高考物理总复习 9.4专题：电磁感应中的动力学和能量问题课时作业 新人教版选修3-2

1、【与名师对话】高考物理总复习 9.4专题：电磁感应中的动力学和能量问题课时作业 新人教版选修3-21水平放置的金属框架cdef处于如图所示的匀强磁场中，金属棒ab处于粗糙的框架上且接触良好，从某时刻开始，磁感应强度均匀增大，金属棒ab始终保持静止，则()Aab中电流增大，ab棒所受摩擦力增大Bab中电流不变，ab棒所受摩擦力不变Cab中电流不变，ab棒所受摩擦力增大Dab中电流增大，ab棒所受摩擦力不变解析：由法拉第电磁感应定律E·S知，磁感应强度均匀增大，则ab中感应电动势和电流不变，由FfF安BIL知摩擦力增大，选项C正确答案：C2. 如右图所示，在粗糙绝缘水平面上有一正方形闭合

2、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.mvmglB.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：D3(2013·株州模拟)如图(甲)、(乙)、(丙)中，除导体棒

3、ab可动外，其余部分均固定不动，(甲)图中的电容器C原来不带电设导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，导体棒和导轨间的摩擦也不计，图中装置均在水平面内，且都处于方向垂直水平面(即纸面)向下的匀强磁场中，导轨足够长现给导体棒ab一个向右的初速度v0，在(甲)、(乙)、(丙)三种情况下导体棒ab的最终运动状态是()A三种情形下导体棒ab最终都做匀速运动B(甲)、(丙)中，ab棒最终将以不同速度做匀速运动；(乙)中，ab棒最终静止C(甲)、(丙)中，ab棒最终将以相同速度做匀速运动；(乙)中，ab棒最终静止D三种情形下导体棒ab最终都静止解析：题图(甲)中ab棒运动后给电容器充电，当充电完成后，棒以

4、一个小于v0的速度向右匀速运动题图(乙)中构成了回路，最终棒的动能完全转化为电热，棒停止运动题图(丙)中棒先向右减速为零，然后反向加速至匀速故正确选项为B.答案：B4. 如图所示电路，两根光滑金属导轨，平行放置在倾角为的斜面上，导轨下端接有电阻R，导轨电阻不计，斜面处在竖直向上的匀强磁场中，电阻可略去不计的金属棒ab质量为m，受到沿斜面向上且与金属棒垂直的恒力F的作用，金属棒沿导轨匀速下滑，则它在下滑高度h的过程中，以下说法正确的是()A作用在金属棒上各力的合力做功为零B重力做的功等于系统产生的电能C金属棒克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热D金属棒克服恒力F做的功等于电阻R上产生的焦耳热

5、解析：根据动能定理可知，合力做的功等于动能的变化量，故选项A正确；重力做的功等于重力势能的变化量，重力做的功等于克服F所做的功与产生的电能之和，而克服安培力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热，故选项B、D均错误，C正确答案：AC5. (2013·福建卷)如图，矩形闭合导体线框在匀强磁场上方，由不同高度静止释放，用t1、t2分别表示线框ab边和cd边刚进入磁场的时刻线框下落过程形状不变，ab边始终保持与磁场水平边界线OO平行，线框平面与磁场方向垂直设OO下方磁场区域足够大，不计空气影响，则下列哪一个图象不可能反映线框下落过程中速度v随时间t变化的规律()解析：由题意可知，线框先做自由落体

6、运动，最终做匀加速直线运动若ab边刚进入磁场时，速度较小，线框内产生的感应电流较小，线框所受安培力小于重力，则线圈进入磁场的过程做加速度逐渐减小的加速运动，图象C有可能；若线框进入磁场时的速度较大，线框内产生的感应电流较大，线框所受安培力大于重力，则线框进入磁场时做加速度逐渐减小的减速运动，图象B有可能；若线框进入磁场时的速度合适，线框所受安培力等于重力，则线框匀速进入磁场，图象D有可能；由分析可知选A.答案：A6. 如右图所示，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

7、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：ab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

8、中机械能的损失，故选项D正确答案：D7. (2013·沙市模拟)如右图所示，光滑的“”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B2<B1，金属棒进入B2区域后将先加速后匀速下滑D若B2>B1，金属棒进入B2区域后将先减速后匀速下滑解析：当金属棒MN进入磁场B1区域时

9、，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B2<B1，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；同理可知选项D也正确答案：BCD8. 如图所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个边长相等的单匝闭合正方形线圈和，分别用相同材料、不同粗细的导线绕制(为细导线)两线圈在距磁场上界面h高处由静止开始自由

10、下落，再进入磁场，最后落到地面运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界设线圈、落地时的速度大小分别为v1、v2，在磁场中运动时产生的热量分别为Q1、Q2.不计空气阻力，则() Av1<v2，Q1<Q2 Bv1v2，Q1Q2Cv1<v2，Q1>Q2 Dv1v2，Q1<Q2解析：线圈进入磁场前机械能守恒，进入磁场时速度均为v，设线圈材料的密度为1，电阻率为2，线圈边长为L，导线横截面积为S，则线圈的质量m14LS，电阻R2，由牛顿第二定律得mgma，解得ag，可见两线圈在磁场中运动的加速度相同，两线圈落地时速度相同，即v1v2，故A、C选项错误

