【同步】高中物理教科版(2019)選擇性必修2：第2章專題提升5電磁感應(yīng)中的電路電荷量圖像問題分層作業(yè)課件

第二章專題提升5電磁感應(yīng)中的電路、電荷量、圖像問題12345678910A級必備知識基礎(chǔ)練1.(多選)(2023湖南益陽高二期末)如圖所示,MN和PQ是兩根互相平行豎直放置的光滑金屬導(dǎo)軌,已知導(dǎo)軌足夠長,且電阻不計(jì)。ab是一根與導(dǎo)軌垂直而且始終與導(dǎo)軌接觸良好的金屬桿。將開關(guān)閉合,讓桿ab由靜止開始自由下落,則金屬桿ab自由下落過程中的速度v、加速度a和安培力F隨時(shí)間t變化的圖像可能正確的是(

)BC解析

運(yùn)動過程中金屬桿受豎直向下的重力G和向上的安培力F,其中F=BIL=∝v,根據(jù)牛頓第二定律可知mg-F=ma,即a=g-,所以在金屬桿由靜止自由下落過程中,加速度隨速度的增大而減小,則金屬桿做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動,當(dāng)金屬桿所受的安培力與重力相等之后做勻速直線運(yùn)動,故B、C正確。12345678910123456789102.如圖所示,金屬導(dǎo)軌OM、ON相互垂直焊接在O點(diǎn)處的金屬塊(大小不計(jì))上,虛線OP是∠MON的角平分線,整個空間分布著垂直導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場。t=0時(shí)刻,金屬棒由O點(diǎn)沿OP方向做勻速直線運(yùn)動,棒始終與導(dǎo)軌接觸良好且與OP垂直,除金屬塊外其他電阻不計(jì),則在開始計(jì)時(shí)的連續(xù)相等時(shí)間內(nèi),通過棒中點(diǎn)橫截面的感應(yīng)電荷量之比為(

)A.1∶4 B.1∶3C.1∶2 D.1∶1B12345678910123456789103.如圖所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場垂直于固定的光滑金屬導(dǎo)軌平面向外,導(dǎo)軌左側(cè)電路所在區(qū)域無磁場。垂直于導(dǎo)軌的導(dǎo)體棒接入電路的長度為L、有效電阻為R0,在外力作用下始終以大小為v的速度水平向右做勻速直線運(yùn)動,小燈泡的電阻為R0,滑動變阻器的總阻值為2R0,其滑片位于a、b的正中間位置,不計(jì)電路中其余部分的電阻,且導(dǎo)軌足夠長,圖示狀態(tài)下,在時(shí)間t內(nèi)通過小燈泡的電荷量為(

)A12345678910123456789104.(多選)如圖所示,在距地面高h(yuǎn)=1.25m處固定有兩根間距為l=0.5m水平放置的平行金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌的左端接有電源E,右端邊緣處靜置有一長l=0.5m、質(zhì)量m=0.2kg、電阻R=5.0Ω的導(dǎo)體棒ab,導(dǎo)體棒所在空間有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=1.0T、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場。閉合開關(guān)后,導(dǎo)體棒ab以某一初速度水平向右拋出,已知導(dǎo)體棒落地點(diǎn)到拋出點(diǎn)的水平距離d=2.5m,重力加速度g取10m/s2,則(

)A.在空中運(yùn)動過程中,導(dǎo)體棒a端的電勢低于b端的電勢B.導(dǎo)體棒拋出時(shí)的初速度大小為5m/sC.在空中運(yùn)動過程中,導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小恒定D.閉合開關(guān)后,通過導(dǎo)體棒的電荷量為1.0CBC12345678910解析

由右手定則可知,導(dǎo)體棒在空中運(yùn)動過程中,在水平方向上要切割磁感線,從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,但無感應(yīng)電流,不受安培力,故導(dǎo)體棒在平拋運(yùn)動過程中水平方向上的速度v0不變,由E=Blv0可知導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小不變,且a端電勢高于b端電勢,故A錯誤,C正確;導(dǎo)體棒從拋出到落123456789105.(多選)(2023遼寧大連高二期中)足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ與水平面夾角為37°,兩導(dǎo)軌間距為0.5m,下端接有一燈泡和一個電動機(jī),小燈泡規(guī)格為“1V

