（新课标）高考物理一轮总复习 课时跟踪训练32 第九章 电磁感应 第4讲 专题 电磁感应中的动力学和能量问题（选修32）.doc

第4讲 专题 电磁感应中的动力学和能量问题一、选择题1如图所示，在一固定水平放置的闭合导体圆环上方，有一条形磁铁，从离地面高h处，由静止开始下落，最后落在水平地面上磁铁下落过程中始终保持竖直方向，并从圆环中心穿过圆环，而不与圆环接触若不计空气阻力重力加速度为g，下列说法中正确的是()a在磁铁下落的整个过程中，圆环中的感应电流方向先逆时针后顺时针(从上向下看圆环)b磁铁在整个下落过程中，受圆环对它的作用力先竖直向上后竖直向下c磁铁在整个下落过程中，它的机械能不变d磁铁落地时的速率一定等于解析当条形磁铁靠近圆环时，穿过圆环的磁通量增加，根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为逆时针(从上向下看圆环)，当条形磁铁远离圆环时，穿过圆环的磁通量减小，根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为顺时针(从上向下看圆环)，a正确；根据楞次定律的推论“来拒去留”原则，可判断磁铁在整个下落过程中，受圆环对它的作用力始终竖直向上，b错误；磁铁在整个下落过程中，由于受到磁场力的作用，机械能不守恒，c错误；若磁铁从高度h处做自由落体运动，其落地时的速度v，但磁铁穿过圆环的过程中要产生一部分电热，根据能量守恒定律可知，其落地速度一定小于，d错误答案a2(多选)如右图所示，两足够长平行金属导轨固定在水平面上，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：f3ma，隔离金属棒cd分析：ff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bc3(2016北京朝阳期末)如右图所示，一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()a若线圈进入磁场过程是匀速运动，则离开磁场过程一定是匀速运动b若线圈进入磁场过程是加速运动，则离开磁场过程一定是加速运动c若线圈进入磁场过程是减速运动，则离开磁场过程一定是加速运动d若线圈进入磁场过程是减速运动，则离开磁场过程一定是减速运动解析若线圈进入磁场过程是匀速运动，完全进入磁场区域后一定做加速运动，则离开磁场过程所受安培力大于重力，一定是减速运动，选项a错误；若线圈进入磁场过程是加速运动，则离开磁场过程可能是加速运动，也可能是匀速运动，还可能是减速运动，选项b错误；若线圈进入磁场过程是减速运动，则离开磁场过程一定是减速运动，选项c错误d正确答案d4如右图所示，在粗糙绝缘水平面上有一正方形闭合线框abcd，其边长为l，质量为m，金属线框与水平面的动摩擦因数为.虚线框abcd内有一匀强磁场，磁场方向竖直向下开始时金属线框的ab边与磁场的dc边重合现使金属线框以初速度v0沿水平面滑入磁场区域，运动一段时间后停止，此时金属线框的dc边与磁场区域的dc边距离为l.在这个过程中，金属线框产生的焦耳热为()a.mvmgl b.mvmglc.mv2mgl d.mv2mgl解析依题意知，金属线框移动的位移大小为2l，此过程中克服摩擦力做功为2mgl，由能量守恒定律得金属线框中产生的焦耳热为qmv2mgl，故选项d正确答案d5(2015北京东城检测)如右图所示，两根足够长的光滑金属导轨mn、pq平行放置，导轨平面与水平面的夹角为，导轨的下端接有电阻当导轨所在空间没有磁场时，使导体棒ab以平行导轨平面的初速度v0冲上导轨平面，ab上升的最大高度为h；当导轨所在空间存在方向与导轨平面垂直的匀强磁场时，再次使ab以相同的初速度从同一位置冲上导轨平面，ab上升的最大高度为h.