2015届高考物理一轮总复习-第九章-第4讲-电磁感应定律的综合应用课时提能演练-新人教版.pdf

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1、电磁感应定律的综合应用电磁感应定律的综合应用(二二)(动力学和能量)(20 分钟50 分)一、选择题(本大题共 4 小题,每题 5 分,共 20 分。每题只有一个选项正确)1.如下列图,闭合导线框的质量可以忽略不计,将它从如下列图的位置匀速拉出匀强磁场。假设第一次用0.3s 时间拉出,外力所做的功为 W1,通过导线截面的电荷量为 q1;第二次用 0.9s 时间拉出,外力所做的功为W2,通过导线截面的电荷量为q2,则()A.W1W2,q1q2B.W1W2,q1=q2D.W1W2,q1q2【解析】选 C。设线框长为 L1,宽为 L2,第一次拉出速度为 v1,第二次拉出速度为 v2,则 v1=3v2

2、。匀速拉出磁场时,外力所做的功恰等于克服安培力所做的功,有 W1=F1L1=BI1L2L1=同理 W2=,故 W1W2得 q1=q2,选项 C 正确。又由于两次拉出线框的过程中,磁通量的变化量相等,即1=2,由 q=2.(2014福州模拟)如下列图,间距为 L、电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置,导轨左端用一阻值为 R 的电阻连接,导轨上横跨一根质量为 m、电阻也为 R 的金属棒,金属棒与导轨接触良好。整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B 的匀强磁场中。现使金属棒以初速度v0沿导轨向右运动,假设金属棒在整个运动过程中通过的电荷量为q。以下说法正确的是()-1-A.金属棒在导轨上做匀减速运

3、动B.整个过程中电阻 R 上产生的焦耳热为C.整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为D.整个过程中金属棒克服安培力做功为【解析】选 D。由牛顿第二定律可得=ma,金属棒做 a 减小的减速运动,A 错。由能量守恒定律可知,克2服安培力做功等于电阻 R 和金属棒上产生的焦耳热之和,W安=mv=Q,因此 B 错,D 正确。整个过程中通过金属棒的电量 q=,得金属棒位移 x=,C 错。3.一个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,然后穿出磁场区域继续下落,如下列图,则()A.假设线圈进入磁场过程是匀速运动,则离开磁场过程也是匀速运动B.假设线圈进入磁场过程是加速运动,则离开磁场过程也

4、是加速运动C.假设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.假设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】选 C。当线圈从完全进入磁场到线圈开始离开磁场时,安培力为零,线圈做加速度为 g 的加速运动,速度增大。如果进入磁场时是匀速运动,说明安培力等于重力,出磁场时速度增大,安培力大于重力,则离开磁场过程中,线圈做减速运动,A 错;如果进入磁场时,线圈做加速运动,则线圈所受的安培力小于重力,加速后,安培力增大可能大于重力、等于重力,也可能小于重力,故线圈也可能做减速运动或匀速运动,B 错;如果线圈进入磁场时做减速运动,说明安培力大于重力,出磁场时安培力仍然大于重

5、力,故仍然做减速运动,C对、D 错。【变式备选】如下列图,电阻为 R,导线电阻均可忽略,ef 是一电阻可不计的水平放置的导体棒,质量为 m,棒的两端分别与 ab、cd 保持良好接触,又能沿足够长的框架无摩擦下滑,整个装置放在与框架垂直的匀强磁场中,当导体棒ef 从静止下滑一段时间后闭合开关 S,则 S 闭合后()-2-A.导体棒 ef 的加速度一定大于 gB.导体棒 ef 的加速度一定小于 gC.导体棒 ef 最终速度随 S 闭合时刻的不同而不同D.导体棒 ef 的机械能与回路内产生的电能之和一定守恒【解析】选 D。开关闭合前,导体棒只受重力而加速下滑,闭合开关时有一定的初速度 v0,假设此时

6、 F安mg,则F安-mg=ma。假设 F安mgC.悬线竖直,FTmgD.无法确定 FT的大小和方向【解析】选 A。设两板间的距离为L,由于向左运动过程中竖直板切割磁感线,产生动生电动势,由右手定则判断下板电势高于上板,动生电动势大小 E=BLv,即带电小球处于电势差为BLv 的电场中,所受电场力F电=qE电=q=q=qvB假设设小球带正电,则电场力方向向上。同时小球所受洛伦兹力 F洛=qvB,由左手定则判断方向竖直向下,即 F电=F洛,故无论小球带什么电,怎样运动,FT=mg,选项 A 正确。二、非选择题(本大题共 2 小题,共 30 分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)

7、5.(2014晋江模拟)(12 分)两根足够长的光滑平行直导轨MN、PQ 与水平面成角固定放置,两导轨间距为 L,M、P 两点间接有阻值为 R 的电阻。一根质量为 m 的均匀直金属杆 ab 置于两导轨上,并与导轨垂直。整个装置处-3-于磁感应强度大小为 B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,导轨和金属杆的电阻均不计且接触良好,重力加速度为 g。(1)求 ab 杆由静止释放后所能到达的最大速率vm;(2)在ab杆由静止释放至到达最大速率的过程中,假设电阻R产生的焦耳热为Q,求该过程中ab杆下滑的距离 x 及通过电阻 R 的电荷量 q。【解析】(1)根据法拉第电磁感应定律有E=BLv根据欧姆定律

8、有 I=(1 分)(1 分)(1 分)根据安培力公式有 FA=BIL根据牛顿第二定律有 mgsin-FA=ma即 mgsin-=ma(2 分)当加速度 a 为零时,速度 v 到达最大,速度最大值 vm=(1 分)(2)根据能量守恒定律有mgxsin=m得 x=+=+Q(2 分)(1 分)通过电阻 R 的电荷量 q=得 q=答案:(1)(2)+(2 分)(1 分)+6.(能力挑战题)(18 分)如下列图,固定的水平光滑金属导轨,间距为 L,左端接有阻值为 R 的电阻,处在方向垂直纸面向里、磁感应强度为 B 的匀强磁场中,质量为 m 的导体棒与固定弹簧相连,放在导轨上,导轨与导体棒的电阻均可忽略。

9、初始时刻,弹簧恰处于自然长度,导体棒具有水平向右的初速度 v0。沿导轨往复运动的过程中,导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。(1)求初始时刻导体棒受到的安培力;-4-(2)假设导体棒从初始时刻到速度第一次为零时,弹簧的弹性势能为 Ep,则这一过程中安培力所做的功 W1和电阻 R 上产生的焦耳热 Q1分别为多少?(3)导体棒做往复运动,最终将静止于何处?从导体棒开始运动直到最终静止的过程中,电阻R上产生的焦耳热 Q 为多少?【解析】(1)初始时刻棒中感应电动势E=BLv0棒中感应电流 I=,(2 分)(2 分)(2 分)(2 分)作用于棒上的安培力 F=ILB,联立得 F=,方向水平向左。(2)由功和能的关系得,安培力做功W1=Ep-m,(3 分)电阻 R 上产生的焦耳热Q1=m-Ep。(3 分)。(3)由能量转化及平衡条件等可判断:棒最终静止于初始位置,电阻 R 上产生的焦耳热 Q=m(4 分)答案:(1)(2)Ep-m,方向水平向左mm-Ep(3)初始位置-5-