【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修2：第2章習(xí)題課電磁感應(yīng)中的能量和動(dòng)量問(wèn)題分層作業(yè)課件

第2章習(xí)題課:電磁感應(yīng)中的能量和動(dòng)量問(wèn)題123456789101112A級(jí)必備知識(shí)基礎(chǔ)練1.(多選)在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,水平放置一個(gè)不變形的單匝金屬圓線圈,線圈所圍的面積為0.1m2,線圈電阻為1Ω。規(guī)定線圈中感應(yīng)電流I的正方向從上往下看是順時(shí)針?lè)较?如圖甲所示。磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示。以下說(shuō)法正確的是(

)A.在0~2s時(shí)間內(nèi),I的最大值為0.01AB.在3~5s時(shí)間內(nèi),I的大小越來(lái)越小C.前2s內(nèi),通過(guò)線圈某截面的總電荷量為0.01CD.第3s內(nèi),線圈的發(fā)熱功率最大AC1234567891011121234567891011122.(2023湖北襄陽(yáng)期末)如圖所示,相隔一定高度的兩水平面間存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m、電阻為R、邊長(zhǎng)為d的單匝正方形金屬框從磁場(chǎng)上方某處自由落下,恰好能勻速穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域,已知金屬框平面在下落過(guò)程中始終與磁場(chǎng)方向垂直,且金屬框上、下邊始終與磁場(chǎng)邊界平行,不考慮金屬框的形變,不計(jì)空氣阻力,重力加速度大小為g,則金屬框穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是(

)A.金屬框中電流的方向先順時(shí)針后逆時(shí)針B.金屬框所受安培力的方向先向上后向下C.金屬框穿過(guò)磁場(chǎng)所用的時(shí)間為D.金屬框所受安培力做的功為W=2mgdC123456789101112解析

由右手定則可知,金屬框中電流的方向先逆時(shí)針后順時(shí)針,A錯(cuò)誤;由左手定則可知,金屬框所受安培力的方向始終豎直向上,B錯(cuò)誤;勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)1234567891011123.(多選)如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬桿PQ在外力F作用下在粗糙U形導(dǎo)軌上以速度v=2m/s向右勻速滑動(dòng)。兩導(dǎo)軌間距離l=1.0m,電阻R=3.0Ω,金屬桿的電阻r=1.0Ω,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)。下列說(shuō)法正確的是(

)A.通過(guò)R的感應(yīng)電流的方向?yàn)橛蒩到dB.金屬桿PQ切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為2.0VC.金屬桿PQ受到的安培力大小為0.5ND.外力F做功的數(shù)值等于電路產(chǎn)生的焦耳熱ABC

123456789101112解析

由右手定則判斷知,當(dāng)金屬桿滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻碾娏?通過(guò)R的感應(yīng)電流的方向?yàn)橛蒩到d,故A正確。金屬桿PQ切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為E=Blv=1.0×1×2

V=2

V,故B正確。在整個(gè)回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為

代入數(shù)據(jù)得I=0.5

A。由安培力公式F安=BIl,代入數(shù)據(jù)得F安=0.5

N,故C正確。金屬桿PQ在外力F作用下在粗糙U形導(dǎo)軌上以速度v向右勻速滑動(dòng),外力F做功大小等于電路產(chǎn)生的焦耳熱和導(dǎo)軌與金屬桿之間的摩擦力產(chǎn)生的內(nèi)能之和,故D錯(cuò)誤。1234567891011124.如圖所示,由同種材料制成,粗細(xì)均勻,邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、總電阻為R的單匝正方形閉合線圈MNPQ放置在水平面上,空間存在方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)兩邊界成θ=45°角?，F(xiàn)使線圈以水平向右的速度v勻速進(jìn)入磁場(chǎng),則(

)A.當(dāng)線圈中心經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)邊界時(shí),N、P兩點(diǎn)間的電勢(shì)差U=BLvB.當(dāng)線圈中心經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)邊界時(shí),線圈所受安培力大小C.線圈從開(kāi)始進(jìn)入磁場(chǎng)到其中心經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)邊界的過(guò)程中,D.線圈從開(kāi)始進(jìn)入磁場(chǎng)到其中心經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)邊界的過(guò)程D123456789101112解析

