2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí)課時(shí)作業(yè)三十六電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)能量和動(dòng)量問題【含答案】

電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)、能量和動(dòng)量問題[雙基鞏固練]1．如圖所示，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(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)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(shí)間內(nèi)，力F做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于()A．棒的機(jī)械能增加量B．棒的動(dòng)能增加量C．棒的重力勢(shì)能增加量D．電阻R上放出的熱量2．(多選)一空間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，兩條電阻不計(jì)的平行光滑導(dǎo)軌豎直放置在磁場(chǎng)內(nèi)，如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T，導(dǎo)體棒ab、cd長度均為0.2m，電阻均為0.1Ω，重力均為0.1N，現(xiàn)用力向上拉動(dòng)導(dǎo)體棒ab，使之勻速上升(導(dǎo)體棒ab、cd與導(dǎo)軌接觸良好)，此時(shí)cd靜止不動(dòng)，則ab上升時(shí)，下列說法正確的是()A．a(chǎn)b受到的拉力大小為2NB．a(chǎn)b向上運(yùn)動(dòng)的速度為2m/sC．在2s內(nèi)，拉力做功，有0.4J的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能D．在2s內(nèi)，拉力做功為0.6J3．如圖所示，紙面內(nèi)有一矩形導(dǎo)體閉合線框abcd，ab邊長大于bc邊長，置于垂直紙面向里、邊界為MN的勻強(qiáng)磁場(chǎng)外，線框兩次勻速地完全進(jìn)入磁場(chǎng)，兩次速度大小相同，方向均垂直于MN.第一次ab邊平行MN進(jìn)入磁場(chǎng)，線框上產(chǎn)生的熱量為Q1，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q1；第二次bc邊平行MN進(jìn)入磁場(chǎng)，線框上產(chǎn)生的熱量為Q2，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q2，則()A．Q1>Q2，q1＝q2B．Q1>Q2，q1>q2C．Q1＝Q2，q1＝q2D．Q1＝Q2，q1>q24．[2021·山西晉城一模](多選)如圖所示，U形光滑金屬導(dǎo)軌與水平面成37°角傾斜放置，現(xiàn)將一金屬桿垂直放置在導(dǎo)軌上且與兩軌道接觸良好，在與金屬桿垂直且沿著導(dǎo)軌向上的外力F的作用下，金屬桿從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)．整個(gè)裝置處于垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，外力F的最小值為8N，經(jīng)過2s金屬桿運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)軌最上端并離開導(dǎo)軌．已知U形金屬導(dǎo)軌兩軌道之間的距離為1m，導(dǎo)軌電阻可忽略不計(jì)，金屬桿的質(zhì)量為1kg、電阻為1Ω，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為1T，重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.下列說法正確的是()A．拉力F是恒力B．拉力F隨時(shí)間t均勻增加C．拉力F的最大值等于12ND．金屬桿運(yùn)動(dòng)的加速度大小為2m/s25．[2021·湖北五校聯(lián)考]如圖所示，固定在同一絕緣水平面內(nèi)的兩平行長直金屬導(dǎo)軌，間距為1m，其左側(cè)用導(dǎo)線接有兩個(gè)阻值均為R＝1Ω的電阻，整個(gè)裝置處在磁感應(yīng)強(qiáng)度B方向豎直向上、大小為1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．一質(zhì)量為1kg的金屬桿MN垂直于導(dǎo)軌放置，已知桿接入電路的電阻為1Ω，桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.3.