人教版(新教材)高中物理選擇性必修2課時(shí)作業(yè)14：專題強(qiáng)化9 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE1電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題1．如圖1所示，在一勻強(qiáng)磁場中有一U形導(dǎo)線框abcd，線框處于水平面內(nèi)，磁場與線框平面垂直，R為一電阻，ef為垂直于ab的一根導(dǎo)體桿，它可在ab、cd上無摩擦地滑動(dòng)，且與導(dǎo)線框接觸良好．桿ef及線框的電阻都忽略不計(jì)．開始時(shí)，給ef一個(gè)向右的初速度，則()圖1A．ef將向右做非勻減速運(yùn)動(dòng)，最后停止B．ef將向右做勻減速運(yùn)動(dòng)，最后停止C．ef將向右做勻速運(yùn)動(dòng)D．ef將做往返運(yùn)動(dòng)〖答案〗A〖解析〗ef向右運(yùn)動(dòng)，切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流，會(huì)受到向左的安培力而做減速運(yùn)動(dòng)，直到速度減小為0停止運(yùn)動(dòng)，由F＝BIl＝eq\f(B2l2v,R)＝ma知，ef做的是加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng)，故A正確．2．(多選)如圖2，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、下兩邊均與磁場邊界平行，邊長小于磁場上、下邊界的間距．若導(dǎo)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，導(dǎo)線框下落的速度大小可能()圖2A．始終減小 B．始終不變C．始終增加 D．先減小后增加〖答案〗CD〖解析〗導(dǎo)線框開始做自由落體運(yùn)動(dòng)，ab邊以一定的速度進(jìn)入磁場，ab邊切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)左手定則可知ab邊受到向上的安培力，當(dāng)安培力大于重力時(shí)，導(dǎo)線框做減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線框完全進(jìn)入磁場后，導(dǎo)線框不產(chǎn)生感應(yīng)電流，此時(shí)只受重力，做加速運(yùn)動(dòng)，故先做減速運(yùn)動(dòng)后做加速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)ab邊進(jìn)入磁場后安培力等于重力時(shí)，導(dǎo)線框做勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線框完全進(jìn)入磁場后，導(dǎo)線框不產(chǎn)生感應(yīng)電流，此時(shí)只受重力，做加速運(yùn)動(dòng)，故先勻速運(yùn)動(dòng)后加速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)ab邊進(jìn)入磁場后安培力小于重力時(shí)，導(dǎo)線框做加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線框完全進(jìn)入磁場后，導(dǎo)線框不產(chǎn)生感應(yīng)電流，此時(shí)只受重力，做加速運(yùn)動(dòng)．綜上，只有C、D正確．3．如圖3所示，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時(shí)導(dǎo)線框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圖像中，能正確描述上述過程的是()圖3〖答案〗D〖解析〗導(dǎo)線框進(jìn)入磁場的過程中，受到向左的安培力作用，根據(jù)E＝BLv、I＝eq\f(E,R)、F安＝BIL得F安＝eq\f(B2L2v,R)，隨著v的減小，安培力F安減小，根據(jù)F安＝ma知，導(dǎo)線框做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng)．整個(gè)導(dǎo)線框在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，無感應(yīng)電流，導(dǎo)線框做勻速運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)線框離開磁場的過程中，受到向左的安培力，根據(jù)F安＝eq\f(B2L2v,R)＝ma可知，導(dǎo)線框做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)D正確．4.如圖4所示，豎直平面內(nèi)有足夠長的平行金屬導(dǎo)軌，間距為0.2m，金屬導(dǎo)體ab可在導(dǎo)軌上無摩擦地上下滑動(dòng)，ab的電阻為0.4Ω，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)體ab的質(zhì)量為0.2g，垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2T，且磁場區(qū)域足夠大，當(dāng)導(dǎo)體ab自由下落0.4s時(shí)，突然閉合開關(guān)S，則：(g取10m/s2)圖4(1)試說出開關(guān)S閉合后，導(dǎo)體ab的運(yùn)動(dòng)情況；(2)導(dǎo)體ab勻速下落的速度是多少？〖答案〗見〖解析〗〖解析〗(1)閉合開關(guān)S之前，導(dǎo)體ab自由下落的末速度為：v0＝gt＝4m/s.