當(dāng)線圈中心經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)邊界時(shí),此時(shí)切割磁感線的有效線段為NP,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,NP產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=BLv,此時(shí)N、P兩點(diǎn)間的1234567891011125.(多選)在如圖甲所示的電路中,螺線管匝數(shù)n=1500,橫截面積S=20cm2。螺線管導(dǎo)線電阻r=1Ω,R1=4Ω,R2=5Ω,C=30μF。在一段時(shí)間內(nèi),穿過(guò)螺線管的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B按如圖乙所示的規(guī)律變化,磁場(chǎng)正方向?yàn)樨Q直向下。下列說(shuō)法正確的是(

)A.螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為1.2VB.閉合S,電路中的電流穩(wěn)定后電容器上極板帶正電C.電路中的電流穩(wěn)定后,電阻R1的電功率為5×10-2WD.S斷開(kāi)后,通過(guò)R2的電荷量為1.8×10-5CAD123456789101112為P=I2R1=0.122×4

W=5.76×10-2

W,故C錯(cuò)誤;開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后通過(guò)電阻R2的電荷量為Q=CU=CIR2=30×10-6×0.12×5

C=1.8×10-5

C,故D正確。1234567891011126.如圖所示,足夠長(zhǎng)的平行光滑U形導(dǎo)軌傾斜放置,所在平面的傾角θ=37°,導(dǎo)軌間的距離L=1.0m,下端連接R=1.6Ω的電阻,導(dǎo)軌電阻不計(jì),所在空間存在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T。質(zhì)量m=0.5kg、電阻r=0.4Ω的金屬棒ab垂直置于導(dǎo)軌上,現(xiàn)用沿導(dǎo)軌平面且垂直于金屬棒、大小為F=5.0N的恒力使金屬棒ab從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌向上滑行,當(dāng)金屬棒滑行s=2.8m后速度保持不變。求:(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2)(1)金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小v;(2)金屬棒從靜止到剛開(kāi)始勻速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,電阻R上產(chǎn)生的熱量QR。

123456789101112解析

(1)金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流為

由平衡條件有F=mgsin

θ+BIL代入數(shù)據(jù)解得v=4

m/s。代入數(shù)據(jù)解得QR=1.28

J。

答案

(1)4m/s

(2)1.28J1234567891011127.如圖所示,兩根質(zhì)量均為m=2kg的金屬棒垂直放在光滑的水平導(dǎo)軌上,左、右兩部分導(dǎo)軌間距之比為1∶2,導(dǎo)軌間有大小相等但左、右兩部分方向相反的勻強(qiáng)磁場(chǎng),兩棒電阻與棒長(zhǎng)成正比,不計(jì)導(dǎo)軌電阻?，F(xiàn)用250N的水平拉力F向右拉CD棒,CD棒運(yùn)動(dòng)s=0.5m時(shí)其上產(chǎn)生的焦耳熱為Q2=30J,此時(shí)兩棒速率之比為vA∶vC=1∶2,現(xiàn)立即撤去拉力F,設(shè)導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且兩棒始終在不同磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),求:(1)在CD棒運(yùn)動(dòng)0.5m的過(guò)程中,AB棒上產(chǎn)生的焦耳熱;(2)撤去拉力F瞬間,兩棒的速度大小vA和vC;(3)撤去拉力F后,兩棒最終勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小vA'和vC'。123456789101112解析

(1)設(shè)兩棒的長(zhǎng)度分別為l和2l,所以電阻分別為R和2R,由于電路中任何時(shí)刻電流均相等,根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt可知Q1∶Q2=1∶2,則AB棒上產(chǎn)生的焦耳熱Q1=15

J。又vA∶vC=1∶2,Q2=30

J代入數(shù)據(jù)得vA=4

m/s,vC=8

m/s。123456789101112(3)撤去拉力F后,AB棒繼續(xù)向左做加速運(yùn)動(dòng),而CD棒向右做減速運(yùn)動(dòng),兩棒最終勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)電路中電流為零,即兩棒切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)大小相等,此時(shí)兩棒的速度滿足BLvA'=B·2LvC'即vA'=2vC'答案

