应专题77电磁感应中的能量转化问题2019高考备考》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019版高考物理一轮复习备考专题-第十章电磁感应专题77电磁感应中的能量转化问题2019高考备考（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、77 电磁感应中的能量转化问题 方法点拨 克服安培力做功的过程就是其他形式的能转化为电能的过程，克服安培力做了 多少功，就有多少其他形式的能转化为电能 1(多选 ) 如图 1 所示， 光滑绝缘的水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导体框匀 强磁场区域宽度为2L、磁感应强度为B、方向垂直桌面向下导体框的一边始终与磁场边界 平行，在外力作用下以恒定速度v穿过磁场下列说法正确的是( ) 图 1 A穿过磁场过程，外力做的功为 2B 2L3v R B穿过磁场过程，导体框产生的焦耳热为 2B 2L3v R C进入磁场过程，通过导体框某一横截面的电荷量为 BL 2 R D进入和离开磁场过程，通过导体框的
2、电流大小都为 BLv R ，且方向相同 2(2018四川泸州一检)如图 2 所示，两条电阻不计的平行导轨与水平面成 角，导轨的 一端连接定值电阻R1，匀强磁场垂直导轨平面向上一根质量为m、电阻为R2的导体棒ab， 垂直导轨放置且两端始终与导轨接触良好，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为，且R2 nR1.如果导体棒以速度v匀速下滑， 导体棒此时受到的安培力大小为F， 则以下判断正确的是 ( ) 图 2 A电阻R1消耗的电功率为 Fv n B重力做功的功率为mgvcos C运动过程中减少的机械能全部转化为电能 DR2上消耗的功率为 nFv n1 3( 多选)(2017 湖南衡阳第二次联考)如图 3 甲
3、所示，左侧接有定值电阻R 3 的水平 粗糙导轨处于垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度B2 T ，导轨间距为L 1 m一质 量m 2 kg 、接入电路的阻值r1 的金属棒在拉力F作用下由静止开始从CD处沿导轨 向右加速运动，金属棒与导轨垂直且接触良好，金属棒与导轨间的动摩擦因数0.5 ，g 10 m/s 2，金属棒的 vx图象如图乙所示，则从起点发生x1 m 位移的过程中 ( ) 图 3 A拉力做的功为16 J B通过电阻R的电荷量为0.25 C C定值电阻R产生的焦耳热为0.75 J D所用的时间t一定大于1 s 4( 多选)(2018 广东东莞模拟) 如图 4 所示，在匀强磁场的上方有一质
4、量为m、半径为R 的细导线做成的圆环，圆环的圆心与匀强磁场的上边界的距离为h. 将圆环由静止释放，圆 环刚进入磁场的瞬间和完全进入磁场的瞬间，速度均为v. 已知匀强磁场的磁感应强度为B， 导体圆环的电阻为r，重力加速度为g，则下列说法正确的是( ) 图 4 A圆环刚进入磁场的瞬间，速度v2g hR B圆环进入磁场的过程中，电阻产生的热量为2mgR C圆环进入磁场的过程中，通过导体横截面的电荷量为 BR 2 r D圆环进入磁场的过程做的是匀速直线运动 5( 多选)(2017 江西南昌三校第四次联考) 在如图 5 所示的倾角为 的光滑斜面上， 存在 着两个磁感应强度大小均为B的匀强磁场区域， 区域
5、的磁场方向垂直斜面向上，区域的 磁场方向垂直斜面向下，磁场宽度HP及PN均为L，一个质量为m、电阻为R、边长也为L 的正方形导线框abcd，由静止开始沿斜面下滑，t1时刻ab边刚越过GH进入磁场区域， 此时导线框恰好以速度v1做匀速直线运动；t2时刻ab边下滑到JP与MN的中间位置，此时 导线框又恰好以速度v2做匀速直线运动重力加速度为g，下列说法中正确的是( ) 图 5 A当ab边刚越过JP时，导线框的加速度大小为agsin B导线框两次匀速直线运动的速度之比v1v241 C从t1到t2的过程中，导线框克服安培力做功的大小等于重力势能的减少量 D从t1到t2的过程中，有 3mgLsin 2
