新高考物理一轮复习跟踪练习专题13.4　电磁感应中的动力学问题 能量问题和动量观点在电磁感应中的应用（原卷版）

专题13.4电磁感应中的动力学问题、能量问题和动量观点在电磁感应中的应用【练】1、（2022·北京·高三专题练习）如图，边长、材料相同，粗细不同的单匝正方形金属线框甲、乙。乙线框导线的横截面积是甲的2倍。在竖直平面内距磁场相同高度由静止开始同时下落，一段时间后进入方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的上边界水平，如图所示。不计空气阻力，则在甲、乙线框进入磁场的过程中（）A．感应电流的方向均一定为顺时针方向B．甲、乙线框的加速度时时相同C．甲线框的焦耳热是乙线框的2倍D．通过甲线框的电荷量是乙线框的2倍2、（2022·上海市南洋模范中学模拟预测）两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，导轨上垂直放置两根导体棒a和b，俯视图如图所示。在整个导轨平面内有竖直向上匀强磁场，导体棒与导轨接触良好且均可沿导轨无摩擦地滑行，若给a棒一初速度的同时释放b棒，在一段时间内a棒动能的减小量为SKIPIF1<0，b棒动能的增加量为SKIPIF1<0，a棒克服磁场做功为SKIPIF1<0，ab棒上产生总热量为Q，（不计ab棒间相互作用）则（）A．SKIPIF1<0＝SKIPIF1<0+QB．SKIPIF1<0＝Q+SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0＝QD．SKIPIF1<0＝Q3、（2022·北京通州·模拟预测）如图所示，宽为L的足够长U形光滑导轨放置在绝缘水平面上，整个导轨处于竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，将一质量为m、有效电阻为R、长度略大于L的导体棒垂直于导轨放置。某时刻给导体棒一沿导轨向右、大小为v0的水平速度，不计导轨电阻，棒在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，则下列说法正确的是（）A．导体棒中感应电流方向为由a到b B．导体棒的加速度始终不变C．导体棒中的最大发热量为SKIPIF1<0 D．通过导体棒的电荷量最大值为SKIPIF1<04、（多选）（2022·山东青岛·高三开学考试）如图，空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。有两根完全相同的金属棒a和b垂直静置于水平光滑平行金属导轨上。导轨间距为L，电阻不计，金属棒与导轨接触良好，两根金属棒质量均为m，电阻均为R。某时刻给a施加一个水平向右的恒力F，关于a、b棒最终的状态，下列说法正确的是（）A．a、b棒处于相对静止的状态 B．a棒受到的安培力与F是一对平衡力C．b棒的加速度为SKIPIF1<0 D．回路中的电功率为SKIPIF1<05、（多选）（2022·内蒙古·达拉特旗第一中学高三开学考试）如图所示，两水平虚线间存在垂直于纸面方向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，边长为h的正方形导体框由虚线1上方无初速度释放，在释放瞬间SKIPIF1<0边与虚线1平行且相距SKIPIF1<0。已知导体框的质量为m，总电阻为SKIPIF1<0，重力加速度为SKIPIF1<0边与两虚线重合时的速度大小均为SKIPIF1<0，忽略空气阻力，导体框在运动过程中不会发生转动，则（）A．两虚线的距离为SKIPIF1<0B．导体框在穿越磁场的过程中，产生的焦耳热为SKIPIF1<0C．导体框的SKIPIF1<0边与虚线1重合时，其克服安培力做功的功率大小为SKIPIF1<0D．导体框从SKIPIF1<0边与虚线1重合到SKIPIF1<0边与虚线1重合时所用的时间为SKIPIF1<06、（2022·内蒙古赤峰·高三开学考试）质量为m、边长为L的均匀导线首尾相接制成的单匝正方形闭合导线框abcd，总电阻为R。