《高考物理一轮复习 专题8 电磁感应现象中的动力学、动量和能量问题考点规范练-人教版高三全册物理试题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习 专题8 电磁感应现象中的动力学、动量和能量问题考点规范练-人教版高三全册物理试题（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电磁感应现象中的动力学、动量和能量问题一、单项选择题1.如图所示,用粗细相同的铜丝做成边长分别为L和2L的两只闭合线框a和b,以相同的速度从磁感应强度为B的匀强磁场区域中匀速地拉到磁场外,若外力对环做的功分别为Wa、Wb,则WaWb为()A.14B.12C.11D.不能确定解析根据能量守恒可知,外力做的功等于产生的电能,而产生的电能又全部转化为焦耳热,所以Wa=Qa=,Wb=Qb=,由电阻定律知Rb=2Ra,故WaWb=14,A项正确。答案A2.一个刚性矩形铜制线圈从高处自由下落,进入一水平方向的匀强磁场区域,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
2、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解析线圈从高处自由下落,以一定的速度进入磁场,会产生感应电流,线圈受到重力和安培力作用,线圈全部进入磁场后,磁通量不变,没有感应电流产生,线圈不受安培力,只受重力,在磁场内部会做一段匀加速运动。若线圈进入磁场过程是匀速运动,说明有mg=BIl,由于线圈全部进入磁场后只受重力,在磁场内部会做一段匀加速运动,离开磁场时的速度大于进入磁场时的速度,安培力大于重力,就会做减速运动,故A错误;若线圈进入磁场过程
3、一直是加速运动,说明重力大于安培力,在离开磁场时速度增大,安培力增大,可能安培力与重力平衡,做匀速运动,故B错误;若线圈进入磁场过程一直是减速运动,说明重力小于安培力,线圈全部进入磁场后,在磁场内部会做一段匀加速运动,所以离开磁场时安培力变大,安培力仍然大于重力,所以也是减速运动,故C正确,D错误。答案C3.竖直平面内有一形状为抛物线的光滑曲面轨道,如图所示,抛物线方程是y=x2,轨道下半部分处在一个水平向外的匀强磁场中,磁场的上边界是y=a的直线(图中虚线所示),一个小金属环从抛物线上y=b(ba)处以速度v沿抛物线下滑,假设抛物线足够长,金属环沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是()A.mgb
4、B.mv2C.mg(b-a)D.mg(b-a)+mv2解析小金属环进入或离开磁场时,磁通量会发生变化,并产生感应电流,产生焦耳热;当小金属环全部进入磁场后,不产生感应电流,小金属环最终在磁场中做往复运动,由能量守恒定律可得产生的焦耳热等于减少的机械能,即Q=mv2+mgb-mga=mg(b-a)+mv2,D正确。答案D4.如图所示,水平光滑的平行金属导轨,左端接有电阻R,匀强磁场B竖直向下分布在导轨所在的空间内,质量一定的金属棒PQ垂直导轨放置。若使棒以一定的初速度v0向右运动,当其通过位置a、b时,速率分别为va、vb,到位置c时棒刚好静止。设金属导轨与棒的电阻均不计,a到b和b到c的间距相
5、等,则金属棒在从a到b和从b到c的两个过程中()A.回路中产生的内能相等B.棒运动的加速度相等C.安培力做功相等D.通过棒横截面积的电荷量相等导学号17420370解析金属棒由a到b再到c的过程中,速度逐渐减小,根据E=Blv知,E减小,故I减小,再根据F=BIl知,安培力减小,由F=ma知,加速度减小,B错误;由于a与b、b与c间距相等,安培力由ac是逐渐渐小的,故从a到b安培力做的功大于从b到c安培力做的功,又由于安培力做的功等于回路中产生的内能,所以A、C错误;根据平均感应电动势E=,和I=,q=It,得q=,所以D正确。答案D二、多项选择题5.如图所示,两足够长平行金属导轨固定在水平面