6、mv1 2 v2 2 2 机械能转化为电能 6( 多选)(2017 河南开封第一次模拟)如图 6 甲所示，平行光滑金属导轨水平放置，两轨 相距L0.4 m ，导轨一端与阻值R0.3 的电阻相连，导轨电阻不计导轨x0 一侧存 在沿x正方向均匀增大的磁场，其方向与导轨平面垂直向下，磁感应强度B随位置x变化如 图乙所示一根质量m 0.2 kg 、接入电路的电阻r0.1 的金属棒置于导轨上，并与导 轨垂直，棒在外力F作用下从x0 处以初速度v02 m/s 沿导轨向右变速运动，且金属棒 在运动过程中受到的安培力大小不变下列说法中正确的是( ) 图 6 A金属棒向右做匀减速直线运动 B金属棒在x 1 m
7、处的速度大小为1.5 m/s C金属棒从x 0 运动到x1 m 过程中，外力F所做的功为0.175 J D金属棒从x 0 运动到x2 m 过程中，流过金属棒的电荷量为2 C 7(2017黑龙江大庆一模) 相距L1.5 m的足够长金属导轨竖直放置，质量为m11 kg 的金属棒ab和质量为m20.27 kg 的金属棒cd均通过棒两端的套环水平地套在金属导轨上， 如图 7 甲所示， 虚线上方磁场方向垂直纸面向里，虚线下方磁场方向竖直向下，两处磁场磁 感应强度大小相同ab棒光滑，cd棒与导轨间的动摩擦因数为 0.75 ， 两棒总电阻为1.8 ，导轨电阻不计ab棒在方向竖直向上、大小按图乙所示规律变化的
8、外力F作用下，从 静止开始，沿导轨匀加速运动，同时cd棒也由静止释放(g10 m/s 2) 图 7 (1) 求出磁感应强度B的大小和ab棒加速度大小； (2) 已知在 2 s 内外力F做功 40 J ，求这一过程中两金属棒产生的总焦耳热； (3) 求出cd棒达到最大速度所需的时间t0，并在图丙中定性画出cd棒所受摩擦力Ff cd随时 间变化的图象 8(2017北京西城区模拟) 某同学设计了一个测量物体质量的电子装置，其结构如图8 甲、 乙所示E形磁铁的两侧为S极，中心为N极，可认为只有磁极间存在着磁感应强度大小均 为B的匀强磁场一边长为L、横截面为正方形的线圈套于中心磁极，线圈、骨架与托盘连
9、为一体， 总质量为m0，托盘下方连接一个轻弹簧，弹簧下端固定在磁极上，支撑起上面的整 个装置，线圈、 骨架与磁极不接触线圈的两个头与外电路连接( 图上未标出 ) 当被测量的 重物放在托盘上时，弹簧继续被压缩，托盘和线圈一起向下运动，之后接通外电路对线圈供 电，托盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止，此时由对应的供电电流可确定重物的质 量已知弹簧劲度系数为k，线圈匝数为n，重力加速度为g. 图 8 (1) 当线圈与外电路断开时 a以不放重物时托盘的位置为位移起点，竖直向下为位移的正方向试在图丙中画出，托 盘轻轻放上质量为m的重物后，托盘向下运动过程中弹簧弹力F的大小与托盘位移x的关系 图象； b
10、根据上面得到的Fx图象，求从托盘放上质量为m的重物开始到托盘达到最大速度的过 程中，弹簧弹力所做的功W； (2) 当线圈与外电路接通时 a通过外电路给线圈供电，托盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止若线圈能够承受 的最大电流为I，求该装置能够测量的最大质量M； b 在线圈能承受的最大电流一定的情况下，要增大质量的测量范围，可以采取哪些措施？( 至 少答出 2 种) 答案精析 1ABC 2D 导体棒以速度v匀速下滑时，由EBLv，I E R1R2， FBIL得安培力F B 2L2v R1R2 电阻R1消耗的电功率为PI 2R 1( BLv R1R2) 2R 1 又R2nR1 联立解得，P Fv
11、n1，故 A错误； 重力做功的功率为mgvsin ，B错误； 导体棒克服安培力和摩擦力做功，减少的机械能转化为电能和内能，C错误； R2和R1串联，电流相等， 根据PI 2R 可知，R2消耗的功率等于R1消耗的功率的n倍，为 nFv n 1， D正确 3CD 由速度位移图象得：v2x，金属棒所受的安培力 F安B 2L2v Rr B 2L22x Rr ， 代入得：F安 2x，则知F安与x是线性关系 当x0 时，安培力F安 10； 当x1 m 时，安培力F安 2 2 N， 则从起点发生x1 m 位移的过程中， 安培力做功为W安F安x F安1F安 2 2 x 02 2 1 J 1 J 根据动能定理得
