全国通用2019版高考物理一轮复习第十章电磁感应微专题77电磁感应中的能量转化问题备考精炼.doc

1、【 精品教育资源文库 】 77 电磁感应中的能量转化问题 方法点拨 克服安培力做功的过程就是其他形式的能转化为电能的过程，克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能 1 (多选 )如图 1 所示，光滑绝缘的水平桌面上有一边长为 L、电阻为 R 的正方形导体框匀强磁场区域宽度为 2L、磁感应强度为 B、方向垂直桌面向下导体框的一边始终与磁场边界平行，在外力作用下以恒定速度 v 穿过磁场下列说法正确的是 ( ) 图 1 A穿过磁场过程，外力做的功为 2B2L3vR B穿过磁场过程，导体框产生的焦耳热为 2B2L3vR C进入磁场过程，通过导体框某一横截面的电荷量为 BL2R D进入和离

2、开磁场过程，通过导体框的电流大小都为 BLvR ，且方向相同 2 (2018 四川泸州一检 )如图 2 所示，两条电阻不计的平行导轨与水平面成 角，导轨的一端连接定值电阻 R1，匀强磁场垂直导轨平面向上一根质量为 m、电阻为 R2的导体棒 ab，垂直导轨放置且两端始终与导轨接触良好，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为 ，且 R2nR1.如果导体棒以速度 v匀速下滑，导体棒此时受到的安培力大小为 F，则以下判断正确的是 ( ) 图 2 A电阻 R1消耗的电功率为 Fvn B重力做功的功率为 mgvcos C运动过程中减少的机械能全部转化为电能 D R2上消耗的功率为 nFvn 1 【 精品教育资源

3、文库 】 3 (多选 )(2017 湖南衡阳第二次联考 )如图 3 甲所示，左侧接有定值电阻 R 3 的水平粗糙导轨处于垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度 B 2 T，导轨间距为 L 1 m一质量 m 2 kg、接入电路的阻值 r 1 的金属棒在拉力 F 作用下由静止开始从 CD 处沿导轨向右加速运动，金属 棒与导轨垂直且接触良好，金属棒与导轨间的动摩擦因数 0.5， g 10 m/s2，金属棒的 v x 图象如图乙所示，则从起点发生 x 1 m 位移的过程中 ( ) 图 3 A拉力做的功为 16 J B通过电阻 R 的电荷量为 0.25 C C定值电阻 R 产生的焦耳热为 0.75 J D

4、所用的时间 t 一定大于 1 s 4 (多选 )(2018 广东东莞模拟 )如图 4 所示，在匀强磁场的上方有一质量为 m、半径为 R的细导线做成的圆环，圆环的圆心与匀强磁场的上边界的距离为 h.将圆环由静止释放，圆环刚进入磁场的瞬间和完全进入磁场的瞬间， 速度均为 v.已知匀强磁场的磁感应强度为 B，导体圆环的电阻为 r，重力加速度为 g，则下列说法正确的是 ( ) 图 4 A圆环刚进入磁场的瞬间，速度 v 2g?h R? B圆环进入磁场的过程中，电阻产生的热量为 2mgR C圆环进入磁场的过程中，通过导体横截面的电荷量为 BR2r D圆环进入磁场的过程做的是匀速直线运动 5 (多选 )(2

5、017 江西南昌三校第四次联考 )在如图 5 所示的倾角为 的光滑斜面上，存在着两个磁感应强度大小均为 B 的匀强磁场区域，区域 的磁场方向垂直斜 面向上，区域 的【 精品教育资源文库 】 磁场方向垂直斜面向下，磁场宽度 HP 及 PN 均为 L，一个质量为 m、电阻为 R、边长也为 L的正方形导线框 abcd，由静止开始沿斜面下滑， t1时刻 ab 边刚越过 GH 进入磁场 区域，此时导线框恰好以速度 v1做匀速直线运动； t2时刻 ab 边下滑到 JP 与 MN 的中间位置，此时导线框又恰好以速度 v2做匀速直线运动重力加速度为 g，下列说法中正确的是 ( ) 图 5 A当 ab 边刚越

6、过 JP 时，导线框的加速度大小为 a gsin B导线框两次匀速直线运动的速度之比 v1 v2 41 C从 t1到 t2的过程中，导线 框克服安培力做功的大小等于重力势能的减少量 D从 t1到 t2的过程中，有 3mgLsin 2 m?v12 v22?2 机械能转化为电能 6 (多选 )(2017 河南开封第一次模拟 )如图 6 甲所示，平行光滑金属导轨水平放置，两轨相距 L 0.4 m，导轨一端与阻值 R 0.3 的电阻相连，导轨电阻不计导轨 x0 一侧存在沿 x 正方向均匀增大的磁场，其方向与导轨平面垂直向下，磁感应强度 B 随位置 x 变化如图乙所示一根质量 m 0.2 kg、接入电路

7、的电 阻 r 0.1 的金属棒置于导轨上，并与导轨垂直，棒在外力 F 作用下从 x 0 处以初速度 v0 2 m/s 沿导轨向右变速运动，且金属棒在运动过程中受到的安培力大小不变下列说法中正确的是 ( ) 图 6 A金属棒向右做匀减速直线运动 B金属棒在 x 1 m 处的速度大小为 1.5 m/s C金属棒从 x 0 运动到 x 1 m 过程中，外力 F 所做的功为 0.175 J D金属棒从 x 0 运动到 x 2 m 过程中，流过金属棒的电荷量为 2 C 7 (2017 黑龙江大庆一模 )相距 L 1.5 m 的足够长金属导轨竖直放置，质量 为 m1 1 kg的金属棒 ab和质量为 m2

