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2017年高考物理(人教版、全国I)一轮复习习题:第9章 能力课时13电磁感应中的动力学和能量问题 WORD版含答案.doc

上传人:高**** 文档编号:1021879 上传时间:2024-06-04 格式:DOC 页数:8 大小:176.50KB
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资源描述

1、能力课时13电磁感应中的动力学和能量问题一、单项选择题1.如图1所示,两光滑平行金属导轨间距为L,直导线MN垂直跨在导轨上,且与导轨接触良好,整个装置处在垂直于纸面向里的匀强磁场中,磁感应强度为B。电容器的电容为C,除电阻R外,导轨和导线的电阻均不计。现给导线MN一初速度,使导线MN向右运动,当电路稳定后,MN以速度v向右做匀速运动时()图1A.电容器两端的电压为零B.电阻两端的电压为BLvC.电容器所带电荷量为CBLvD.为保持MN匀速运动,需对其施加的拉力大小为解析当导线MN匀速向右运动时,导线MN产生的感应电动势恒定,稳定后,电容器既不充电也不放电,无电流产生,故电阻两端没有电压,电容器

2、两极板间的电压为UEBLv,所带电荷量QCUCBLv,故A、B错误,C正确;MN匀速运动时,因无电流而不受安培力,故拉力为零,D错误。答案C2.如图2所示,在光滑的水平面上,一质量为m,半径为r,电阻为R的均匀金属环,以v0的初速度向一磁感应强度大小为B、方向竖直向下的有界匀强磁场滑去(磁场宽度d2r)。圆环的一半进入磁场历时t秒,这时圆环上产生的焦耳热为Q,则t秒末圆环中感应电流的瞬时功率为()图2A. B.C. D.解析t秒末圆环中感应电动势为EB2rv,由能量守恒知,减少的动能全部转化为焦耳热,Qmvmv2,t秒末圆环中感应电流的功率为PEI,B正确。答案B二、多项选择题3.如图3甲所示

3、,水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置,间距为L,一端通过导线与阻值为R的电阻连接。导轨上放一质量为m的金属杆,金属杆、导轨的电阻均忽略不计,匀强磁场垂直导轨平面向下。用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上,杆最终将做匀速运动。当改变拉力的大小时,金属杆做匀速运动时的速度v也会变化,v和F的关系如图乙所示。下列说法正确的是()图3A.金属杆在匀速运动之前做匀加速直线运动B.流过电阻R的电流方向为aRbC.由图象可以得出B、L、R三者的关系式为D.当恒力F3 N时,电阻R消耗的最大电功率为8 W解析金属杆在匀速运动之前,随着运动速度的增大,由F安可知金属杆所受的安培力增大,由牛顿第二定律可知

4、金属杆的加速度减小,故金属杆做加速度减小的加速运动,选项A错误;由楞次定律可知,流过电阻R的电流方向为aRb,选项B正确;因为图象与横轴交点等于金属杆所受摩擦力的大小,故由图象可知金属杆所受的摩擦力为Ff1 N,金属杆匀速运动时有FFfF安,则可得,选项C错误;当恒力F3 N时,金属杆受到的安培力大小为F安FFf2 N,金属杆匀速运动的速度为4 m/s,所以金属杆克服安培力做功的功率P8 W,转化为电能的功率为8 W,故电阻R消耗的最大电功率为8 W,选项D正确。答案BD4.(2016广东中山二模)如图4所示,在水平桌面上放置两条相距为l的平行光滑导轨ab与cd,阻值为R的电阻与导轨的a、c端

5、相连。质量为m、电阻也为R的导体棒垂直于导轨放置并可沿导轨自由滑动。整个装置放于匀强磁场中,磁场的方向竖直向上,磁感应强度的大小为B。导体棒的中点系一不可伸长的轻绳,绳绕过固定在桌边的光滑轻滑轮后,与一个质量也为m的物块相连,绳处于拉直状态。现若从静止开始释放物块,用h表示物块下落的高度(物块不会触地),g表示重力加速度,其他电阻不计,则()图4A.电阻R中的感应电流方向由c到aB.物块下落的最大加速度为gC.若h足够大,物块下落的最大速度为D.通过电阻R的电荷量为解析由右手定则可知,电阻R中的感应电流方向由c到a,A正确;物块刚下落时加速度最大,由牛顿第二定律有2mammg,最大加速度:am

6、,B错误;对导体棒与物块组成的整体,当所受的安培力与物块的重力平衡时,达到最大速度,即mg,所以vm,C正确;通过电阻R的电荷量q,D错误。答案AC三、非选择题5.如图5所示,在高度差为h的平行虚线区域内有磁感应强度为B,方向水平向里的匀强磁场。正方形线框abcd的质量为m,边长为L(Lh),电阻为R,线框平面与竖直平面平行,静止于位置“”时,cd边与磁场下边缘有一段距离H。现用一竖直向上的恒力F提线框,线框由位置“”无初速度向上运动,穿过磁场区域最后到达位置“”(ab边恰好出磁场),线框平面在运动中保持在竖直平面内,且ab边保持水平。当cd边刚进入磁场时,线框恰好开始匀速运动。空气阻气不计,