11、；线圈在磁场中运动时产生的热量等于克服安培力做的功，QW安，而F安S，线圈横截面积S大，F安大，故Q2>Q1，故选项D正确，B错误答案：D9(2013·六安一模)光滑平行金属导轨M、N水平放置，导轨上放一根与导轨垂直的导体棒PQ.导轨左端与由电容为C的电容器、单刀双掷开关和电动势为E的电源组成的电路相连接，如图所示在导轨所在的空间存在方向垂直于导轨平面的匀强磁场(图中未画出)先将开关接在位置a，使电容器充电并达到稳定后，再将开关拨到位置b，导体棒将会在磁场的作用下开始向右运动，设导轨足够大，则以下说法中正确的是() A空间存在的磁场方向竖直向下B导体棒向右做匀加速运动C当导体棒

12、向右运动的速度达到最大值，电容器的电荷量为零D导体棒运动的过程中，通过导体棒的电荷量Q<CE解析：充电后电容器的上极板带正电，将开关拨向位置b，PQ中的电流方向是由PQ，由左手定则判断可知，导轨所在处磁场的方向竖直向下，选项A正确；随着放电的进行，导体棒速度增大，由于它所受的安培力大小与速度有关，所以由牛顿第二定律可知导体棒不能做匀加速运动，选项B错误；运动的导体棒在磁场中切割磁感线，由右手定则判断可知，感应电动势方向由QP，当其大小等于电容器两极板间电势差大小时，导体棒速度最大，此时电容器的电荷量并不为零，故选项C错误；由以上分析可知，导体棒从开始运动到速度达到最大时，电容器所带电荷量

13、并没有放电完毕，故通过导体棒的电荷量Q<CE，选项D正确答案：AD10(2013·潍坊市高考模拟考试)如图所示，间距l0.4 m的光滑平行金属导轨与水平面夹角30°，正方形区域abcd内匀强磁场的磁感应强度B0.2 T，方向垂直于斜面甲乙两金属杆电阻R相同、质量均为m0.02 kg，垂直于导轨放置起初，甲金属杆处在磁场的上边界ab上，乙在甲上方距甲也为l处现将两金属杆同时由静止释放，并同时在甲金属杆上施加一个沿着导轨的拉力F，使甲金属杆始终以a5 m/s2的加速度沿导轨匀加速运动，已知乙金属杆刚进入磁场时做匀速运动，取g10 m/s2，则() A每根金属杆的电阻R0.

14、016 B甲金属杆在磁场中运动的时间是0.4 sC甲金属杆在磁场中运动过程中F的功率逐渐增大D乙金属杆在磁场中运动过程中安培力的功率是0.1 W解析：金属杆乙在进入磁场前：mg sin ma乙a乙g sin5 m/s2a甲金属杆甲做匀加速运动，当金属杆乙刚要进入磁场时，金属杆甲刚要出磁场由lat2得t0.4 s，金属杆甲出磁场时速度与乙金属棒进入磁场时的速度相等设为v，对乙金属杆：mgsinBIl，I，vat2 m/s，解得R0.064 ，选项A正确，选项B正确；甲金属杆在磁场中运动的过程中，甲金属杆的速度v1at，回路中感应电流I.由牛顿第二定律：Fmgsinma，Fmamgsin.随着v增

15、大，F增大，PFv增大，选项C正确；乙金属杆匀速运动，F安，P安0.2 W，选项D错误答案：BC11(2013·天津市十二所重点学校高三联考)如图所示，MN和PQ为固定在绝缘水平面上两平行光滑金属导轨，导轨左端MP间接有阻值为R12 导线；导轨右端接有与水平轨道相切、半径r0.5 m内壁光滑的半圆金属轨道导轨间距L0.4 m，电阻不计导轨所在平面abcd区域内有竖直向上B0.5 T的匀强磁场导轨上长度也为0.4 m、质量m0.6 kg、电阻R21 的金属棒AB以v06 m/s速度进入磁场区域，离开磁场区域后恰好能到达半圆轨道的最高点，运动中金属棒始终与导轨保持良好接触已知重力加速度g

16、10 m/s2.求：(1)金属棒AB刚滑出磁场右边界cd时的速度v的大小；(2)金属棒滑过磁场区的过程中，导线R1中产生的热量Q.解析：(1)在轨道的最高点，根据牛顿定律mgm金属棒刚滑出磁场到最高点，根据机械能守恒mvmg·2rmv2由式代入数据解得v5 m/s(2)对金属棒滑过磁场的过程中，根据能量关系Q总mvmv2对闭合回路，根据热量关系QR1由式并代入数据得Q2.2 J 答案：(1)5 m/s(2)2.2 J12(2013·新课标全国卷)如图，两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为，间距为L.导轨上端接有一平行板电容器，电容为C.导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨平面在导轨上放置一质量为m的金属棒，棒可沿导轨下滑，且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为，重力加速度大小为g.忽略所有电阻让金属棒从导轨上端由静止开始下滑，求：(1)电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系；(2)金属棒的速度大小随时间变化的关系解析：(1)设金属棒下滑的速度大小为v，则感应电动势为EBLv平行板电容器两极板之间的电势差为UE设此时电容器极板上积累的电荷量为Q，按定义有C联立式得QCBLv(2)设金属棒的速度大小为v时经历的时间为t，通过金属棒的电流为i.金属棒受到的磁场