【物理】電磁感應(yīng)中的力學(xué)和能量問題（框模型）課件-2023-2024學(xué)年高二下人教版（2019）選擇性必修第二冊(cè)

電磁感應(yīng)中的力學(xué)和能量問題

——“框”模型Ld1．如圖，在光滑水平桌面上有一邊長為L、電阻為R的正方形導(dǎo)線框；在導(dǎo)線框右側(cè)有一寬度為d（d＞L

）的條形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場的邊界與導(dǎo)線框的一邊平行，磁場方向豎直向下。導(dǎo)線框以某一初速度向右運(yùn)動(dòng)，t=0是導(dǎo)線框的的右邊恰與磁場的左邊界重合，隨后導(dǎo)線框進(jìn)入并通過磁場區(qū)域。下列v-t圖象中，可能正確描述上述過程的是()A

BCD2.如圖所示，邊長為a的正方形鋁框平放在光滑絕緣水平桌面上，桌面上有邊界平行、寬為b且足夠長的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場方向垂直于桌面，鋁框依靠慣性滑過磁場區(qū)域，滑行過程中鋁框平面始終與磁場垂直且一邊與磁場邊界平行，已知a<b，在滑入和滑出磁場區(qū)域的兩個(gè)過程中（）A．鋁框所用時(shí)間相同 B．鋁框上產(chǎn)生的熱量相同C．鋁框中的電流方向相同 D．安培力對(duì)鋁框的沖量相同abcd3.如圖，空間中存在一勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場方向與豎直面（紙面）垂直，磁場的上、下邊界（虛線）均為水平面；紙面內(nèi)磁場上方有一個(gè)正方形導(dǎo)線框abcd，其上、下兩邊均為磁場邊界平行，邊長小于磁場上、下邊界的間距。若線框自由下落，從ab邊進(jìn)入磁場時(shí)開始，直至ab邊到達(dá)磁場下邊界為止，線框下落的速度大小可能(

)A．始終減小B．始終不變C．始終增加D．先減小后增加4.如圖甲所示，MN和M′N′是勻強(qiáng)磁場區(qū)域的水平邊界，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場方向與線框平面垂直．現(xiàn)正方形金屬線框abcd由距MN的某一高度從靜止開始下落，圖乙是金屬線框由開始下落到完全穿過勻強(qiáng)磁場區(qū)域的v－t圖像．已知金屬線框的質(zhì)量為m，電阻為R，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，圖像中坐標(biāo)軸上所標(biāo)出的字母v1、v2、v3、t1、t2、t3、t4均為已知量．(下落過程中bc邊始終水平)根據(jù)題中所給條件，以下說法正確的是()A．可以求出金屬框的邊長B．線框穿出磁場時(shí)間(t4－t3)等于進(jìn)入磁場時(shí)間(t2－t1)C．線框穿出磁場與進(jìn)入磁場過程所受安培力方向相同D．線框穿出磁場與進(jìn)入磁場過程產(chǎn)生的焦耳熱相等由線框運(yùn)動(dòng)的v－t圖像，可知：0～t1線框自由下落，t1～t2線框進(jìn)入磁場，t2～t3線框在磁場中只受重力作用加速下降，t3～t4線框離開磁場．線框的邊長l＝v3(t4－t3)由于線框離開時(shí)的速度v3大于進(jìn)入時(shí)的平均速度，因此線框穿出磁場時(shí)間小于進(jìn)入磁場時(shí)間.線框穿出磁場與進(jìn)入磁場過程所受安培力方向都豎直向上.線框進(jìn)入磁場mgl＝Q1＋1/2mv22－1/2mv12，線框離開磁場mgl＝Q2，可見Q1<Q2.lL123456線框于磁場上方h處靜止釋放：hl<L過程分析：未進(jìn)入磁場前自由落體運(yùn)動(dòng)；進(jìn)入磁場；在磁場中，以加速度g，加速運(yùn)動(dòng)；穿出磁場；離開磁場之后，以加速度g，加速運(yùn)動(dòng)。lL過程分析：未進(jìn)入磁場前自由落體運(yùn)動(dòng)；進(jìn)入磁場；在磁場中，以加速度g，加速運(yùn)動(dòng)；穿出磁場；離開磁場之后，以加速度g，加速運(yùn)動(dòng)。l=LlL過程分析：未進(jìn)入磁場前自由落體運(yùn)動(dòng)；進(jìn)入磁場；在磁場中，以加速度g，加速運(yùn)動(dòng)；穿出磁場；離開磁場之后，以加速度g，加速運(yùn)動(dòng)。l>L5.如圖所示，在平行于水平地面的勻強(qiáng)磁場上方有三個(gè)線圈，從相同的高度由靜止開始同時(shí)下落。三個(gè)線圈都是由相同的金屬材料制成的大小相同的正方形線圈。A線圈有一個(gè)缺口，B、C都是閉合的，但是B線圈的導(dǎo)線比C線圈的粗，關(guān)于它們落地時(shí)間的說法正確的是（）A.三線圈中A落地時(shí)間最短B.三線圈落地時(shí)間相同C.B、C兩線圈落地時(shí)間相同D.B線圈落地時(shí)間比C線圈短設(shè)線圈B、C落地時(shí)的速度大小分別為v1、v2，在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量分別為Q1、Q2。不計(jì)空氣阻力，則A．v1