将其置于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场上方h处，磁场的上边界SKIPIF1<0水平，方向垂直纸面向外，如图所示。将导线框由静止释放，当导线框一半面积进入磁场时，恰好处于平衡状态，导线框平面保持在竖直平面内，且b、d两点的连线始终水平，已知重力加速度大小为g，不计空气阻力。求：（1）导线框一半面积进入磁场时，导线框的速度大小v；（2）导线框从静止下落到一半面积进入磁场时，导线产生的热量Q；（3）导线框从静止下落到完全进入磁场时，通过导线框某一横截面的电荷量q。7、（2022·安徽·高三开学考试）如图甲，足够长光滑平行金属导轨MN、PQ倾斜固定放置，斜面与水平面夹角SKIPIF1<0，导轨间距SKIPIF1<0，导轨顶端与SKIPIF1<0的定值电阻连接，整个导轨处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度随时间的变化关系如图乙所示。质量为SKIPIF1<0、长为SKIPIF1<0、电阻SKIPIF1<0的金属棒SKIPIF1<0放在导轨上，与导轨顶端相距SKIPIF1<0，SKIPIF1<0内，给金属棒施加一个平行导轨平面向上的拉力，使金属棒刚好不滑动，SKIPIF1<0撤去拉力，金属棒滑动时与导轨接触良好且始终与导轨垂直。已知SKIPIF1<0，重力加速度大小取SKIPIF1<0，导轨电阻不计，求：（1）作用在金属棒上拉力的最小值；（2）若金属棒沿导轨下滑SKIPIF1<0时加速度已为零，则从撤去拉力至金属棒沿导轨下滑SKIPIF1<0时，回路中产生的焦耳热为多少。8、（2022·云南省玉溪第三中学高三开学考试）如图所示，竖直放置的光滑导轨宽为L，矩形匀强磁场Ⅰ、Ⅱ的高及间距均为d，磁感应强度大小均为B。质量为m的水平金属杆由静止释放，先后通过磁场Ⅰ和Ⅱ。金属杆在导轨间的电阻为R，与导轨接触良好，其余电阻不计，重力加速度为g。（1）若金属杆匀速进入磁场Ⅰ，求释放时金属杆距磁场Ⅰ上边界的高度h；（2）若金属杆进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等，求金属杆穿过两磁场产生的总热量Q。9、（2022·浙江·高三开学考试）如图所示，水平面内固定有一光滑且电阻不计的金属导轨SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0平行于SKIPIF1<0，两导轨在O点用阻值SKIPIF1<0连接，电阻不计的长导体棒垂直SKIPIF1<0放置在导轨上，初始时与导轨交点分别为a、b，SKIPIF1<0间导轨长度SKIPIF1<0，导体棒质量SKIPIF1<0。空间存在垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度SKIPIF1<0。给导体棒一初速度SKIPIF1<0，同时给导体棒施加一水平方向的外力F，使导体棒运动过程中通过电阻R的电流不变，导体棒向右运动到与导轨交点为SKIPIF1<0位置，己知SKIPIF1<0，求：（1）此时导体棒的速度v大小；（2）导体棒运动至SKIPIF1<0处所用时间t；（3）外力F所做的功W；（4）导体棒在SKIPIF1<0位置时，撤去外力F，导体棒还能运动多远。10、（2022·湖北·模拟预测）如图所示，有方向垂直于光滑绝缘水平桌面的两匀强磁场，磁场感应强度的大小分别为SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，SKIPIF1<0为两磁场的边界，磁场范围足够大，一个水平放置的桌面上的边长为SKIPIF1<0，质量为SKIPIF1<0，电阻为SKIPIF1<0的单匝正方形金属线框，以初速度SKIPIF1<0垂直磁场方向从图示位置开始向右运动，当线框恰有一半进入右侧磁场时速度为SKIPIF1<0，则下列判断正确的是（）A．SKIPIF1<0 B．此时线框的加速度大小为SKIPIF1<0C．此过程中通过线框截面的电量为SKIPIF1<0 D．此时线框的电功率为SKIPIF1<011、（2022·四川·模拟预测）如图，水平面上固定有间距为L的两根平行光滑金属导轨P、Q。