6、上,匀强磁场方向垂直导轨平面向下,金属棒ab、cd与导轨构成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动,两金属棒ab、cd的质量之比为21。用一沿导轨方向的恒力F水平向右拉金属棒cd,经过足够长时间以后()A.金属棒ab、cd都做匀速运动B.金属棒ab上的电流方向是由b向aC.金属棒cd所受安培力的大小等于D.两金属棒间距离保持不变解析对两金属棒ab、cd进行受力和运动分析可知,两金属棒最终将做加速度相同的匀加速直线运动,且金属棒ab速度小于金属棒cd速度,所以两金属棒间距离是变大的,由楞次定律判断金属棒ab上的电流方向是由b到a,A、D错误,B正确;以两金属棒整体为研究对象,有F=3ma,隔离金属棒cd
7、分析,有F-F安=ma,可求得金属棒cd所受安培力的大小F安=F,C正确。答案BC6.(2016河南联考)两根足够长的光滑导轨竖直放置,间距为L,顶端接阻值为R的电阻。质量为m、电阻为r的金属棒在距磁场上边界某处静止释放,金属棒和导轨接触良好,导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,如图所示,不计导轨的电阻,重力加速度为g。则()A.金属棒在磁场中运动时,流过电阻R的电流方向为abB.金属棒的速度为v时,金属棒所受的安培力大小为C.金属棒的最大速度为D.金属棒以稳定的速度下滑时,电阻R的热功率为R导学号17420364解析金属棒在磁场中向下运动时,由楞次定律可知,流过电阻R的电流方向为ba
8、,选项A错误;金属棒的速度为v时,金属棒中感应电动势E=BLv,感应电流I=,所受的安培力大小为F=BIL=,选项B正确;当安培力F=mg时,金属棒下落速度最大,金属棒的最大速度为v=,选项C错误;金属棒以稳定的速度下滑时,电阻R和r的热功率为P=mgv=(R+r),电阻R的热功率为R,选项D正确。答案BD7.(2016江苏南京模拟)如图所示,相距为L的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为,上端接有定值电阻R,匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B。将质量为m的导体棒由静止释放,当速度达到v时开始匀速运动,此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力,并保持拉力的功率恒为P,导体棒最终以2v
9、的速度匀速运动。导体棒始终与导轨垂直且接触良好,不计导轨和导体棒的电阻,重力加速度为g。下列选项正确的是()A.P=2mgvsin B.P=3mgvsin C.当导体棒速度达到时,加速度大小为sin D.在速度达到2v以后匀速运动的过程中,R上产生的焦耳热等于拉力所做的功导学号17420369解析对导体棒受力分析,当导体棒以v匀速运动时(如图甲),应有mgsin =BIL=;当施加力F后以2v匀速运动时(如图乙),F+mgsin =,两式联立得F=mgsin ,则P=F2v=2mgvsin ,A正确,B错误;由牛顿第二定律,当导体棒的速度为时,a=sin ,C正确;由功能关系,当导体棒达到2v
10、以后匀速运动的过程中,R上产生的焦耳热等于拉力所做的功与减少的重力势能之和,D错误。答案AC三、非选择题8.如图所示,足够长的固定平行粗糙金属双轨MN、PQ相距d=0.5 m,导轨平面与水平面夹角=30,处于方向垂直导轨平面向上、磁感应强度大小B=0.5 T的匀强磁场中。长也为d的金属棒ab垂直于导轨MN、PQ放置,且始终与导轨接触良好,棒的质量m=0.1 kg,电阻R=0.1 ,与导轨之间的动摩擦因数=,导轨上端连接电路如图所示。已知电阻R1与灯泡电阻R2的阻值均为0.2 ,导轨电阻不计,重力加速度g取10 m/s2。(1)求棒由静止刚释放瞬间下滑的加速度大小a。(2)假若棒由静止释放并向下
