2019屆高中物理二輪復習 熱點題型專練 專題9.4 電磁感應中的動力學和能量問題(含解析).doc
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專題9.4 電磁感應中的動力學和能量問題 1.(多選)如圖所示,電阻不計的平行金屬導軌固定在一絕緣斜面上,兩相同的金屬導體棒a、b垂直于導軌靜止放置,且與導軌接觸良好,勻強磁場垂直穿過導軌平面.現用一平行于導軌的恒力F作用在a的中點,使其向上運動.若b始終保持靜止,則它所受摩擦力可能( ) A.變?yōu)? B.先減小后增大 C.等于F D.先增大再減小 【答案】 AB 2.如圖所示,邊長為L的正方形導線框質量為m,由距磁場H高處自由下落,其下邊ab進入勻強磁場后,線圈開始做減速運動,直到其上邊cd剛剛穿出磁場時,速度減為ab邊進入磁場時的一半,磁場的寬度也為L,則線框穿越勻強磁場過程中產生的焦耳熱為( ) A.2mgL B.2mgL+mgH C.2mgL+mgH D.2mgL+mgH 【解析】 設ab剛進入磁場時的速度為v1,cd剛穿出磁場時的速度v2=,線框自開始進入磁場到完全穿出磁場共下落高度為2L,由題意得,mv=mgH,mv+mg2L=mv+Q,解得,Q=2mgL+mgH,C項正確. 【答案】 C 3.如圖所示,間距為L、電阻不計的足夠長平行光滑金屬導軌水平放置,導軌左端用一阻值為R的電阻連接,導軌上橫跨一根質量為m、電阻也為R的金屬棒,金屬棒與導軌接觸良好.整個裝置處于豎直向上、磁感應強度為B的勻強磁場中.現使金屬棒以初速度v0沿導軌向右運動,若金屬棒在整個運動過程中通過的電荷量為q下列說法正確的是( ) A.金屬棒在導軌上做勻減速運動 B.整個過程中電阻R上產生的焦耳熱為 C.整個過程中金屬棒在導軌上發(fā)生的位移為 D.整個過程中金屬棒克服安培力做功為 【答案】 D 4.豎直平面內有一形狀為拋物線的光滑曲面軌道,如圖所示,軌道下半部分處在兩個水平向里的勻強磁場中,磁場的邊界分別是y=a、y=b、y=c的直線(圖中虛線所示).一個小金屬環(huán)從拋物線上y=d處由靜止釋放,金屬環(huán)沿拋物線下滑后環(huán)面總保持與磁場垂直,那么產生的焦耳熱總量是( ) A.mgd B.mg(d-a) C.mg(d-b) D.mg(d-c) 【解析】 小金屬環(huán)進入和穿出磁場的過程都要切割磁感線,因此小金屬環(huán)的機械能不斷地轉化為電能,電能又轉化為內能;最后小金屬環(huán)在y=c的直線與x軸之間的磁場內往復運動,整個過程中機械能的減小量為ΔE=mg(d-c),由能的轉化與守恒定律可知,產生的焦耳熱總量為Q=ΔE=mg(d-c),所以D項正確. 15(多選)如圖10327所示,在水平光滑絕緣桌面上建立直角坐標系xOy,第一象限內存在垂直桌面向上的磁場,磁場的磁感應強度B沿x軸正方向均勻增大且=k,一邊長為a、電阻為R的單匝正方形線圈ABCD在第一象限內以速度v沿x軸正方向勻速運動,運動中AB邊始終與x軸平行,則下列判斷正確的是( ) 圖10327 A.線圈中的感應電流沿逆時針方向 B.線圈中感應電流的大小為 C.為保持線圈勻速運動,可對線圈施加大小為的水平外力 D.線圈不可能有兩條邊所受安培力大小相等 16.選)如圖所示,MN、PQ是與水平面成θ角的兩條平行光滑且足夠長的金屬軌道,其電阻忽略不計.空間存在著垂直于軌道平面向上的勻強磁場,磁感應強度大小為B.導體棒ab、cd垂直于軌道放置,且與軌道接觸良好,每根導體棒的質量均為m,電阻均為r,軌道寬度為L,與軌道平行的絕緣細線一端固定,另一端與ab棒中點連接,細線承受的最大拉力Tm=2mgsin θ.今將cd棒由靜止釋放,則細線被拉斷時,cd棒的( ) A.速度大小是 B.速度大小是 C.加速度大小是2gsin θ D.加速度大小是0 17徑為a的圓形區(qū)域內有勻強磁場,磁感應強度為B=0.2 T,磁場方向垂直圓形區(qū)域向里;半徑為b的金屬圓環(huán)與磁場同心放置,磁場與環(huán)面垂直,a=0.4 m,b=0.6 m.金屬環(huán)b上接有燈L1、L2,兩燈的電阻均為R=2 Ω,一金屬棒與金屬環(huán)b接觸良好,棒與金屬環(huán)b的電阻忽略不計. (1)棒以v0=5 m/s的速度在環(huán)上向右勻速滑動,求棒滑過圓環(huán)直徑OO′的瞬間流過燈L1的電流; (2)撤去金屬棒而將右側的半圓環(huán)O L2O′以OO′為軸向上翻轉90后,磁場開始隨時間均勻變化,其變化率為= T/s,求L1的功率. 