1W”,電動機(jī)線圈電阻為0.4Ω,金屬棒ab垂直導(dǎo)軌放置,質(zhì)量為0.5kg,接入電路電阻為1Ω,與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ=0.5,導(dǎo)軌平面所在空間有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8T。將金屬棒ab由靜止釋放,一段時(shí)間后,金屬棒勻速運(yùn)動,燈泡恰好正常發(fā)光,不計(jì)導(dǎo)軌電阻,金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好,重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,下列說法正確的是(

)A.金屬棒勻速運(yùn)動時(shí)通過金屬棒ab的電流為1AB.金屬棒勻速運(yùn)動的速度為8m/sC.金屬棒勻速運(yùn)動時(shí),電動機(jī)的輸出功率為0.6WD.金屬棒勻速運(yùn)動時(shí),金屬棒減少的重力勢能大于整個回路產(chǎn)生的電能CD12345678910解析

根據(jù)右手定則可知,通過金屬棒ab的電流方向?yàn)閎到a,根據(jù)左手定則,金屬棒ab受到的安培力沿斜面向上,根據(jù)平衡條件得mgsin

37°=BIL+μmgcos

37°,解得I=2.5

A,A錯誤;感應(yīng)電動勢為E=BLv,由閉合電路歐姆定律可得IRab=E-U,聯(lián)立可得v=8.75

m/s,B錯誤;金屬棒勻速運(yùn)動時(shí),燈泡中的電流為

=1

A,則電動機(jī)的電流為I2=I-I1=1.5

A,電動機(jī)的輸出功率為P1==0.6

W,C正確;根據(jù)能量守恒定律可知,勻速運(yùn)動時(shí),金屬棒減少的重力勢能等于整個回路產(chǎn)生的電能和金屬棒與導(dǎo)軌摩擦生熱的內(nèi)能之和,所以金屬棒減少的重力勢能大于整個回路產(chǎn)生的電能,D正確。123456789106.(多選)如圖甲所示,三角形線圈abc水平放置,在線圈所處區(qū)域存在一變化的磁場,其變化規(guī)律如圖乙所示。線圈在外力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài),規(guī)定垂直于線圈平面向下的磁場方向?yàn)檎较?垂直ab邊斜向下的受力方向?yàn)檎较?線圈中感應(yīng)電流沿abca方向?yàn)檎?則線圈內(nèi)電流及ab邊所受安培力隨時(shí)間變化的規(guī)律是(

)AD12345678910解析

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有

,根據(jù)楞次定律可得感應(yīng)電流的方向,又線圈中感應(yīng)電流沿abca方向?yàn)檎?結(jié)合題圖乙可得,1~2

s電流為零,0~1

s、2~3

s、3~5

s電流大小恒定,且0~1

s、2~3

s電流方向?yàn)檎?3~5

s電流方向?yàn)樨?fù),A正確,B錯誤;根據(jù)安培力的公式,即F安=BIL,因?yàn)槊慷螘r(shí)間電流大小恒定,磁場均勻變化,可得安培力也是均勻變化,根據(jù)左手定則可判斷出ab邊所受安培力的方向,可知C錯誤,D正確。12345678910B級關(guān)鍵能力提升練7.如圖甲所示,兩根足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在水平面內(nèi),導(dǎo)軌間距L=1.0m,左端連接阻值R=4.0Ω的電阻,勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T,方向垂直導(dǎo)軌所在平面向下。一質(zhì)量m=0.2kg、長度L=1.0m、電阻r=1.0Ω的金屬桿置于導(dǎo)軌上,向右運(yùn)動并與導(dǎo)軌始終保持垂直且接觸良好,t=0時(shí)對桿施加一平行于導(dǎo)軌方向的外力F,桿運(yùn)動的v-t圖像如圖乙所示,其余電阻不計(jì)。求:(1)金屬桿運(yùn)動的加速度和t=2.0s時(shí)電路中的電流;(2)在0~3.0s內(nèi),外力F的大小隨時(shí)間t變化的關(guān)系式;(3)3s內(nèi)流過電阻R的電荷量。