對(duì)桿施加方向水平向右、大小為10N的拉力F，桿從靜止開始沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，桿與導(dǎo)軌始終保持良好接觸，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，重力加速度大小g＝10m/s2.則當(dāng)桿的速度大小為3m/s時(shí)()A．桿MN的加速度大小為3m/s2B．通過桿MN的電流為1A，方向從M到NC．桿MN兩端的電壓為1VD．桿MN產(chǎn)生的電功率為1W6．如圖所示，水平面上固定著兩根相距L且電阻不計(jì)的足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌處于方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，銅棒a、b的長度均等于兩導(dǎo)軌的間距、電阻均為R、質(zhì)量均為m，銅棒平行地靜止在導(dǎo)軌上且與導(dǎo)軌接觸良好．現(xiàn)給銅棒a一個(gè)平行導(dǎo)軌向右的瞬時(shí)沖量I，關(guān)于此后的過程，下列說法正確的是()A．回路中的最大電流為eq\f(BLI,mR)B．銅棒b的最大加速度為eq\f(B2L2I,2m2R)C．銅棒b獲得的最大速度為eq\f(I,m)D．回路中產(chǎn)生的總焦耳熱為eq\f(I2,2m)7．如圖所示，足夠長的粗糙絕緣斜面與水平面成θ＝37°角，在斜面上虛線aa′和bb′與斜面底邊平行，在aa′、bb′圍成的區(qū)域有垂直斜面向上的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝1T；現(xiàn)有一質(zhì)量為m＝10g、總電阻為R＝1Ω、邊長為d＝0.1m的正方形金屬線圈MNPQ，讓PQ邊與斜面底邊平行，從斜面上端靜止釋放，線圈剛好勻速穿過磁場(chǎng)．已知線圈與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.5，(g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)求：(1)線圈進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，受到的安培力大??；(2)線圈釋放時(shí)，PQ邊到bb′的距離；(3)整個(gè)線圈穿過磁場(chǎng)的過程中，線圈上產(chǎn)生的焦耳熱．[綜合提升練]8．[中考真題試卷·太原模擬]如圖甲中，兩平行光滑金屬導(dǎo)軌放置在水平面上且間距為L，左端接電阻R，導(dǎo)軌電阻不計(jì)．整個(gè)裝置處于方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．將質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒ab置于導(dǎo)軌上．當(dāng)ab受到垂直于金屬棒的水平外力F的作用由靜止開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)與金屬棒速度v的關(guān)系如圖乙所示．已知ab與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好，設(shè)ab中的感應(yīng)電流為I，ab受到的安培力大小為F安，R兩端的電壓為UR，R的電功率為P，則下圖中正確的是()9．如圖甲所示，足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ水平放置且間距L＝0.3m，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)，其間連接有阻值R＝0.8Ω的定值電阻，開始時(shí)放置著垂直導(dǎo)軌的金屬桿ab，金屬桿質(zhì)量為m＝0.1kg、電阻r＝0.4Ω，金屬桿與導(dǎo)軌接觸良好，金屬桿與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.1，整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T．金屬桿ab在與之垂直的水平外力F作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng)，理想電壓傳感器即時(shí)采集電壓U并輸入電腦，獲得的電壓U隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖乙所示，g取10m/s2.(1)求金屬桿在0～1.0s內(nèi)通過的位移；(2)求1.0s末拉力F的瞬時(shí)功率；(3)若在0～3.0s內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量是0.45J，則外力F做的功是多少？