【同步】高中物理教科版(2019)選擇性必修2：第2章專題提升6電磁感應(yīng)中的動力學(xué)能量動量問題分層作業(yè)課件

第二章專題提升6電磁感應(yīng)中的動力學(xué)、能量、動量問題1234567891011A級必備知識基礎(chǔ)練1.如圖所示,先后兩次將同一個(gè)矩形線框由勻強(qiáng)磁場中勻速拉出,兩次拉動的速度相同。第一次線框長邊與磁場邊界平行,將線框全部拉出磁場區(qū),產(chǎn)生的電熱為Q1,通過導(dǎo)線橫截面的電荷量為q1;第二次線框短邊與磁場邊界平行,將線框全部拉出磁場區(qū)域,產(chǎn)生的電熱為Q2,通過導(dǎo)線橫截面的電荷量為q2,則(

)A.Q1>Q2,q1=q2

B.Q1=Q2,q1>q2C.Q1<Q2,q1<q2

D.Q1>Q2,q1>q2A123456789101112345678910112.(2023河北邯鄲高二期末)如圖所示,有兩根和水平方向成θ角的光滑平行金屬軌道,上端接有可變電阻R,下端足夠長,空間有垂直于軌道平面斜向上的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一根質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下。經(jīng)過足夠長的時(shí)間后,金屬桿的速度會趨近于一個(gè)最大速度vm,不計(jì)金屬桿和軌道的電阻,以下分析正確的是(

)A.金屬桿先做勻加速直線運(yùn)動,然后做勻速直線運(yùn)動B.如果只減小軌道傾角,vm將變小C.如果只增大B,vm將變大D.如果同時(shí)增大B、R,vm將變小B解析

金屬桿下滑過程中,受重力、軌道的支持力和安培力,開始時(shí)重力沿斜面的分力大于安培力,金屬桿做加速運(yùn)動,根據(jù)牛頓第二定律可得,隨著速度的增加,安培力在增大,所以金屬桿加速度逐漸減小,當(dāng)加速度減小到零時(shí),速度最大,金屬桿做勻速運(yùn)動,故金屬桿先做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動然后做勻速直線運(yùn)動,故A錯(cuò)誤。當(dāng)金屬桿做勻速運(yùn)動時(shí),速度達(dá)到最大,根據(jù)受力平衡可得

,解得

,如果只減小軌道傾角,vm將變小;如果只增大B,vm將變小;如果同時(shí)增大B、R,vm可能變123456789101112345678910113.(多選)(2023廣東江門第一中學(xué)高二期末)如圖所示,MN和PQ是電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌,其間距為L,導(dǎo)軌彎曲部分光滑,平直部分粗糙,二者平滑連接,右端接一個(gè)阻值為R的定值電阻。平直部分導(dǎo)軌左邊區(qū)域有寬度為d、方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場。質(zhì)量為m、接入電路的電阻也為R的金屬棒從高度為h處由靜止釋放,到達(dá)磁場右邊界處恰好停止。已知金屬棒與平直部分導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ,金屬棒與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,重力加速度為g。金屬棒穿過磁場區(qū)域的過程中(

)A.流過金屬棒的最大電流為B.通過金屬棒的電荷量為C.克服安培力所做的功為mghD.金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱為

mg(h-μd)AD123456789101112345678910114.(多選)(2023廣東茂名模擬)某科技館設(shè)計(jì)了一種磁力減速裝置,簡化為如圖所示模型。在小車下安裝長為L、總電阻為R的正方形單匝線圈,小車和線圈總質(zhì)量為m。小車從靜止開始沿著光滑斜面下滑s后,下邊框剛進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時(shí),小車開始做勻速直線運(yùn)動。已知斜面傾角為θ,磁場上、下邊界的距離為L,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直斜面向上,重力加速度為g,則(

)A.線圈通過磁場過程中,感應(yīng)電流先沿順時(shí)針方向后沿逆時(shí)針方向(俯視)B.線圈在穿過磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱為mg(2L+s)sinθC.線圈剛進(jìn)入磁場上邊界時(shí),感應(yīng)電流的大小為D.小車和線圈的總質(zhì)量為AD1234567891011解析