【解析】解析(1)棒滑過圓環(huán)直徑OO′的瞬時,電動勢:E1=B2av0=0.20.85V=0.8 V 等效電路如圖所示: 流過燈L1的電流:I1== A=0.4 A 故流過燈L1的電流為0.4 A. (2)撤去中間的金屬棒,將右面的半圓環(huán)OL2O′以OO′為軸向上翻轉90后,磁場開始隨時間均勻變化,半圓環(huán)OL1O′中產生感應電動勢,相當于電源,燈L2與L1串聯(lián)為外電路,感應電動勢為: E2=== V=0.32 V L1的功率為:P1=2R=22 W=1.2810-2 W. 【答案】 (1)0.4 A (2)1.2810-2 W 18如圖甲所示,在豎直方向上有四條間距相等的水平虛線L1、L2、L3、L4,在L1、L2之間和L3、L4之間均存在勻強磁場,磁感應強度B大小均為1 T,方向垂直于虛線所在的平面.現有一矩形線圈abcd,寬度cd=L=0.5 m,質量為0.1 kg,電阻為2 Ω,將其從圖示位置由靜止釋放(cd邊與L1重合),速度隨時間的變化關系如圖乙所示,t1時刻cd邊與 L2重合,t2時刻ab邊與L3重合,t3時刻ab邊與L4重合,已知t1~t2的時間間隔為0.6 s,整個運動過程中線圈平面始終處于豎直方向,重力加速度g取10 m/s2.求: 甲 乙 (1)線圈的長度; (2)在0~t1時間內,通過線圈的電荷量; (3)0~t3時間內,線圈產生的熱量. 【答案】 (1)2 m (2)0.25 C (3)1.8 J 19如圖1甲所示,光滑導體軌道PMN和P′M′N′是兩個完全一樣的軌道,是由半徑為r的四分之一圓弧軌道和水平軌道組成,圓弧軌道與水平軌道在M和M′點相切,兩軌道并列平行放置,MN和M′N′位于同一水平面上,兩軌道之間的距離為L,PP′之間有一個阻值為R的電阻,開關K是一個感應開關(開始時開關是斷開的),MNN′M′是一個矩形區(qū)域內有豎直向上的磁感應強度為B的勻強磁場,水平軌道MN離水平地面的高度為h,其截面圖如圖乙所示.金屬棒a和b質量均為m、電阻均為R.在水平軌道某位置放上金屬棒b,靜止不動,a棒從圓弧頂端PP′處靜止釋放后,沿圓弧軌道下滑,若兩導體棒在運動中始終不接觸,當兩棒的速度穩(wěn)定時,兩棒距離x=,兩棒速度穩(wěn)定之后,再經過一段時間,b棒離開軌道做平拋運動,在b棒離開軌道瞬間,開關K閉合.不計一切摩擦和導軌電阻,已知重力加速度為g.求: 甲 乙 (1)兩棒速度穩(wěn)定時,兩棒的速度是多少? (2)兩棒落到地面后的距離是多少? (3)整個過程中,兩棒產生的焦耳熱分別是多少? (2)經過一段時間,b棒離開軌道后,a棒與電阻R組成回路,從b棒離開軌道到a棒離開軌道過程中a棒受到安培力的沖量 IA=LBt=BLt= 由動量定理:IA=-mv2+mv1 解得v2= 由平拋運動規(guī)律得:兩棒落到地面后的距離Δx=(v1-v2)=. 【答案】(1) (2) (3)mgr mgr 20如圖所示,電動機牽引一根原來靜止的、長為1 m、質量為0.1 kg的導體棒MN,其電阻R為1 Ω,導體棒架在處于磁感應強度B=1 T,豎直放置的框架上,當導體棒上升h=3.8 m時獲得穩(wěn)定的速度,導體產生的熱量為2 J,電動機牽引導體棒時,電壓表、電流表計數分別為7 V、1 A,電動機的內阻r=1 Ω,不計框架電阻及一切摩擦;若電動機的輸出功率不變,g取10 m/s2,求: (1)導體棒能達到的穩(wěn)定速度為多少? (2)導體棒從靜止達到穩(wěn)定所需的時間為多少? 【解析】 (1)電動機的輸出功率為P=UAIA-Ir=6 W F安=BIL= 當導體棒的速度穩(wěn)定時,由平衡條件得, =mg+ 解得,v=2 m/s. (2)由能量守恒定律得,Pt-Q-mgh=mv2 解得,t=1 s. 【答案】 (1)2 m/s (2)1 s 21.如圖所示,相距L=1 m、電阻不計的平行光滑長金屬導軌固定在絕緣水平面上,兩導軌左端間接有阻值R=2 Ω的電阻,導軌所在區(qū)域內加上與導軌所在平面垂直、方向相反的勻強磁場,磁場寬度d均為0.6 m,磁感應強度大小B1= T、B2=0.8 T.現有電阻r=1 Ω的導體棒ab垂直導軌放置且接觸良好,當導體棒ab從邊界MN進入磁場后始終以速度v=5 m/s做勻速運動,求: (1)棒ab在磁場B1中運動時克服安培力做功的功率; (2)棒ab經過任意一個磁場B2區(qū)域過程中通過電阻R的電荷量. 【答案】 (1)0.67 W (2)0.16 C- 配套講稿:
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- 2019屆高中物理二輪復習 熱點題型專練 專題9.4 電磁感應中的動力學和能量問題含解析 2019 高中物理 二輪 復習 熱點 題型 專題 9.4 電磁感應 中的 動力學 能量 問題 解析
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