10．[中考真題試卷·浙江寧波適應(yīng)性]為了探究導(dǎo)體棒在有磁場(chǎng)存在的斜面上的運(yùn)動(dòng)情況，設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置，MN、M′N′是兩條相距為L＝0.5m的足夠長的金屬導(dǎo)軌，放置在傾角均為θ＝30°的對(duì)稱斜面上，兩導(dǎo)軌平滑連接，連接處水平，兩導(dǎo)軌右側(cè)接有阻值為R＝0.8Ω的定值電阻，導(dǎo)軌電阻不計(jì)．整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝1T，方向垂直于左邊斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．質(zhì)量為m＝0.1kg，電阻為r＝0.2Ω的導(dǎo)體棒Ⅰ從左側(cè)導(dǎo)軌上足夠高處自由釋放，運(yùn)動(dòng)到底端時(shí)與放置在導(dǎo)軌底端的質(zhì)量也為m＝0.1kg的絕緣棒Ⅱ發(fā)生完全彈性碰撞．若不計(jì)棒與導(dǎo)軌間的摩擦阻力，運(yùn)動(dòng)過程中棒Ⅰ和棒Ⅱ與導(dǎo)軌接觸良好且始終與導(dǎo)軌垂直，g＝10m/s2.(1)第一次碰撞后，求棒Ⅱ沿右側(cè)斜面上滑的最大高度h；(2)第二次碰撞后，棒Ⅰ沿左側(cè)斜面上滑的最大距離為s＝0.25m，求該過程的時(shí)間；(3)從釋放棒Ⅰ到系統(tǒng)狀態(tài)不再發(fā)生變化的整個(gè)過程中，若電阻R產(chǎn)生的熱量為Q＝0.64J，求棒Ⅰ釋放點(diǎn)的高度H.課時(shí)作業(yè)(三十六)1．解析：棒受重力G、拉力F和安培力F安的作用．由動(dòng)能定理：WF＋WG＋W安＝ΔEk得WF＋W安＝ΔEk＋mgh，即力F做的功與安培力做功的代數(shù)和等于機(jī)械能的增加量，選項(xiàng)A正確．答案：A2．解析：對(duì)導(dǎo)體棒cd分析：mg＝BIl＝eq\f(B2l2v,R總)，得v＝2m/s，故選項(xiàng)B正確；對(duì)導(dǎo)體棒ab分析：F＝mg＋BIl＝0.2N，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在2s內(nèi)拉力做功轉(zhuǎn)化的電能等于克服安培力做的功，即W＝F安vt＝0.4J，選項(xiàng)C正確；在2s內(nèi)拉力做的功為Fvt＝0.8J，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案：BC3．解析：設(shè)線框邊長ab＝l1，bc＝l2，線框中產(chǎn)生的熱量Q1＝I2Rt＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Bl1v,R）)2·R·eq\f(l2,v)＝eq\f(B2l\o\al(2,1)l2v,R)＝eq\f(B2l1l2v,R)l1，Q2＝eq\f(B2l1l2v,R)l2，由于l1>l2，所以Q1>Q2.通過線框?qū)w橫截面的電荷量q＝eq\o(I,\s\up6(－）·Δt＝eq\f(\o(E,\s\up6(－）,R)·Δt＝eq\f(ΔΦ,R)＝eq\f(Bl1l2,R)，故q1＝q2，A選項(xiàng)正確．答案：A4．解析：t時(shí)刻，金屬桿的速度大小為v＝at，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝Blv，電路中的感應(yīng)電流為I＝eq\f(Blv,R)，金屬桿所受的安培力大小為F安＝BIl＝eq\f(B2l2at,R)，由牛頓第二定律可知F＝ma＋mgsin37°＋eq\f(B2l2at,R)，可見F是t的一次函數(shù)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；t＝0時(shí)，F(xiàn)最小，代入數(shù)據(jù)可求得a＝2m/s2，t＝2s時(shí)，F(xiàn)最大，最大值為12N，選項(xiàng)C、D正確．答案：BCD5．解析：MN切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLv＝1×1×3V＝3V，感應(yīng)電流I＝eq\f(E,r＋\f(R·R,R＋R）＝eq\f(3,1＋\f(1×1,1＋1）A＝2A，對(duì)金屬桿，由牛頓第二定律得F－BIL－μmg＝ma，代入數(shù)據(jù)解得a＝5m/s2，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由A項(xiàng)解析可知，流過MN的電流為2A，由右手定則可知，電流方向?yàn)閺腗到N，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；MN兩端的電壓U＝IR外＝2×eq\f(1×1,1＋1)V＝1V，選項(xiàng)C正確；桿MN產(chǎn)生的電功率P＝I2r＝22×1W＝4W，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案：C6．