8、0.27 kg的金属棒 cd均通过棒两端的套环水平地套在金属导轨上，如图 7 甲所示，虚线上方磁场方向垂直纸面向里，虚线下方磁场方向竖直向下，两处磁场磁【 精品教育资源文库 】 感应强度大小相同 ab 棒光滑， cd 棒与导轨间的动摩擦因数为 0.75，两棒总电阻为 1.8 ，导轨电阻不计 ab 棒在方向竖直向上、大小按图乙所示规律变化的外力 F 作用下，从静止开始，沿导轨匀加速运动，同时 cd 棒也由静止释放 (g 10 m/s2) 图 7 (1)求出磁感应强度 B 的大小和 ab 棒加速度大小； (2)已知在 2 s 内外力 F 做功 40 J，求这一过程中两金属棒产生的总焦耳热； (3

9、)求出 cd 棒达到最大速度所需的时间 t0，并在图丙中定性画出 cd 棒所受摩擦力 Ffcd随时间变化的图象 8 (2017 北京西城区模拟 )某同学设计了一个测量物体质量的电子装置，其结构如图 8 甲、乙所示 E 形磁铁的两侧为 S 极，中心为 N 极，可认为只有磁极间存在着磁感应强度大小均为 B 的匀强磁场一边长为 L、横截面为正方形的线圈套于中心磁极，线圈、骨架与托盘连为一体，总质量为 m0，托盘下方连接一个轻弹簧，弹簧下端固定在磁极上，支撑起上面 的整个装置，线圈、骨架与磁极不接触线圈的两个头与外电路连接 (图上未标出 )当被测量的重物放在托盘上时，弹簧继续被压缩，托盘和线圈一起向下

10、运动，之后接通外电路对线圈供【 精品教育资源文库 】 电，托盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止，此时由对应的供电电流可确定重物的质量已知弹簧劲度系数为 k，线圈匝数为 n，重力加速度为 g. 图 8 (1)当线圈与外电路断开时 a以不放重物时托盘的位置为位移起点，竖直向下为位移的正方向试在图丙中画出，托盘轻轻放上质量为 m 的重物后，托盘向下运动过程中弹簧弹力 F 的大小与托盘位移 x 的关系图象； b根据上面得到的 F x 图象，求从托盘放上质量为 m 的重物开始到托盘达到最大速度的过程中，弹簧弹力所做的功 W； (2)当线圈与外电路接通时 a通过外电路给线圈供电，托盘和线圈恢复到未放重

11、物时的位置并静止若线圈能够承受的最大电流为 I，求该装置能够测量的最大质量 M； b在线圈能承受的最大电流一定的情况下，要增大质量的测量范围，可以采取哪些措施？ (至少答出 2 种 ) 【 精品教育资源文库 】 【 精品教育资源文库 】 答案精析 1 ABC 2 D 导体棒以速度 v 匀速下滑时，由 E BLv， I ER1 R2， F BIL 得安 培力 F B2L2vR1 R2 电阻 R1消耗的电功率为 P I2R1 ( BLvR1 R2)2R1 又 R2 nR1 联立 解得， P Fvn 1，故 A 错误； 重力做功的功率为 mgvsin ， B 错误； 导体棒克服安培力和摩擦力做功

12、，减少的机械能转化为电能和内能， C 错误； R2和 R1串联，电流相等，根据 P I2R 可知， R2消耗的功率等于 R1消耗的功率的 n 倍，为 nFvn 1，D 正确 3 CD 由速度位移图象得： v 2x，金 属棒所受的安培力 F 安 B2L2vR rB2L22 xR r ， 代入得： F 安 2x，则知 F 安 与 x 是线性关系 当 x 0 时，安培力 F 安 1 0； 当 x 1 m 时，安培力 F 安 2 2 N， 则从起点发生 x 1 m 位移的过程中， 安培力做功为 W 安 F 安 x F安 1 F安 22 x 0 22 1 J 1 J 根据动能定理得： W mgx W 安

13、 12mv2，其中 v 2 m/s， 0.5， m 2 kg，代入解得，拉力做的功 W 15 J，故 A 错误；通过电阻 R 的电荷量 q R r BLxR r 2114 C 0.5 C，故 B 错误；根据能量守恒得：整个电路产生的焦耳热等于克服安培力做功，即 Q 1 J，则电阻 R 上产生的热量： QR RR rQ 34Q 0.75 J，选项 C 正确； v x 图象的斜率 k v x v t t x av，得 a kv 2v，则知速度增大，金属棒的加速度也【 精品教育资源文库 】 随之增大， v t 图象的斜率增大，金属棒做加速度增大的变加速运动，在相同时间内，达到相同速度时通过的位移小

14、于匀加速运动的位移，平均速度小于匀加速运动的平均速度，即v 0 v2 0 22 m/s 1 m/s，则 t xv 11 s 1 s，故 D 正确 4 ABC 圆环从图示位置开始运动到刚进入磁场时，下落的高度为 h R，根据自由落体运动 的规律得到 v2 2g(h R)，解得 v 2g?h R?，故选项 A 正确； 圆环刚进入磁场的瞬间和完全进入磁场的瞬间，速度相等，根据功能关系可以知道重力做的功等于圆环电阻产生的热量，大小为 2mgR，故选项 B 正确； 圆环进入磁场的过程中，通过导体某个横截面的电荷量为 q I tEr t r B R2r ，故选项 C 正确； 圆环进入磁场的过程中，受到的安培力 F B2L2vr ， 随有效长度 L 发生改变，圆环受力不能平衡，因此圆环不可能做匀速直线运动，故选项 D 错误 5 BD ab 边刚越过 GH 进入磁场 区域时，电动势 E1 BLv1，电流 I1 E1R BLv1R ，线框做匀速运动，所以 mgsin BI1L B2L2v1R ，当 ab 边刚越过 JP 时，电动