12、：WmgxW安 1 2mv 2，其中 v2 m/s ， 0.5 ，m2 kg， 代入解得， 拉力做的功W15 J， 故 A错误；通过电阻R的电荷量q Rr BLx Rr 211 4 C0.5 C，故 B错误；根据能量守恒得：整个电路产生的焦耳热等于克服 安培力做功，即Q1 J，则电阻R上产生的热量：QR R Rr Q 3 4Q 0.75 J，选项 C正确；v x图象的斜率k v x v t t x a v，得 akv2v，则知速度增大，金属棒的加速度也 随之增大，vt图象的斜率增大，金属棒做加速度增大的变加速运动，在相同时间内，达 到相同速度时通过的位移小于匀加速运动的位移，平均速度小于匀加速
13、运动的平均速度，即 v 0v 2 02 2 m/s 1 m/s ，则t x v 1 1 s 1 s ，故 D正确 4ABC 圆环从图示位置开始运动到刚进入磁场时，下落的高度为hR，根据自由落体运 动的规律得到v 2 2g( hR) ，解得v2g hR，故选项A正确； 圆环刚进入磁场的瞬间和完全进入磁场的瞬间，速度相等， 根据功能关系可以知道重力做的 功等于圆环电阻产生的热量，大小为2mgR，故选项B正确； 圆环进入磁场的过程中，通过导体某个横截面的电荷量为 qI t E r t r B R 2 r ，故选项C正确； 圆环进入磁场的过程中，受到的安培力F B 2L2v r ，随有效长度L发生改变
14、，圆环受力不能平 衡，因此圆环不可能做匀速直线运动，故选项D错误 5BD ab边刚越过GH进入磁场区域时，电动势E1BLv1，电流I1E 1 R BLv1 R ，线框做 匀速运动，所以mgsin BI1L B 2L2v 1 R ，当ab边刚越过JP时，电动势E22BLv1，I2 E2 R 2BLv1 R ，根据牛顿第二定律2BI2Lmgsin ma，联立解得a3gsin ，所以 A错误；当 a0 时，以速度v2做匀速直线运动，即2BI2Lmgsin 0，得：mgsin 4B 2L2v 2 R ， 所以v1v241，所以B 正确；从t1到t2的过程中，根据能量守恒，导线框克服安培力 做功的大小等
15、于重力势能的减少量加上动能的减少量，即克服安培力做功W 3mgLsin 2 mv 2 1v 2 2 2 . 所以 C错误；又克服安培力做功等于产生的电能，所以D正确 6CD 根据题图乙得B与x的函数关系式B0.5 0.5x， 金属棒向右运动切割磁感线产生感应电动势EBLv， 感应电流I E Rr BLv Rr ， 安培力F安BILB BLv Rr L B 2L2v Rr ， 解得v F安Rr B 2L2 0.4F安 0.5 0.5x 20.42 10F安 x 1 2， 根据匀变速直线运动的速度位移公式v 2v 0 22ax， 如果是匀变速直线运动，v 2 与x成线性关系， 而由上式知， 金属棒
16、不可能做匀减速直线运动， 故 A错误； 根据题意金属棒所受的安培大小不变， x0 处与x1 处安培大小相等， 有B 0 2 L 2 v0 Rr B 1 2L2v 1 Rr ， 即v1 B0 2v 0 B1 2 0.5 22 1 2 m/s 0.5 m/s ，故 B错误； 金属棒在x0 处的安培力大小为 F安B 0 2L2v 0 Rr 0.5 20.42 2 0.4 N0.2 N ， 对金属棒从x0 运动到x1 m 过程中， 根据动能定理有WFF安x 1 2mv 1 21 2mv 0 2， 代入数据解得W F 0.175 J ，故 C正确； 根据电荷量公式q Rr Bx Rr L， x0 到x2 m 过程中Bx图象包围的面积 Bx 0.5 1.5 2 2 Tm 2 Tm ，q Rr 20.4 0.4 C2 C，故 D正确 7(1) 1.2 T 1 m/s 2 (2) 18 J (3) 2 s 见解析图 解析(1) 经过时间t，