線圈剛進(jìn)入磁場上邊界時(shí),根據(jù)楞次定律可得感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針方向(從斜面上方俯視線框),穿出磁場時(shí),根據(jù)楞次定律可得感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向,故A正確;下邊框剛進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時(shí),小車開始做勻速直線運(yùn)動,根據(jù)功能關(guān)系可得線圈穿過磁場的過程中產(chǎn)生的焦耳熱為Q=2mgLsin

θ,故B錯(cuò)誤;設(shè)線圈進(jìn)入磁場時(shí)的速度大小為v0,自由下滑過程12345678910115.(多選)(2023河南南陽高二期末)如圖所示,虛線PQ左側(cè)有垂直于光滑水平面向下的勻強(qiáng)磁場,右側(cè)有垂直于水平面向上的勻強(qiáng)磁場,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B。邊長為L、質(zhì)量為m、總電阻為R的均勻正方形單匝金屬線框abcd放在水平面上,處于PQ右側(cè)的勻強(qiáng)磁場中。給線框一個(gè)向左的初速度v0,線框剛好能完全通過虛線PQ,線框在運(yùn)動過程中cd邊始終與PQ平行,則線框在運(yùn)動過程中(

)AB123456789101112345678910116.(多選)(2023山東棗莊期末)如圖所示,兩根足夠長、電阻不計(jì)的光滑平行金屬導(dǎo)軌,固定在同一水平面上,其間距為L=1m,左端通過導(dǎo)線連接一個(gè)R=1.5Ω的定值電阻。整個(gè)導(dǎo)軌處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=1T的勻強(qiáng)磁場中,磁場方向豎直向下。質(zhì)量m=0.2kg、長度L=1m、電阻r=0.5Ω的均質(zhì)金屬桿垂直于導(dǎo)軌放置,且與導(dǎo)軌接觸良好,在桿的中點(diǎn)施加一個(gè)垂直于金屬桿的水平拉力F,使其由靜止開始運(yùn)動。金屬桿運(yùn)動后,拉力F的功率P=8W保持不變,當(dāng)金屬桿的速度穩(wěn)定后,撤去拉力F。下列說法正確的是(

)A.撤去拉力F前,金屬桿穩(wěn)定時(shí)的速度為16m/sB.從撤去拉力F到金屬桿停下的整個(gè)過程,通過金屬桿的電荷量為0.8CC.從撤去拉力F到金屬桿停下的整個(gè)過程,金屬桿前進(jìn)的距離為1.6mD.從撤去拉力F到金屬桿停下的整個(gè)過程,金屬桿上產(chǎn)生的熱量為1.6JBC123456789101112345678910117.(2023河北滄州高二期末)兩平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在水平面內(nèi),導(dǎo)軌間距為L,左端連接阻值為R的電阻,整個(gè)導(dǎo)軌處于與導(dǎo)軌平面垂直的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向如圖所示。一長度為L、垂直放在導(dǎo)軌上的金屬棒沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動,某時(shí)刻速度為v0,已知金屬棒電阻為r,金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌電阻不計(jì),求:(1)此時(shí)回路中的電流大小;(2)此時(shí)金屬棒克服安培力做功的功率。1234567891011(2)金屬棒所受安培力為F=BIL金屬棒克服安培力做功的功率P=Fv01234567891011B級關(guān)鍵能力提升練8.(2023福建莆田高二期末)如圖甲所示,輕質(zhì)細(xì)線吊著一質(zhì)量m=0.6kg、邊長l=0.2m、匝數(shù)n=100的正方形線圈,其總電阻r=2Ω。正方形線圈中間位置以下區(qū)域處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示,重力加速度g取10m/s2,求:(1)2s末通過正方形線圈的電流大小及方向;(2)前4s內(nèi)細(xì)線對正方形線圈的拉力大小隨時(shí)間變化的規(guī)律。1234567891011答案