矩形区域EFGH内有一方向垂直导轨平面向上、感应强度大小为B的匀强磁场。在t=t1时刻，两均匀金属棒a、b分别从磁场边界EF、GH以相同速率v0进入磁场，一段时间后，t=t2时，流经a棒的电流为0，此时a、b棒仍位于磁场区域内。已知a、b由相同材料制成，长度均为L，电阻分别为R和2R（其他电阻不计），a棒的质量为m。在运动过程中两金属棒始终与导轨垂直且接触良好，a、b棒没有相碰，则（）A．t1时刻a棒加速度大小为SKIPIF1<0B．t2时刻b棒的速度为0C．t1~t2时间内，a棒产生的焦耳热为SKIPIF1<0D．要使a、b不相碰，边界EF与GH的距离至少为SKIPIF1<012、（多选）（2022·河北沧州·高三开学考试）如图所示，在竖直平面内固定有足够长的平行金属导轨PQ、MN，导轨间距为L，在QN之间连接有阻值为R的电阻，导轨上放有质量为m、电阻为SKIPIF1<0的金属杆ab，整个装置处于磁感应强度为B、方向垂直导轨平面向里的匀强磁场中。现对金属杆ab施加一大小为SKIPIF1<0的拉力，使其由静止开始向上运动，经时间t后金属杆达到最大速度。金属杆ab运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，忽略所有摩擦，不计导轨电阻，当地重力加速度为g，则下列结论正确的是（）A．通过电阻R的感应电流方向为由N向QB．金属杆ab的最大速度为SKIPIF1<0C．金属杆ab由静止到最大速度的过程中，上升的高度为SKIPIF1<0D．金属杆ab由静止到最大速度的过程中，通过电阻R的电荷量为SKIPIF1<013、（多选）（2022·安徽·巢湖市第一中学模拟预测）如图，平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上，左端接有定值电阻R，导轨处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN垂直放在导轨上，给金属棒一个水平向右的瞬时速度，金属棒向右运动最终停在虚线b处，虚线a为金属棒向右运动到b的中间位置。金属棒运动过程中始终与导轨垂直并接触良好，不计金属棒、导轨的电阻，金属棒从开始运动到虚线a的过程中，克服安培力做功为SKIPIF1<0，安培力的冲量大小为SKIPIF1<0，从虚线a运动到虚线b，克服安培力做功为SKIPIF1<0，安培力的冲量大小为SKIPIF1<0，则（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<014、（2022·天津·模拟预测）如图所示，两根平行光滑金属导轨MN、PQ间的距离为L，倾角为SKIPIF1<0，上端连接一阻值为R的电阻，在垂直导轨的两条虚线cd、ef之间有垂直导轨平面向上磁感应强度为B的匀强磁场，cd、ef之间的距离为x1，导体棒ab的质量为m，导体棒和导轨电阻不计。将导体棒ab从cd上方且距离为x2的导轨上由静止释放，已知在到达ef之前的一段时间内做匀速运动，导体棒始终与导轨接触良好。求：（1）导体棒进入磁场时的速度大小；（2）导体棒匀速运动的速度大小；（3）导体棒在磁场中运动的时间。15、（2022·江西省乐平中学高三开学考试）如图，两光滑平行等长金属轨道的水平部分处于竖直向上的匀强磁场中，其中bc段的磁感应强度大小为2B，宽度为SKIPIF1<0，SKIPIF1<0段的磁感应强度大小为B、宽度为SKIPIF1<0，重力加速度为g。将质量均为m的金属棒P和Q分别放置于轨道上的ab和SKIPIF1<0段，已知P棒和Q棒接入电阻为R和SKIPIF1<0，P棒位于距水平轨道高h的地方，放开P棒，使其自由下滑，运动过程中P棒和Q棒始终垂直于金属轨道，两部分水平轨道均足够长。（1）若Q棒固定，求从P棒下滑到停止运动的过程P棒所产生的焦耳热；（2）若Q棒不固定，求P棒和Q棒各自的最终速度大小。16、（2022·江苏南京·高三开学考试）如图所示，两根固定的足够长的平行水平金属导轨MN、PQ间距为L，其电阻不计，M、P两端接有阻值为R的电阻。一金属棒ab垂直导轨放置，ab两端与导轨始终接触良好，已知ab的质量为m，电阻为r，整个装置处在方向竖直向下、大小为B的匀强磁场中。