2018_2019學(xué)年高中物理課時分層作業(yè)4電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒教科版 .docx

課時分層作業(yè)(四) 電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練(時間：15分鐘分值：50分)一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分)1如圖1513所示，由均勻?qū)Ь€制成的半徑為R的圓環(huán)，以速度v勻速進(jìn)入一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場當(dāng)圓環(huán)運(yùn)動到圖示位置(aOb90)時，a、b兩點(diǎn)的電勢差為()圖1513A.BRvB.BRvC.BRv D.BRvD設(shè)整個圓環(huán)電阻是r，則其外電阻是圓環(huán)總電阻的，而在磁場內(nèi)切割磁感線的有效長度是R，其相當(dāng)于電源，EBRv，根據(jù)歐姆定律可得UEBRv，選項(xiàng)D正確2.如圖1514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(dL)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，t0時導(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vt圖像中，正確描述上述過程的是 ()圖1514ABCDD導(dǎo)線框進(jìn)入磁場的過程中，線框受到向左的安培力作用，根據(jù)EBLv、I、FBIL得F，隨著v的減小，安培力F減小，導(dǎo)線框做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動整個導(dǎo)線框在磁場中運(yùn)動時，無感應(yīng)電流，導(dǎo)線框做勻速運(yùn)動，導(dǎo)線框離開磁場的過程中，根據(jù)F，導(dǎo)線框做加速度逐漸減小的減速運(yùn)動，所以選項(xiàng)D正確3.如圖1515所示，豎直放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌之間接有定值電阻R，質(zhì)量不能忽略的金屬棒與兩導(dǎo)軌始終保持垂直并良好接觸且無摩擦，棒與導(dǎo)軌的電阻均不計(jì)，整個裝置放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直，棒在豎直向上的恒力F作用下加速上升的一段時間內(nèi)，力F做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于 () 【導(dǎo)學(xué)號：24622028】圖1515A棒的機(jī)械能增加量B棒的動能增加量C棒的重力勢能增加量D電阻R上產(chǎn)生的熱量A棒加速上升時受到重力、拉力F及安培力根據(jù)功能關(guān)系可知，力F與安培力做的功的代數(shù)和等于棒的機(jī)械能的增加量，A正確4如圖1516所示，固定的水平長直導(dǎo)線中通有電流I，矩形線框與導(dǎo)線在同一豎直平面內(nèi)，且一邊與導(dǎo)線平行線框由靜止釋放，在下落過程中()圖1516A穿過線框的磁通量保持不變B線框中感應(yīng)電流的方向保持不變C線框所受安培力的合力為零D線框的機(jī)械能不斷增大B當(dāng)線框由靜止向下運(yùn)動時，穿過線框的磁通量逐漸減少，根據(jù)楞次定律可知產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r針且方向不發(fā)生變化，選項(xiàng)A錯誤，B正確；因線框上下兩邊所在處的磁場強(qiáng)弱不同，線框所受的安培力的合力一定不為零，選項(xiàng)C錯誤；整個線框所受的安培力的合力豎直向上，對線框做負(fù)功，線框的機(jī)械能減小，選項(xiàng)D錯誤5. (多選)如圖1517所示，兩根足夠長的光滑導(dǎo)軌豎直放置，間距為L，底端接阻值為R的電阻將質(zhì)量為m的金屬棒懸掛在一個固定的輕彈簧下端，金屬棒和導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直，除電阻R外其余電阻均不計(jì)現(xiàn)將金屬棒從彈簧原長位置由靜止釋放，則()圖1517A釋放瞬間金屬棒的加速度等于重力加速度gB金屬棒向下運(yùn)動時，流過電阻R的電流方向?yàn)閍bC金屬棒的速度為v時，所受的安培力大小為FD電阻R上產(chǎn)生的總熱量等于金屬棒重力勢能的減少AC金屬棒剛釋放時，彈簧處于原長，此時彈力為零，又因此時速度為零，因此也不受安培力作用，金屬棒只受重力作用，其加速度應(yīng)等于重力加速度，故選項(xiàng)A正確；金屬棒向下運(yùn)動時，由右手定則可知，在金屬棒上電流方向向右，電阻等效為外電路，其電流方向?yàn)閎a，故選項(xiàng)B錯誤；金屬棒速度為v時，安培力大小為FBIL，I，由以上兩式得F，故選項(xiàng)C正確；金屬棒下落過程中，由能量守恒定律知，金屬棒減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能、金屬棒的動能以及電阻R上產(chǎn)生的內(nèi)能，因此選項(xiàng)D錯誤6(多選)如圖1518所示，有兩根和水平方向成角的光滑平行的金屬軌道，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)過足夠長的時間后，金屬桿的速度會趨近于一個最大速度vm，則 () 【導(dǎo)學(xué)號：24622029】圖1518A如果B增大，vm將變大B如果變大，vm將變大C如果R變大，vm將變大D如果m變小，vm將變大BC金屬桿由靜止開始滑下的過程中，金屬桿就是一個電源，與電阻R構(gòu)成一個閉合回路；其受力情況如圖所示，根據(jù)牛頓第二定律得：mgsin ma所以金屬桿由靜止開始做加速度減小的加速運(yùn)動，當(dāng)a0，即mgsin 時，此時達(dá)到最大速度vm，可得：vm，故由此式知選項(xiàng)B、C正確二、非選擇題(14分)7.如圖1519所示，電阻r0.3 、質(zhì)量m0.1 kg的金屬棒CD靜止在位于水平面上的兩條平行光滑的金屬導(dǎo)軌上，棒與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，導(dǎo)軌的左端接有阻值為R0.5 的電阻，有一個理想電壓表接在電阻R的兩端，垂直導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場向下穿過導(dǎo)軌平面現(xiàn)給金屬棒加一個水平向右的恒定外力F，觀察到電壓表的示數(shù)逐漸變大，最后穩(wěn)定在1.0 V，此時導(dǎo)體棒的速度為2 m/s.圖1519(1)求拉動金屬棒的外力F的大小(2)當(dāng)電壓表讀數(shù)穩(wěn)定后某一時刻，撤去外力F，求此后電阻R上產(chǎn)生的熱量【解析】(1)金屬棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢EBLv電路中的感應(yīng)電流I金屬棒受到的安培力F安BIL金屬棒勻速運(yùn)動時有FF安由題意可知E(Rr)聯(lián)立以上各式解得F1.6 N.(2)金屬棒的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則mv2Q電阻R上產(chǎn)生的熱量QRQ解得QR0.125 J.【答案】(1)1.6 N(2)0.125 J能力提升練(時間：25分鐘分值：50分)一、選擇題(本題共4小題，每小題6分，共24分)1.如圖1520所示，abcd為水平放置的平行“”形光滑金屬導(dǎo)軌，間距為l，導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，已知金屬桿MN傾斜放置，與導(dǎo)軌成角，單位長度的電阻為r，保持金屬桿以速度v沿平行于cd的方向滑動(金屬桿滑動過程中與導(dǎo)軌接觸良好)則()圖1520A電路中感應(yīng)電動勢的大小為B電路中感應(yīng)電流的大小為C金屬桿所受安培力的大小為D金屬桿的熱功率為B金屬桿的運(yùn)動方向與金屬桿不垂直，電路中感應(yīng)電動勢的大小為EBlv(l為切割磁感線的有效長度)，選項(xiàng)A錯誤；電路中感應(yīng)電流的大小為I，選項(xiàng)B正確；金屬桿所受安培力的大小為FBIlB，選項(xiàng)C錯誤；金屬桿的熱功率為PI2R，選項(xiàng)D錯誤2. (多選)如圖1521所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向豎直向下，在磁場中有一個邊長為L的正方形剛性金屬框，ab邊的質(zhì)量為m，電阻為R，其他三邊的質(zhì)量和電阻均不計(jì)cd邊上裝有固定的水平軸，將金屬框自水平位置由靜止釋放，第一次轉(zhuǎn)到豎直位置時，ab邊的速度為v，不計(jì)一切摩擦，重力加速度為g，則在這個過程中，下列說法正確的是 ()圖1521A通過ab邊的電流方向?yàn)閍bBab邊經(jīng)過最低點(diǎn)時的速度vCab邊經(jīng)過最低點(diǎn)時的速度vD金屬框中產(chǎn)生的焦耳熱為mgLmv2CDab邊向下擺動過程中，金屬框內(nèi)磁通量逐漸減小，根據(jù)楞次定律及右手螺旋定則可知感應(yīng)電流方向?yàn)閎a，選項(xiàng)A錯誤；ab邊由水平位置到達(dá)最低點(diǎn)過程中，機(jī)械能一部分轉(zhuǎn)化為焦耳熱，故vd.