(1)1A

沿順時(shí)針方向(2)FT=86-20t(N)(0≤t≤4s)1234567891011(2)前4

s內(nèi)正方形線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小恒為I=1

A,前4

s內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律為B=4-t(T)(0≤t≤4

s)正方形線圈受到的安培力大小為FA=nBIl前4

s內(nèi)細(xì)線對正方形線圈的拉力大小隨時(shí)間變化的規(guī)律為FT=FA+mg代入數(shù)據(jù)解得FT=86-20t(N)(0≤t≤4

s)。12345678910119.(2023河南新鄉(xiāng)高二期末)如圖所示,足夠長的光滑絕緣斜面的傾角θ=37°,空間中自上而下依次分布著垂直斜面向下的寬度均為L=0.5m的勻強(qiáng)磁場區(qū)域Ⅰ和Ⅱ,磁場Ⅰ下邊界與磁場Ⅱ上邊界的距離d1=4.25m。一邊長L=0.5m、質(zhì)量m=0.2kg、電阻R=5Ω的正方形導(dǎo)線框放在斜面的頂端,導(dǎo)線框的下邊距磁場Ⅰ上邊界的距離d0=3m,將導(dǎo)線框由靜止釋放,導(dǎo)線框勻速穿過每個(gè)磁場區(qū)域。重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:(1)磁場Ⅰ、Ⅱ的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1、B2;(2)整個(gè)過程中導(dǎo)線框產(chǎn)生的焦耳熱Q。1234567891011解析

(1)設(shè)導(dǎo)線框進(jìn)入磁場Ⅰ瞬間的速度大小為v1,根據(jù)動能定理有進(jìn)入磁場Ⅰ后,根據(jù)受力平衡有mgsin

θ=FA1根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知,導(dǎo)線框切割磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E1=B1Lv1導(dǎo)線框中的電流導(dǎo)線框受到的安培力FA1=B1I1L解得B1=2

T1234567891011123456789101110.(2023浙江高二期中)如圖所示,匝數(shù)N=200、橫截面積S=100cm2、電阻r=0.3Ω的線圈處于豎直向上的變化磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B1隨時(shí)間變化的規(guī)律為B1=(0.5+0.4t)T。傾角θ=30°、間距d=0.5m、長度L=1.2m的光滑平行導(dǎo)軌在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場中傾斜放置,B2方向垂直導(dǎo)軌平面,開關(guān)S閉合時(shí),一質(zhì)量m=200g、電阻R1=0.2Ω的導(dǎo)體棒ab恰好能靜止在傾斜導(dǎo)軌的上端處,定值電阻R2=0.2Ω,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),空氣阻力忽略不計(jì),g取10m/s2。(1)求線圈中的感應(yīng)電動勢大小。(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的大小和方向。(3)斷開S后導(dǎo)體棒開始沿導(dǎo)軌下滑,到達(dá)底端前速度已達(dá)到最大值,求導(dǎo)體棒滑到導(dǎo)軌底端所需的時(shí)間及下滑過程中導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的焦耳熱。1234567891011答案

(1)0.8V

(2)2T,方向垂直斜面向下

(3)3.08s

0.592J解析

(1)線圈中的感應(yīng)電動勢大小

=200×0.4×100×10-4

V=0.8

V。(2)導(dǎo)體棒和定值電阻R2并聯(lián)后的總電阻為R并=0.1

Ω對導(dǎo)體棒平衡時(shí)滿足mgsin

θ=B2Id解得B2=2

T因?qū)w棒中感應(yīng)電流從a到b,則根據(jù)左手定則可知,B2方向垂直斜面向下。1234567891011123456789101111.(2023浙江高二期末)如圖所示,匝數(shù)N=100、截面積S=1.0×10-2m2、電阻r=0.15Ω的線圈內(nèi)有方向垂直于線圈平面向上的隨時(shí)間均勻增加的勻強(qiáng)磁場B1,其變化率k=0.80T/s。線圈通過開關(guān)S連接兩根相互平行、間距d=0.20m的豎直導(dǎo)軌,下端連接阻值R=0.50Ω的電阻。一根阻值也為0.50Ω、質(zhì)量m=1.0×10