開關(guān)S閉合瞬間，導(dǎo)體ab產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)體ab立即受到一個(gè)豎直向上的安培力．F安＝BIL＝eq\f(B2L2v0,R)＝0.016N＞mg＝0.002N.此時(shí)導(dǎo)體ab受到的合力方向豎直向上，與初速度方向相反，加速度的表達(dá)式為a＝eq\f(F安－mg,m)＝eq\f(B2L2v,mR)－g，所以導(dǎo)體ab豎直向下做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動(dòng)．當(dāng)F安＝mg時(shí)，導(dǎo)體ab豎直向下做勻速運(yùn)動(dòng)．(2)設(shè)導(dǎo)體ab勻速下落的速度為vm，此時(shí)F安＝mg，即eq\f(B2L2vm,R)＝mg，vm＝eq\f(mgR,B2L2)＝0.5m/s.5．(多選)如圖5所示，邊長為L的正方形線框，從圖示位置開始沿光滑絕緣斜面向下滑動(dòng)，中途穿越垂直紙面向里、有理想邊界的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場的寬度大于L，以i表示導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流，從線框剛進(jìn)入磁場開始計(jì)時(shí)，取逆時(shí)針方向?yàn)殡娏髡较颍韵耰－t關(guān)系圖像，可能正確的是()圖5〖答案〗BC6．如圖6所示，半徑為l的金屬圓環(huán)水平固定，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，金屬棒OA可繞圓心O在圓環(huán)上轉(zhuǎn)動(dòng)．金屬棒CD放在寬度也為l的足夠長光滑平行金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌傾角為θ，處于垂直導(dǎo)軌平面向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中．用導(dǎo)線將金屬圓環(huán)、金屬棒OA的O端分別與兩導(dǎo)軌連接，已知金屬棒OA和CD的長度均為l、質(zhì)量均為m、電阻均為r，其他電阻不計(jì)．重力加速度大小為g.圖6(1)將金屬棒OA固定，使金屬棒CD從靜止開始下滑，求金屬棒CD的最大速度大小；(2)讓金屬棒OA勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，使金屬棒CD保持靜止，求金屬棒OA的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及角速度．〖答案〗(1)eq\f(2rmgsinθ,B2l2)(2)從上向下看沿逆時(shí)針方向eq\f(4rmgsinθ,B2l3)〖解析〗(1)金屬棒OA固定時(shí)，金屬棒CD切割磁感線相當(dāng)于電源，金屬棒CD達(dá)到最大速度后做勻速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)平衡條件有：mgsinθ＝Fm根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有：E1＝Blvm由閉合電路歐姆定律：I1＝eq\f(E1,2r)電流方向從C到D，金屬棒CD受到的安培力沿斜面向上，F(xiàn)m＝BI1l聯(lián)立解得：vm＝eq\f(2rmgsinθ,B2l2)；(2)要使金屬棒CD靜止，必須使金屬棒CD受到的安培力沿斜面向上，由左手定則和右手定則可知，金屬棒OA應(yīng)該沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)(自上向下看)．當(dāng)金屬棒OA以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢E2＝eq\f(1,2)Bl2ω由平衡條件有mgsinθ＝F安′I2＝eq\f(E2,2r)，F(xiàn)安′＝BI2l聯(lián)立可得ω＝eq\f(4rmgsinθ,B2l3).7.如圖7所示，間距為L的平行金屬導(dǎo)軌與水平面間的夾角為α，導(dǎo)軌間接有一阻值為R的電阻，一長為L的金屬桿置于導(dǎo)軌上，桿與導(dǎo)軌的電阻均忽略不計(jì)，兩者始終保持垂直且接觸良好，兩者之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于導(dǎo)軌所在斜面向上．當(dāng)金屬桿受到平行于導(dǎo)軌向上、大小為F的恒定拉力作用時(shí)，可以勻速向上運(yùn)動(dòng)；當(dāng)金屬桿受到平行于導(dǎo)軌向下、大小為eq\f(F,2)的恒定拉力作用時(shí)，可以保持與向上運(yùn)動(dòng)時(shí)大小相同的速度向下勻速運(yùn)動(dòng)．重力加速度大小為g.求：圖7(1)金屬桿的質(zhì)量；(2)金屬桿在磁場中勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)速度的大?。即鸢浮?1)eq\f(F,4gsinα)(2)eq\f(3RF,4B2L2)－eq\f(μFR,4B2L2tanα)〖解析〗(1)設(shè)金屬桿的質(zhì)量為m，勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v，金屬桿速度為v時(shí)回路中電流為I.當(dāng)金屬桿受到平行于斜面向上、大小為F的恒定拉力作用勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件可得F＝mgsinα＋μmgcosα＋BIL當(dāng)金屬桿受到平行于斜面向下、大小為eq\f(F,2)的恒定拉力作用勻速向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)共點(diǎn)力的平