12345678910答案

(1)-2m/s2

0.2A(2)|F|=0.1+0.1t(N)(0≤t≤3s)(3)0.9C12345678910對金屬桿,根據(jù)牛頓第二定律有F-BIL=ma聯(lián)立可得F=-0.1-0.1t(N)在0~3.0

s內(nèi),外力F的大小隨時(shí)間t變化的關(guān)系式為|F|=0.1+0.1t(N)(0≤t≤3

s)。12345678910123456789108.如圖所示,水平邊界MN與PQ之間分布著垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,兩邊界間的高度差為L。由質(zhì)量為m的粗細(xì)均勻的電阻絲制成的單匝正方形線框abcd,總電阻為R,線框邊長為L?，F(xiàn)將線框從邊界MN上方H處由靜止釋放,當(dāng)ab邊進(jìn)入磁場后,線框開始減速運(yùn)動,直到cd邊剛好穿出磁場時(shí),速度減為ab邊剛進(jìn)入磁場時(shí)速度的一半,整個過程中線框平面始終保持豎直,且cd邊保持水平。已知重力加速度為g,空氣阻力忽略不計(jì),求:(1)ab邊剛進(jìn)入磁場時(shí)a、b兩點(diǎn)間的電勢差;(2)線框進(jìn)入磁場的過程中,通過線框的電荷量;(3)線框穿過磁場的過程中,cd邊產(chǎn)生的熱量。1234567891012345678910(3)從線框開始下落到cd邊剛穿出勻強(qiáng)磁場的過程中,由能量守恒定律得焦耳熱123456789109.如圖所示,足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌豎直固定放置,導(dǎo)軌間距L=0.5m。兩金屬棒ab、cd均垂直于導(dǎo)軌放置且與導(dǎo)軌接觸良好,其長度恰好等于導(dǎo)軌間距,兩金屬棒的質(zhì)量均為m=0.2kg,金屬棒ab電阻R1=0.2Ω,金屬棒cd電阻R2=0.3Ω,回路中其余電阻忽略不計(jì)。cd棒放置在水平絕緣平臺上,整個裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面向里的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T。棒ab在恒力F作用下由靜止開始向上運(yùn)動。當(dāng)棒ab上升距離為x=2m時(shí),它達(dá)到最大速度vm,此時(shí)cd棒對絕緣平臺的壓力恰好為零。g取10m/s2,求:(1)恒力F的大小;(2)ab棒達(dá)到的最大速度的大小;(3)在此過程中通過ab棒的電荷量;(4)在此過程中cd棒產(chǎn)生的焦耳熱。12345678910答案

(1)4N

(2)4m/s

(3)2C

(4)1.44J解析

(1)設(shè)cd棒所受安培力為FA,對cd棒受力分析FA=mg對ab棒受力分析F=FA+mg聯(lián)立解得F=2mg=4

N。(2)由題意可知E=BLvFA=BILFA=mg代入數(shù)據(jù)解得vm=4

m/s。123456789101234567891010.(2023江蘇宿遷高二期末)如圖甲所示,線圈A(圖中實(shí)線,共100匝)的橫截面積為0.3m2,總電阻r=2Ω,A右側(cè)所接電路中,電阻R1=2Ω,R2=6Ω,R3=3Ω,其中R3與一個理想二極管串聯(lián),開關(guān)S1閉合。A中有橫截面積為0.2m2的區(qū)域D(圖中虛線),D內(nèi)有按圖乙所示規(guī)律變化的磁場;t=0時(shí)刻,閉合開關(guān)S2,此時(shí)磁場方向垂直于線圈平面向外,求:(1)t=2s時(shí)a、b兩點(diǎn)的電勢差;(2)前6s內(nèi)通過R2的電荷量。12345678910答案

(1)-8V

(2)1.6C解析

(1)根據(jù)楞次定律可知,t=2

s時(shí)b點(diǎn)的電勢高于a點(diǎn),即U