20xx教科版高中物理選修3-2第1章第5節(jié)電磁感應中的能量轉化與守恒(編輯修改稿)
2025-01-13 03:13 本頁面
【文章內容簡介】 處在一勻強磁場中，磁場方向垂直于斜面向上．質量為 m、電阻可以忽略不計的金屬棒 ab，在沿著斜面與金屬棒垂直的恒力 F 作用下沿導軌勻速上滑，且上升的高度為 h，在這一過程中 ( ) 圖 6 A．作用于金屬棒上的各個力的合力所做的功等于零 B．作用于金屬棒上的各個力的合力所做的功等于 mgh 與電阻 R上產生的焦耳熱之和 C．恒力 F 與安培力的合力所做的功等于零 D．恒力 F 與重力的合力所做的功等于電阻 R 上產生的焦耳熱 答案 AD 解析 金屬棒勻速上滑的過程中，對金屬棒受力分析可知，有三個力對金屬棒做功，恒力 F 做正功，重力做負功，安培力阻礙金屬棒相對運動，沿斜面向下，做負功．勻速運動時，所受合 力為零，故合力做功為零， A 正確；克服安培力做多少功就有多少其他形式的能轉化為電路中的電能，電能又等于 R上產生的焦耳熱，故外力 F與重力的合力所做的功等于電阻 R上產生的焦耳熱， D 正確． 3. 如圖 7所示，長為 L寬為 L2的矩形線圈的電阻為 R，處于磁感應 強度為 B的勻強磁場邊緣，線圈與磁感線垂直，求將線圈以向右的速度 v勻速拉出磁場的過程中， 圖 7 (1)拉力 F 的大??； (2)線圈中產生的電熱 Q. 答案 (1)B2L22vR (2)B2L22L1vR 解析 (1)線圈被拉出磁場時，線圈所受的拉力與安培力等大反向，故 F＝ BIL2 I＝ ER 線圈中產生的感應電動勢為 E＝ BL2v 聯(lián)立上式得 F＝ B2L22vR (2)方法一 線圈被拉出磁 場時所用的時間 t＝ L1v 所以線圈中產生的電熱 Q＝ I2Rt＝ B2L22L1vR 方法二 線圈中產生的電熱等于拉力所做的功，故 Q＝ W＝ FL1＝ B2L22L1vR . 題組一 電磁感應中的動力學問題 1. 如圖 1所示，在一勻強磁場中有一 U形導線框 abcd，線框處于水平面內，磁場與線框平面垂直， R 為一電阻， ef 為垂直于 ab的一根導體桿，它可在 ab、 cd 上無摩擦地滑動．桿 ef 及線框中導線的電阻都可不計．開始時，給 ef 一個向 右的初速度，則 ( ) 圖 1 A． ef 將減速向右運動，但不是勻減速 B． ef 將勻減速向右運動，最后停止 C． ef 將勻速向右運動 D． ef 將往返運動 答案 A 解析 ef 向右運動，切割磁感線，產生感應電動勢和感應電流，會受到向左的安培力而做減速運動，直到停止，但不是勻減速，由 F＝ BIL＝ B2L2vR ＝ ma 知， ef 做的是加速度逐漸減小的減速運動，故 A 正確． 2. 如圖 2 所示，金屬棒 ab 置于水平放置的光滑框架 cdef上， ab 棒與框架接觸良好，勻強磁場垂直于 ab 棒斜向下．從某時刻開始磁感應強 度均勻減小，同時施加一個水平方向上的外力 F 使ab 棒保持靜止，則 F( ) 圖 2 A．方向向右，且為恒力 B．方向向右，且為變力 C．方向向左，且為變力 D．方向向左，且為恒力 答案 C 解析 由 E＝ nΔ BΔ t S 可知，因磁感應強度均勻減小，感應電動勢 E恒定，由 F 安 ＝ BIL， I＝ ER可知， ab 棒受到的安培力隨 B 的減小而均勻變小，由外力 F＝ F 安 可知，外力 F 也均勻減小，為變力，由左手定則可判斷 F 安 水平向右，所以外力 F水平向左，故 C 正確． 3. 如圖 3所示，有兩根和水平方 向成 α 角的光滑平行的金屬軌道，間距為 l，上端接有可變電阻 R，下端足夠長，空間有垂直于軌道平面的勻強磁場，磁感應強度為 m的金屬桿從軌道上由靜止滑下，經過足夠長的時間后，金屬桿的速度會趨于一個最大速度 vm，除 R 外其余電阻不計，則 ( ) 圖 3 A．如果 B 變大， vm將變大 B．如果 α 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 答案 BC 解析 金屬桿從軌道上滑下切割磁感線產生感應電動勢 E＝ Blv，在閉合電路中形成電流 I＝BlvR ，因此金屬桿從 軌道上滑下的過程中除受重力、軌道的彈力外還受安培力 F 作用， F＝ BIl＝B2l2vR ，先用右手定則判定感應電流的方向，
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