ab棒在水平向右的恒定拉力作用下，以初速度v0沿导轨向右运动，运动距离为x时达到最大速度vm。已知导体棒与两导轨间动摩擦因数为μ，重力加速度为g。求：（1）恒力的大小；（2）该过程中电阻R的焦耳热。17、（2022·云南·昆明一中高三开学考试）如图所示，导电性良好的折线型双轨道间距为L=1.2m，轨道倾斜部分粗糙，滑动摩擦因数SKIPIF1<0，轨道的水平部分光滑。倾斜轨道平面MNQP与水平面夹角SKIPIF1<0，处于垂直斜面向下磁感应强度为SKIPIF1<0的匀强磁场中；水平轨道平面PQSR处于垂直平面向下磁感应强度为SKIPIF1<0的匀强磁场中。在足够长的倾斜轨道上距离底端足够远处，从静止释放质量SKIPIF1<0的金属棒ab，ab棒运动一段时间后达到最大速度，之后通过斜面底端微小圆弧滑上水平轨道继续运动。最后ab棒与静止在水平轨道末端的cd棒发生完全弹性碰撞，碰后ab棒被制动住，cd棒水平抛出，击中比水平轨道面低H=7.2m的靶线，水平射程为x=3.84m。两棒接入电路的电阻均为R=4Ω，cd棒的质量SKIPIF1<0，其余电阻不计，ab棒运动的过程中始终平行于PQ。g取SKIPIF1<0，求：（1）cd棒被碰后瞬间的速度大小v；（2）ab棒在运动过程中的最大速度SKIPIF1<0；（3）水平轨道上SQ间的长度x。18、（2022·广东·华南师大附中模拟预测）如图所示，在水平面上有两条导电导轨MN、PQ，导轨间距为d，匀强磁场垂直于导轨所在的平面向里，磁感应强度的大小为B。两根完全相同的金属杆1、2间隔一定的距离摆开放在导轨上，且与导轨垂直，它们的电阻均为R，两杆与导轨接触良好，导轨电阻不计，金属杆与导轨间的摩擦不计。杆1以初速度v0滑向杆2，为使两杆不相碰，则杆2固定与不固定两种情况下，求最初摆放两杆时的最小距离之比。19、（2022·辽宁·高考真题）如图所示，两平行光滑长直金属导轨水平放置，间距为L。SKIPIF1<0区域有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向竖直向上。初始时刻，磁场外的细金属杆M以初速度SKIPIF1<0向右运动，磁场内的细金属杆N处于静止状态。两金属杆与导轨接触良好且运动过程中始终与导轨垂直。两杆的质量均为m，在导轨间的电阻均为R，感应电流产生的磁场及导轨的电阻忽略不计。（1）求M刚进入磁场时受到的安培力F的大小和方向；（2）若两杆在磁场内未相撞且N出磁场时的速度为SKIPIF1<0，求：①N在磁场内运动过程中通过回路的电荷量q；②初始时刻N到SKIPIF1<0的最小距离x；（3）初始时刻，若N到SKIPIF1<0的距离与第（2）问初始时刻的相同、到SKIPIF1<0的距离为SKIPIF1<0，求M出磁场后不与N相撞条件下k的取值范围。1、（2022·湖北·高考真题）如图所示，高度足够的匀强磁场区域下边界水平、左右边界竖直，磁场方向垂直于纸面向里。正方形单匝线框abcd的边长L=0.2m、回路电阻R=1.6×10-3Ω、质量m=0.2kg。线框平面与磁场方向垂直，线框的ad边与磁场左边界平齐，ab边与磁场下边界的距离也为L。现对线框施加与水平向右方向成θ=45°角、大小为SKIPIF1<0的恒力F，使其在图示竖直平面内由静止开始运动。从ab边进入磁场开始，在竖直方向线框做匀速运动；dc边进入磁场时，bc边恰好到达磁场右边界。重力加速度大小取g=10m/s2，求：（1）ab边进入磁场前，线框在水平方向和竖直方向的加速度大小；（2）磁场的磁感应强度大小和线框进入磁场的整个过程中回路产生的焦耳热；（3）磁场区域的水平宽度。2、（2021·天津·高考真题）如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨SKIPIF1<0、SKIPIF1<0间距SKIPIF1<0，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成SKIPIF1<0角，N、Q两端接有SKIPIF1<0的电阻。一金属棒SKIPIF1<0垂直导轨放置，SKIPIF1<0两端与导轨始终有良好接触，已知SKIPIF1<0的质量SKIPIF1<0，电阻SKIPIF1<0