(1)15J

(2)4m/s

8m/s

(3)6.4m/s

3.2m/s123456789101112B級(jí)關(guān)鍵能力提升練8.(多選)如圖所示,在Ⅰ、Ⅲ區(qū)域內(nèi)分布有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向相反的勻強(qiáng)磁場(chǎng),兩區(qū)域中間為寬為s的無(wú)磁場(chǎng)區(qū)Ⅱ。有一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)(L>s)、電阻為R的均勻正方形金屬線框abcd置于區(qū)域Ⅰ中,ab邊與磁場(chǎng)邊界平行,線框平面與磁場(chǎng)方向垂直。金屬線框在水平向右的拉力作用下,以速度v向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),則(

)123456789101112答案

AC1234567891011121234567891011129.在一足夠長(zhǎng)的水平光滑平行導(dǎo)軌上放置一根長(zhǎng)為l、質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab,ab處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,導(dǎo)軌的一端接一阻值為R的電阻,導(dǎo)軌及導(dǎo)體棒電阻不計(jì)?，F(xiàn)使ab在水平恒力F作用下由靜止沿垂直于磁場(chǎng)的方向運(yùn)動(dòng),當(dāng)位移為x時(shí),ab達(dá)到最大速度vm。此時(shí)撤去外力,最后ab靜止在導(dǎo)軌上。在ab運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是(

)A.撤去外力后,ab做勻減速運(yùn)動(dòng)B.合力對(duì)ab做的功為FxD.R上釋放的熱量為FxD123456789101112解析

撤去外力后,導(dǎo)體棒水平方向只受安培力作用,而

,F安隨v的變化而變化,故棒做加速度變化的變速運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤;對(duì)整個(gè)過(guò)程由動(dòng)能定理得W合=ΔEk=0,B錯(cuò)誤;由能量守恒定律知,外力做的功等于整個(gè)回路產(chǎn)生的電能,電能又轉(zhuǎn)化為R上釋放的熱量,即Q=Fx,C錯(cuò)誤,D正確。12345678910111210.(多選)如圖所示,同一豎直面內(nèi)的正方形導(dǎo)線框a、b的邊長(zhǎng)均為l,電阻均為R,質(zhì)量分別為2m和m。它們分別系在一跨過(guò)兩個(gè)定滑輪的輕繩兩端,在兩導(dǎo)線框之間有一寬度為2l、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直豎直面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域。開(kāi)始時(shí),線框b的上邊與勻強(qiáng)磁場(chǎng)的下邊界重合,線框a的下邊到勻強(qiáng)磁場(chǎng)的上邊界的距離為l?，F(xiàn)將系統(tǒng)由靜止釋放,當(dāng)線框b全部進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),a、b兩個(gè)線框開(kāi)始做勻速運(yùn)動(dòng)。不計(jì)摩擦和空氣阻力,重力加速度為g,則(

)123456789101112C.從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到線框a全部進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中,線框a所產(chǎn)生的焦耳熱為mglD.從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到線框a全部進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中,線框a所產(chǎn)生的焦耳答案

BC12345678910111212345678910111211.(多選)如圖甲所示,固定在光滑水平面上的正三角形金屬線框,匝數(shù)n=20,總電阻R=2.5Ω,邊長(zhǎng)L=0.3m,處在兩個(gè)半徑均為r=的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域中。線框頂點(diǎn)與右側(cè)圓心重合,線框底邊中點(diǎn)與左側(cè)圓心重合。磁感應(yīng)強(qiáng)度B1垂直水平面向上,大小不變;B2垂直水平面向下,大小隨時(shí)間變化。B1、B2的值如圖乙所示,則(

)A.通過(guò)線框的感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较駼.t=0時(shí)刻穿過(guò)線框的磁通量為0.1WbC.在0.6s內(nèi)通過(guò)線框中的電荷量約為0.13CD.經(jīng)過(guò)0.6s線框中產(chǎn)生的熱量約為0.07JACD

123456789101112解析

由磁感應(yīng)強(qiáng)度B1垂直水平面向外,大小不變