7、g10 m/s2。求:图5(1)线框进入磁场前距磁场下边界的距离H;(2)线框由位置“”到位置“”的过程中,恒力F做的功和线框产生的热量。解析(1)线框进入磁场做匀速运动,设速度为v1,有:EBLv1,I,F安BIL;根据线框在磁场中的受力,有FmgF安。在恒力作用下,线框从位置“”由静止开始向上做匀加速直线运动,有Fmgma,且H,由以上各式解得H(Fmg)。(2)线框由位置“”到位置“”的过程中,恒力F做的功为WF(HhL)。只有线框在穿越磁场的过程中才会产生热量,因此从cd边进入磁场到ab边离开磁场的过程中有F(Lh)mg(Lh)Q,所以Q(Fmg)(Lh)。答案(1)(Fmg)(2)F

8、(HhL)(Fmg)(Lh)6.(2016四川雅安中学月考)如图6所示,两条足够长的平行金属导轨相距L,与水平面的夹角为,整个空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度大小均为B,虚线上方轨道光滑且磁场方向垂直导轨平面向上,虚线下方轨道粗糙且磁场方向垂直导轨平面向下。当导体棒EF以初速度v0沿导轨上滑至最大高度的过程中,导体棒MN一直静止在导轨上,若两导体棒质量均为m、电阻均为R,导轨电阻不计,重力加速度为g,在此过程中导体棒EF上产生的电热为Q,求:图6(1)导体棒MN受到的最大摩擦力;(2)导体棒EF上升的最大高度。解析(1)EF获得向上初速度v0时,产生感应电动势EBLv0,电路中电流

9、为I,由闭合电路的欧姆定律有I,此时对导体棒MN受力分析,由平衡条件有FAmgsin Ff,FABIL,解得Ffmgsin 。(2)导体棒EF上升过程MN一直静止,对系统由能的转化和守恒定律有mvmgh2Q,解得h。答案(1)mgsin (2)7.如图7甲所示,“”形线框竖直放置,电阻不计。匀强磁场方向与线框平面垂直,一个质量为m、阻值为R的光滑导体棒AB,紧贴线框下滑,所达到的最大速度为v。现将该线框和磁场同时旋转一个角度放置在倾角为的斜面上,如图乙所示。图7(1)在斜面上导体棒由静止释放,在下滑过程中,线框一直处于静止状态,求导体棒的最大速度;(2)导体棒在下滑过程中线框保持静止,求线框与

10、斜面之间的动摩擦因数所满足的条件(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力);(3)现用一个恒力F2mgsin 沿斜面向上由静止开始拉导体棒,通过距离s时导体棒已经做匀速运动,线框保持不动,求此过程中导体棒上产生的焦耳热。解析(1)线框竖直时,对导体棒EBLvImgBIL同理,导体棒在斜面上下滑速度最大时mgsin 解得v1vsin 。(2)设线框的质量为M,当导体棒速度最大时,线框受到沿斜面向下的安培力最大,要使线框静止不动,则:Mgsin F安Ffmax即:Mgsin mgsin (Mm)gcos 解得tan 。(3)当匀速运动时Fmgsin F安F安由功能关系可得Fsmgssin mvQ联立可得Qm

11、gssin mv2sin2 。答案(1)vsin (2)tan (3)mgssin mv2sin2 8.(2016河南洛阳模拟)如图8所示,两完全相同的金属棒垂直放在水平光滑导轨上,其质量均为m1 kg,导轨间距d0.5 m,现两棒并齐,中间夹一长度不计的轻质压缩弹簧,弹簧弹性势能为Ep16 J。现释放弹簧(不拴接),弹簧弹开后,两棒同时获得大小相等的速度开始反向运动,ab棒进入一随时间变化的磁场,已知B20.5t(单位:T),导轨上另有两个挡块P、Q,cd棒与之碰撞时无能量损失,开始时挡块P与cd棒之间的距离为16 m,ab棒与虚线MN之间的距离为16 m,两棒接入导轨部分的电阻均为R5 ,

12、导轨电阻不计。若从释放弹簧时开始计时(不考虑弹簧弹开两棒的时间,即瞬间就弹开两棒),在ab棒进入磁场边界的瞬间,对ab棒施加一外力F(大小和方向都可以变化),使之做加速度大小为a0.5 m/s2的匀减速直线运动,求:图8(1)ab棒刚进入磁场时的外力F的大小和方向;(2)ab棒速度为零时所受到的安培力。解析(1)弹簧弹开瞬间,设两棒的速度大小均为v0,在这个过程中,系统的机械能守恒,则Ep2mv,解得v04 m/sab棒经t1 s4 s进入磁场,此时磁感应强度大小为B12 T0.54 T4 Tab棒受到的安培力F安1.6 N,方向水平向左由牛顿第二定律得F安Fma则所加外力FF安ma1.1 N,方向水平向右。(2)ab棒进入磁场后,又经t28 s速度变为零,而cd棒与两挡块碰撞后反向运动,恰好在ab棒速度为零时到达磁场边界MN,故此时的电动势EB2dv0其中B22 T0.512 T(此时时间过去了12 s)8 T解得E16 V,I1.6 A所以此时ab棒受到的安培力F安B2Id81.60.5 N6.4 N,方向水平向右。答案(1)1.1 N方向水平向右(2)6.4 N方向水平向右

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