两次运动中ab始终与两导轨垂直且接触良好关于上述情景，下列说法中正确的是()a两次上升的最大高度比较，有hhb两次上升的最大高度比较，有hhc无磁场时，导轨下端的电阻中有电热产生d有磁场时，导轨下端的电阻中有电热产生解析没有磁场时，只有重力做功，机械能守恒，没有电热产生，c错误有磁场时，ab切割磁感线，重力和安培力均做负功，机械能减小，有电热产生，故ab上升的最大高度变小，a、b错误，d正确答案d6(多选)(2015绍兴模拟)两根足够长的平行光滑导轨竖直固定放置，顶端接一电阻r，导轨所在平面与匀强磁场垂直将一金属棒与下端固定的轻弹簧的上端拴接，金属棒和导轨接触良好，重力加速度为g，如右图所示现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，则()a金属棒在最低点的加速度小于gb回路中产生的总热量等于金属棒重力势能的减少量c当弹簧弹力等于金属棒的重力时，金属棒下落速度最大d金属棒在以后运动过程中的最大高度一定低于静止释放时的高度解析如果不受安培力，杆和弹簧组成了一个弹簧振子，由简谐运动的对称性可知其在最低点的加速度大小为g，但由于金属棒在运动过程中受到与速度方向相反的安培力作用，金属棒在最低点时的弹性势能一定比没有安培力做功时小，弹性形变量一定变小，故加速度小于g，选项a正确；回路中产生的总热量小于金属棒机械能的减少量，选项b错误；当弹簧弹力与安培力之和等于金属棒的重力时，金属棒下落速度最大，选项c错误；由于金属棒运动过程中产生电能，金属棒在以后运动过程中的最大高度一定低于静止释放时的高度，选项d正确答案ad7(2015郑州模拟)如右图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计，阻值为r的导体棒垂直于导轨放置，且与导轨接触良好导轨所在空间存在匀强磁场，匀强磁场与导轨平面垂直，t0时，将开关s由1掷向2，若分别用q、i、v和a表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度大小和加速度大小，则下图所示的图象中正确的是()解析电容器放电时导体棒在安培力作用下运动，产生感应电动势，感应电动势与电容器电压相等时，棒做匀速直线运动，说明极板上电荷量最终不等于零，a项错误但电流最终必为零，b错误导体棒速度增大到最大后做匀速直线运动，加速度为零，c错误，d正确答案d8(多选)(2015江苏名校质检)如右图所示，平行金属导轨与水平面间的倾角为，导轨电阻不计，与阻值为r的定值电阻相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面，磁感应强度为b.有一质量为m、长为l的导体棒从ab位置获得平行于斜面的、大小为v的初速度向上运动，最远到达ab的位置，滑行的距离为s，导体棒的电阻也为r，与导轨之间的动摩擦因数为.则()a上滑过程中导体棒受到的最大安培力为b上滑过程中电流做功发出的热量为mv2mgs(sincos)c上滑过程中导体棒克服安培力做的功为mv2d上滑过程中导体棒损失的机械能为mv2mgssin解析本题考查的是电磁感应定律和力学的综合问题，上滑过程中开始时导体棒的速度最大，受到的安培力最大为；根据能量守恒，上滑过程中电流做功发出的热量为mv2mgs(sincos)；上滑过程中导体棒克服安培力做的功等于产生的热也是mv2mgs(sincos)；上滑过程中导体棒损失的机械能为mv2mgssin.答案abd9(2015淮南二模)如右图所示，光滑斜面pmnq的倾角为，斜面上放置一矩形导体线框abcd，其中ab边长为l1，bc边长为l2，线框质量为m、电阻为r，有界匀强磁场的磁感应强度为b，方向垂直于斜面向上，ef为磁场的边界，且efmn.