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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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