【物理】電磁感應中的力學和能量問題（框模型）課件-2023-2024學年高二下人教版（2019）選擇性必修第二冊

電磁感應中的力學和能量問題

——“框”模型Ld1．如圖，在光滑水平桌面上有一邊長為L、電阻為R的正方形導線框；在導線框右側有一寬度為d（d＞L

）的條形勻強磁場區(qū)域，磁場的邊界與導線框的一邊平行，磁場方向豎直向下。導線框以某一初速度向右運動，t=0是導線框的的右邊恰與磁場的左邊界重合，隨后導線框進入并通過磁場區(qū)域。下列v-t圖象中，可能正確描述上述過程的是()A

BCD2.如圖所示，邊長為a的正方形鋁框平放在光滑絕緣水平桌面上，桌面上有邊界平行、寬為b且足夠長的勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直于桌面，鋁框依靠慣性滑過磁場區(qū)域，滑行過程中鋁框平面始終與磁場垂直且一邊與磁場邊界平行，已知a<b，在滑入和滑出磁場區(qū)域的兩個過程中（）A．鋁框所用時間相同 B．鋁框上產(chǎn)生的熱量相同C．鋁框中的電流方向相同 D．安培力對鋁框的沖量相同abcd3.如圖，空間中存在一勻強磁場區(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；紙面內磁場上方有一個正方形導線框abcd，其上、下兩邊均為磁場邊界平行，邊長小于磁場上、下邊界的間距。若線框自由下落，從ab邊進入磁場時開始，直至ab邊到達磁場下邊界為止，線框下落的速度大小可能(

)A．始終減小B．始終不變C．始終增加D．先減小后增加4.如圖甲所示，MN和M′N′是勻強磁場區(qū)域的水平邊界，磁感應強度為B，磁場方向與線框平面垂直．現(xiàn)正方形金屬線框abcd由距MN的某一高度從靜止開始下落，圖乙是金屬線框由開始下落到完全穿過勻強磁場區(qū)域的v－t圖像．已知金屬線框的質量為m，電阻為R，當?shù)氐闹亓铀俣葹間，圖像中坐標軸上所標出的字母v1、v2、v3、t1、t2、t3、t4均為已知量．(下落過程中bc邊始終水平)根據(jù)題中所給條件，以下說法正確的是()A．可以求出金屬框的邊長B．線框穿出磁場時間(t4－t3)等于進入磁場時間(t2－t1)C．線框穿出磁場與進入磁場過程所受安培力方向相同D．線框穿出磁場與進入磁場過程產(chǎn)生的焦耳熱相等由線框運動的v－t圖像，可知：0～t1線框自由下落，t1～t2線框進入磁場，t2～t3線框在磁場中只受重力作用加速下降，t3～t4線框離開磁場．線框的邊長l＝v3(t4－t3)由于線框離開時的速度v3大于進入時的平均速度，因此線框穿出磁場時間小于進入磁場時間.線框穿出磁場與進入磁場過程所受安培力方向都豎直向上.線框進入磁場mgl＝Q1＋1/2mv22－1/2mv12，線框離開磁場mgl＝Q2，可見Q1<Q2.lL123456線框于磁場上方h處靜止釋放：hl<L過程分析：未進入磁場前自由落體運動；進入磁場；在磁場中，以加速度g，加速運動；穿出磁場；離開磁場之后，以加速度g，加速運動。lL過程分析：未進入磁場前自由落體運動；進入磁場；在磁場中，以加速度g，加速運動；穿出磁場；離開磁場之后，以加速度g，加速運動。l=LlL過程分析：未進入磁場前自由落體運動；進入磁場；在磁場中，以加速度g，加速運動；穿出磁場；離開磁場之后，以加速度g，加速運動。l>L5.如圖所示，在平行于水平地面的勻強磁場上方有三個線圈，從相同的高度由靜止開始同時下落。三個線圈都是由相同的金屬材料制成的大小相同的正方形線圈。A線圈有一個缺口，B、C都是閉合的，但是B線圈的導線比C線圈的粗，關于它們落地時間的說法正確的是（）A.三線圈中A落地時間最短B.三線圈落地時間相同C.B、C兩線圈落地時間相同D.B線圈落地時間比C線圈短設線圈B、C落地時的速度大小分別為v1、v2，在磁場中運動時產(chǎn)生的熱量分別為Q1、Q2。不計空氣阻力，則A．v1

<v2，Q1<Q2

B．v1

=v2，Q1=Q2C．v1

<v2，Q1>Q2

D．v1

=v2，Q1>Q26.如圖所示，在光滑水平面上方，有兩個磁感應強度大小均為B、方向相反的水平勻強磁場，如圖所示，PQ為兩個磁場的邊界，磁場范圍足夠大。一個邊長為a

，質量為m，電阻為R的正方形金屬線框垂直磁場方向，以速度v從圖示位置向右運動，當線框中心線AB運動到PQ重合時，線框的速度為v/2，則（）A．此時線框中的電功率為4B2a2v2/RB．此時線框的加速度為4B2a2v/(mR)C．此過程通過線框截面的電量為Ba2/RD．此過程回路產(chǎn)生的電能為0.75mv2

10.如圖所示，“凸”字形硬質金屬線框質量為m，相鄰各邊互相垂直，且處于同一豎直平面內，ab邊長為l，cd邊長為2l，ab與cd平行，間距為2l。勻強磁場區(qū)域的上下邊界均水平，磁場方向垂直于線框所在平面。開始時，cd邊到磁場上邊界的距離為2l，線框由靜止釋放，從cd邊進入磁場直到ef、pq邊進入磁場前，線框做勻速運動。在ef、pq邊離開磁場后，ab邊離開磁場之前，線框又做勻速運動。線框完全穿過磁場過程中產(chǎn)生的熱量為Q。線框在下落過程中始終處于原豎直平面內，且ab、cd邊保持水平，重力加速度為g。求(1)線框ab邊將離開磁場時做勻速運動的速度大小是cd邊剛進入磁場時的幾倍；(2)磁場上下邊界間的距離H?！皸U”或“框”產(chǎn)生的焦耳熱問題——巧選研究過程。11.如圖所示，一質量m=0.5kg的“日”字形勻質導線框“abdfeca”靜止在傾角α=37°的粗糙斜面上，線框各段長ab=cd=ef=ac=bd=ce=df=L=0.5m，ef與斜面底邊重合，線框與斜面間的動摩擦因數(shù)μ=0.25，ab、cd、ef三段的阻值相等、均為R=0.4Ω，其余部分電阻不計。斜面所在空間存在一有界矩形勻強磁場區(qū)域GIJH，其寬度GI=HJ=L，長度IJ>L，IJ//ef，磁場垂直斜面向上，磁感應強度B=1T?，F(xiàn)用一大小F=5N、方向沿斜面向上且垂直于ab的恒力作用在ab中點，使線框沿斜面向上運動，ab進入磁場時線框恰好做勻速運動。若不計導線粗