解析：給銅棒a一個(gè)平行導(dǎo)軌的瞬時(shí)沖量I，此時(shí)銅棒a的速度最大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，回路中電流最大，每個(gè)棒受到的安培力最大，其加速度最大，I＝mv0，v0＝eq\f(I,m)，銅棒a產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E＝BLv0，回路電流I0＝eq\f(E,2R)＝eq\f(BLI,2mR)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；此時(shí)銅棒b受到安培力F＝BI0L，其加速度a＝eq\f(F,m)＝eq\f(IB2L2,2Rm2)，選項(xiàng)B正確；此后銅棒a做變減速運(yùn)動(dòng)，銅棒b做變加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)二者達(dá)到共同速度時(shí)，銅棒b速度最大，據(jù)動(dòng)量守恒，mv0＝2mv，銅棒b最大速度v＝eq\f(I,2m)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)·2mv2＝eq\f(I2,4m)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案：B7．解析：(1)對(duì)線圈受力分析有：F安＋μmgcosθ＝mgsinθ代入數(shù)據(jù)得F安＝2×10－2N.(2)F安＝BId，E＝Bvd，I＝eq\f(E,R)解得F安＝eq\f(B2d2v,R).代入數(shù)據(jù)得v＝2m/s線圈進(jìn)入磁場(chǎng)前做勻加速運(yùn)動(dòng)，a＝gsinθ－μgcosθ＝2m/s2線圈釋放時(shí)，PQ邊到bb′的距離x＝eq\f(v2,2a)＝1m.(3)由于線圈剛好勻速穿過磁場(chǎng)，則磁場(chǎng)寬度等于d＝0.1m，由功能關(guān)系得Q＝－W安＝F安·2d解得Q＝4×10－3J答案：(1)2×10－2N(2)1m(3)4×10－3J8．解析：由題圖乙可得F＝F0－kv，金屬棒切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E＝BLv，金屬棒中電流I＝eq\f(BLv,R＋r)，金屬棒受安培力F安＝BIL，對(duì)金屬棒根據(jù)牛頓第二定律：F－F安＝ma，代入得：F0－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(k＋\f(B2L2,R＋r）)v＝ma，所以金屬棒做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加速度減為零時(shí)，做勻速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A正確；F安＝eq\f(B2L2v,R＋r)，UR＝eq\f(BLv,R＋r)R，R消耗的功率P＝eq\f(U\o\al(2,R),R)，選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤．答案：A9．解析：(1)由圖象知U＝kt＝0.2t，金屬桿切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E＝BLv，電壓傳感器測(cè)電阻R兩端的電壓，故U＝eq\f(R,R＋r)E，聯(lián)立得v＝0.2×eq\f(R＋r,BLR)t，由于R、r、B及L均為常數(shù)，所以v與t成正比，即金屬桿做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度為a＝eq\f(R＋r,BLR)×0.2＝2.0m/s2.金屬桿在0～1.0s內(nèi)的位移x＝eq\f(1,2)at2＝1m.(2)在第1s末桿的速度v＝at＝2m/s，安培力FA＝BIL＝eq\f(B2L2v,R＋r)＝3.75×10－2N，由牛頓第二定律得F－FA－μmg＝ma，解得F＝0.3375N，故1s末拉力F的瞬時(shí)功率P＝Fv＝0.675W.(3)0～3s內(nèi)R上產(chǎn)生的熱量是Q＝0.45J，則回路中總的熱量是Q總＝eq\f(R＋r,R)Q＝0.675J，摩擦生熱μmgx′＝0.9J，金屬桿的動(dòng)能eq\f(1,2)mv′2＝1.8J，由功能關(guān)系得WF＝eq\f(1,2)mv′2＋μmgx′＋Q總＝3.375J.答案：(1)1m(2)0.675W(3)3.375J10．解析：(1)棒Ⅰ從足夠高處滑下，到導(dǎo)軌底端前已經(jīng)勻速，根據(jù)平衡條件可得mgsinθ＝BIL，其中I/r/