线框在恒力f作用下从静止开始运动，其ab边始终保持与底边mn平行，恒力f沿斜面向上且与斜面平行已知线框刚进入磁场时做匀速运动，则下列判断不正确的是()a线框进入磁场前的加速度为b线框刚进入磁场时的速度为c线框进入磁场时有abcda方向的感应电流d线框进入磁场的过程中产生的热量为(fmgsin)l1解析本题考查电磁感应与力学综合，意在考查考生运用电磁感应定律、牛顿运动定律及功能关系解决问题的能力在线框进入磁场前，由牛顿第二定律可得fmgsinmaa，a对设线框刚进入磁场时速度大小为v，线框匀速运动受力平衡，ff安mgsin，其中f安bil1bl1，代入解得：v，b对由右手定则可得线框刚进入磁场时感应电流方向为abcda，c对由功能关系可得线框在进入磁场的过程中产生的热量大小等于克服安培力做的功，qf安l2(fmgsin)l2，d错答案d10(多选)在仁川亚运会上，100 m赛跑跑道两侧设有跟踪仪，其原理如图甲所示，水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，间距为l0.5 m，一端通过导线与阻值为r0.5 的电阻连接导轨上放一质量为m0.5 kg的金属杆，金属杆与导轨的电阻忽略不计匀强磁场方向竖直向下用与导轨平行的拉力f作用在金属杆上，使杆运动当改变拉力的大小时，相对应的速度v也会变化，从而使跟踪仪始终与运动员保持一致已知v和f的关系如图乙(取重力加速度g10 m/s2)则(最大静摩擦力与滑动摩擦力相等)()a金属杆受到的拉力与速度成正比b该磁场的磁感应强度为1 tc图线在横轴的截距表示金属杆与导轨间的阻力大小d导轨与金属杆之间的动摩擦因数0.4解析由题图乙可知拉力与速度是一次函数，但不成正比，故a错；图线在横轴的截距是速度为零时的拉力，金属杆将要运动，此时阻力最大静摩擦力等于该拉力，也等于运动时的滑动摩擦力，c对；由fbilmg0及i可得：fmg0，从题图乙上分别读出两组f、v数据代入上式即可求得b1 t，0.4，所以选项b、d对答案bcd二、非选择题11.如图所示，两根足够长的金属导轨ab、cd竖直放置，导轨间距离为l，电阻不计在导轨上端并接两个额定功率均为p、电阻均为r的小灯泡整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度方向与导轨所在平面垂直现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒mn从图示位置由静止开始释放，金属棒下落过程中保持水平，且与导轨接触良好已知某时刻后两灯泡保持正常发光重力加速度为g.求：(1)磁感应强度的大小；(2)灯泡正常发光时导体棒的运动速率解析(1)设小灯泡的额定电流为i0，有pir由题意知，在金属棒沿导轨竖直下落的某时刻后，两小灯泡保持正常发光，流经mn的电流为i2i0此时金属棒mn所受的重力和安培力大小相等，下落的速度达到最大值，有mgilb，联立解得b.(2)设灯泡正常发光时，导体棒的速率为v，由电磁感应定律与欧姆定律得eblv，eri0联立得v.答案(1)(2)12(2015四川德阳一模)如图所示，四条水平虚线等间距地分布在同一竖直面上，间距为h，在、两区间分布着完全相同，方向水平向内的磁场，磁场大小按bt图变化(图中b0已知)现有一个长方形金属线框abcd，质量为m，电阻为r，abcdl，adbc2h.用一轻质的细线把线框abcd竖直悬挂着，ab边恰好在区的中央t0(未知)时刻细线恰好松弛，之后剪断细线，当cd边到达m3n3时线框恰好匀速运动(空气阻力不计，g取10 m/s2)(1)求t0的值；(2)求线框ab边到达m2n2时的速率v；(3)从剪断细线到整个线框通过两个磁场区的过程中产生的电能为多大？解析(1)细线恰好松弛，对线框受力分析有b0ilmg，i，因感应产生的感应电动势esslh，得t0.(2)当cd边到达m3n3时线框恰好匀速运动，