<v2，Q1<Q2

B．v1

=v2，Q1=Q2C．v1

<v2，Q1>Q2

D．v1

=v2，Q1>Q26.如圖所示，在光滑水平面上方，有兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向相反的水平勻強(qiáng)磁場，如圖所示，PQ為兩個(gè)磁場的邊界，磁場范圍足夠大。一個(gè)邊長為a

，質(zhì)量為m，電阻為R的正方形金屬線框垂直磁場方向，以速度v從圖示位置向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)線框中心線AB運(yùn)動(dòng)到PQ重合時(shí)，線框的速度為v/2，則（）A．此時(shí)線框中的電功率為4B2a2v2/RB．此時(shí)線框的加速度為4B2a2v/(mR)C．此過程通過線框截面的電量為Ba2/RD．此過程回路產(chǎn)生的電能為0.75mv2

10.如圖所示，“凸”字形硬質(zhì)金屬線框質(zhì)量為m，相鄰各邊互相垂直，且處于同一豎直平面內(nèi)，ab邊長為l，cd邊長為2l，ab與cd平行，間距為2l。勻強(qiáng)磁場區(qū)域的上下邊界均水平，磁場方向垂直于線框所在平面。開始時(shí)，cd邊到磁場上邊界的距離為2l，線框由靜止釋放，從cd邊進(jìn)入磁場直到ef、pq邊進(jìn)入磁場前，線框做勻速運(yùn)動(dòng)。在ef、pq邊離開磁場后，ab邊離開磁場之前，線框又做勻速運(yùn)動(dòng)。線框完全穿過磁場過程中產(chǎn)生的熱量為Q。線框在下落過程中始終處于原豎直平面內(nèi)，且ab、cd邊保持水平，重力加速度為g。求(1)線框ab邊將離開磁場時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小是cd邊剛進(jìn)入磁場時(shí)的幾倍；(2)磁場上下邊界間的距離H。“桿”或“框”產(chǎn)生的焦耳熱問題——巧選研究過程。11.如圖所示，一質(zhì)量m=0.5kg的“日”字形勻質(zhì)導(dǎo)線框“abdfeca”靜止在傾角α=37°的粗糙斜面上，線框各段長ab=cd=ef=ac=bd=ce=df=L=0.5m，ef與斜面底邊重合，線框與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.25，ab、cd、ef三段的阻值相等、均為R=0.4Ω，其余部分電阻不計(jì)。斜面所在空間存在一有界矩形勻強(qiáng)磁場區(qū)域GIJH，其寬度GI=HJ=L，長度IJ>L，IJ//ef，磁場垂直斜面向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T?，F(xiàn)用一大小F=5N、方向沿斜面向上且垂直于ab的恒力作用在ab中點(diǎn)，使線框沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，ab進(jìn)入磁場時(shí)線框恰好做勻速運(yùn)動(dòng)。若不計(jì)導(dǎo)線粗