11、加速运动一段距离后,灯L的发光亮度稳定,求此时灯L的实际功率P和棒的速率v。导学号17420368解析(1)棒由静止刚释放的瞬间速度为零,不受安培力作用根据牛顿第二定律有mgsin -mgcos =ma,代入数据得a=2.5 m/s2(2)由“灯L的发光亮度稳定”知棒做匀速运动,受力平衡,有mgsin -mgcos =BId代入数据得棒中的电流I=1 A由于R1=R2,所以此时通过小灯泡的电流I2=I=0.5 A,P=R2=0.05 W此时感应电动势E=Bdv=I(R+)得v=0.8 m/s。答案(1)2.5 m/s2(2)0.05 W0.8 m/s9.如图甲所示,两根足够长平行金属导轨MN、
12、PQ相距为L,导轨平面与水平面夹角为,金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,金属棒ab的质量为m。导轨处于匀强磁场中,磁场的方向垂直于导轨平面斜向上,磁感应强度大小为B。金属导轨的上端与开关S、定值电阻R1和电阻箱R2相连。不计一切摩擦,不计导轨、金属棒的电阻,重力加速度为g。现在闭合开关S,将金属棒由静止释放。(1)判断金属棒ab中电流的方向。(2)若电阻箱R2接入电路的阻值为0,当金属棒下降高度为h时,速度为v,求此过程中定值电阻上产生的焦耳热Q。(3)当B=0.40 T,L=0.50 m,=37时,金属棒能达到的最大速度vmax随电阻箱R2阻值的变化关系如图乙所示
13、。g取10 m/s2,sin 37=0.60,cos 37=0.80。求R1的阻值和金属棒的质量m。导学号17420365解析(1)由右手定则可知,金属棒ab中的电流方向为由b到a。(2)由能量守恒知,金属棒减少的重力势能等于增加的动能和电路中产生的焦耳热即mgh=mv2+Q则Q=mgh-mv2。(3)金属棒达到最大速度vmax时,切割磁感线产生的感应电动势E=BLvmax由闭合电路的欧姆定律得I=金属棒的受力分析如图所示金属棒达到最大速度时,满足mgsin -BIL=0联立以上三式得vm=(R2+R1)由题图乙可知,斜率k= ms-1 -1=15 ms-1 -1,纵轴截距v=30 m/s所以
14、R1=v,=k解得R1=2.0 ,m=0.1 kg答案(1)ba(2)mgh-mv2(3)2.0 0.1 kg10.足够长的平行金属导轨ab、cd放置在水平面上,处在磁感应强度B=1.0 T的竖直方向的匀强磁场中,导轨间连接阻值为R=0.3 的电阻,质量m=0.5 kg、电阻r=0.1 的金属棒ef紧贴在导轨上,两导轨间的距离L=0.40 m,如图所示。在水平恒力F作用下金属棒ef由静止开始向右运动,其运动距离与时间的关系如下表所示。导轨与金属棒ef间的动摩擦因数为0.3,导轨电阻不计,g取10 m/s2,求:时间t(s)0.01.02.03.04.05.06.07.0运动距离x(m)0.00
15、.62.04.36.89.311.814.3(1)在4.0 s时间内,通过金属棒截面的电荷量q。(2)水平恒力F。(3)庆丰同学在计算7.0 s时间内,整个回路产生的焦耳热Q时,是这样计算的:先算7.0 s内的电荷量,再算电流I=,再用公式Q=I2Rt计算出焦耳热,请你简要分析这样做是否正确?认为正确的,请算出结果;认为错误的,请用自己的方法算出7.0 s,整个回路产生的焦耳热Q。导学号17420366解析(1)金属棒产生的平均感应电动势E=平均电流I=则电荷量q=It=6.8 C(2)由题表中数据可知,3.0 s以后棒ef做匀速直线运动,处于平衡状态其速度v=2.5 m/s有F-Ff=BIL由E=BLv,I=,Ff=FN解得F=BIL+Ff=2.5 N(3)庆丰同学用电流的平均值计算焦耳热是错误的。正确解法是根据能量转化和守恒定律,有Fx-mgx-Q=mv2解得Q=12.7 J答案(1)6.8 C(2)2.5 N(3)见