一質(zhì)量為m、邊長為d的正方形線框由距區(qū)域上邊界某一高度處靜止釋放，在穿過兩磁場區(qū)域的過程中，通過線框的電流及其變化情況相同重力加速度為g，空氣阻力忽略不計(jì)則下列說法正確的是 ()圖1522A線框進(jìn)入?yún)^(qū)域時與離開區(qū)域時的電流方向相同B線框進(jìn)入?yún)^(qū)域時與離開區(qū)域時所受安培力的方向相同C線框有可能勻速通過磁場區(qū)域D線框通過區(qū)域和區(qū)域產(chǎn)生的總熱量為Q2mg(dh)BD由楞次定律可知，線框進(jìn)入?yún)^(qū)域時感應(yīng)電流為逆時針方向，而離開區(qū)域時的電流方向?yàn)轫槙r針方向，故選項(xiàng)A錯誤；由楞次定律可知，線框進(jìn)入?yún)^(qū)域時與離開區(qū)域時所受安培力的方向相同，均向上，選項(xiàng)B正確；因穿過兩磁場區(qū)域的過程中，通過線框的電流及其變化情況相同，則可知線圈進(jìn)入磁場區(qū)域一定是減速運(yùn)動，選項(xiàng)C錯誤；線圈離開磁場區(qū)域的速度應(yīng)等于離開磁場區(qū)域的速度，則在此過程中，線圈的機(jī)械能的減小量等于線圈通過磁場區(qū)域產(chǎn)生的電能，即Q2mg(dh)，則線框通過區(qū)域和區(qū)域產(chǎn)生的總熱量為Q2Q22mg(dh)，選項(xiàng)D正確；故選B、D.4. (多選)如圖1523所示，電阻不計(jì)、相距L的兩條足夠長的平行金屬導(dǎo)軌傾斜放置，與水平面的夾角為，整個空間存在垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，導(dǎo)軌上固定有質(zhì)量為m，電阻為R的兩根相同的導(dǎo)體棒，導(dǎo)體棒MN上方軌道粗糙下方光滑，將兩根導(dǎo)體棒同時釋放后，觀察到導(dǎo)體棒MN下滑而EF始終保持靜止，當(dāng)MN下滑的距離為s時，速度恰好達(dá)到最大值vm，則下列敘述正確的是 () 【導(dǎo)學(xué)號：24622030】圖1523A導(dǎo)體棒MN的最大速度vmB此時導(dǎo)體棒EF與軌道之間的靜摩擦力為mgsin C當(dāng)導(dǎo)體棒MN從靜止開始下滑s的過程中，通過其橫截面的電荷量為D當(dāng)導(dǎo)體棒MN從靜止開始下滑s的過程中，導(dǎo)體棒MN中產(chǎn)生的熱量為mgssin mvAC當(dāng)MN下滑到最大速度時滿足：mgsin ，解得vm，選項(xiàng)A正確；此時導(dǎo)體棒滿足mgsin F安f靜，故此時導(dǎo)體棒EF與軌道之間的靜摩擦力大于mgsin ，選項(xiàng)B錯誤；當(dāng)導(dǎo)體棒MN從靜止開始下滑s的過程中，通過其橫截面的電荷量為q，選項(xiàng)C正確；當(dāng)導(dǎo)體棒MN從靜止開始下滑s的過程中，兩個導(dǎo)體棒中產(chǎn)生的總熱量為mgsin mv，則MN中產(chǎn)生的熱量是(mgssin mv)，選項(xiàng)D錯誤；故選A、C.二、非選擇題(本題共2小題，共26分)5(10分)如圖1524所示，相距為L的光滑平行金屬導(dǎo)軌ab、cd固定在水平桌面上，上面放有兩根垂直于導(dǎo)軌的金屬棒MN和PQ，金屬棒質(zhì)量均為m，電阻值均為R.其中MN被系于中點(diǎn)的細(xì)繩束縛住，PQ的中點(diǎn)與一繞過定滑輪的細(xì)繩相連，繩的另一端系一質(zhì)量也為m的物塊，繩處于拉直狀態(tài)整個裝置放于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B.若導(dǎo)軌的電阻、滑輪的質(zhì)量及一切摩擦均忽略不計(jì)，當(dāng)物塊由靜止釋放后，求：(重力加速度為g，金屬導(dǎo)軌足夠長，與MN、PQ相連的繩跟MN、PQ垂直)圖1524(1)細(xì)繩對金屬棒MN的最大拉力；(2)金屬棒PQ能達(dá)到的最大速度【解析】(1)對棒PQ，開始時做加速度逐漸減小、速度逐漸增大的變加速運(yùn)動，當(dāng)加速度為零時，速度達(dá)到最大，此時感應(yīng)電流最大此后棒PQ做勻速直線運(yùn)動對棒PQ，F(xiàn)安BLImmg對棒MN，F(xiàn)mF安BLImmg.(2)對棒PQ，F(xiàn)安mg0時速度最大EBLvm，Im，F(xiàn)安BLIm解得vm.【答案】(1)mg(2)6(16分)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.2 T，磁場寬度l4 m，一正方形金屬框邊長為l1 m，每邊的電阻r0.2 ，金屬框以v10 m/s的速度勻速穿過磁場區(qū)，其平面始終保持與磁感線方向垂直，如圖1525所示求：圖1525(1)畫出金屬框穿過磁場區(qū)的過程中，各階段的等效電路圖；(2)畫出金屬框穿過磁場區(qū)的過程中，金屬框內(nèi)感應(yīng)電流的it圖線；(要求寫出作圖依據(jù))(3)畫出ab兩端電壓的Ut圖線(要求寫出作圖依據(jù))【解析】(1)如圖(a)所示，金屬框的運(yùn)動過程分為三個階段：第階段cd相當(dāng)于電源；第階段cd和ab相當(dāng)于開路時兩并聯(lián)的電源；第階段ab相當(dāng)于電源