电磁感应中的动力学及能量问题
课后篇巩固提升
基础巩固
1.(多选)
如图所示,有两根和水平方向成α角的光滑平行的金属轨道,间距为l,上端接有可变电阻R,下端足够长,空间有垂直于轨道平面的匀强磁场,磁感应强度为B。一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下,经过足够长的时间后,金属杆的速度会趋于一个最大速度vm,除R外其余电阻不计,则( )
A.如果B变大,vm将变大 B.如果α变大,vm将变大
C.如果R变大,vm将变大 D.如果m变小,vm将变大
解析
金属杆从轨道上滑下切割磁感线产生感应电动势E=Blv,在闭合电路中形成电流I=BlvR,因此金属杆从轨道上滑下的过程中除受重力、轨道的弹力外还受安培力F作用,F=BIl=B2l2vR,先用右手定则判定感应电流方向,再用左手定则判定出安培力方向,如图所示。根据牛顿第二定律,得mgsin α-B2l2vR=ma,当a=0时,v=vm,解得vm=mgRsinαB2l2,故选项B、C正确。
答案BC
2.(多选)如图所示,两足够长平行金属导轨固定在水平面上,匀强磁场方向垂直导轨平面向下,金属棒ab、cd与导轨构成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动,两金属棒ab、cd的质量之比为2∶1。用一沿导轨方向的恒力F水平向右拉金属棒cd,经过足够长时间以后( )
A.金属棒ab、cd都做匀速运动
B.金属棒ab上的电流方向是由b向a
8
C.金属棒cd所受安培力的大小等于2F3
D.两金属棒间距离保持不变
解析对两金属棒ab、cd进行受力和运动分析可知,两金属棒最终将做加速度相同的匀加速直线运动,且金属棒ab速度小于金属棒cd速度,所以两金属棒间距离是变大的,由楞次定律判断金属棒ab上的电流方向是由b到a,A、D错误,B正确;以两金属棒整体为研究对象有:F=3ma,隔离金属棒cd分析:F-F安=ma,可求得金属棒cd所受安培力的大小F安=23F,C正确。
答案BC
3.如图所示,纸面内有一矩形导体闭合线框abcd,ab边长大于bc边长,置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外,线框两次匀速地完全进入磁场,两次速度大小相同,方向均垂直于MN。第一次ab边平行MN进入磁场,线框上产生的热量为Q1,通过线框导体横截面积的电荷量为q1;第二次bc边平行于MN进入磁场,线框上产生的热量为Q2,通过线框导体横截面的电荷量为q2,则( )
A.Q1>Q2,q1=q2 B.Q1>Q2,q1>q2
C.Q1=Q2,q1=q2 D.Q1=Q2,q1>q2
解析根据功能关系知,线框上产生的热量等于克服安培力做的功,即Q1=W1=F1lbc=B2lab2vRlbc=B2SvRlab,同理Q2=B2SvRlbc,又lab>lbc,故Q1>Q2;因q=It=ERt=ΔΦR,故q1=q2。因此A正确。
答案A
4.
如图所示,间距为L、电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置,导轨左端用一阻值为R的电阻连接,导轨上横跨一根质量为m、有效电阻也为R的金属棒,金属棒与导轨接触良好。整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。现使金属棒以初速度v沿导轨向右运动,若金属棒在整个运动过程中通过的电荷量为q。下列说法正确的是( )
A.金属棒在导轨上做匀减速运动
B.整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为qRBL
C.整个过程中金属棒克服安培力做功为12mv2
8
D.整个过程中电阻R上产生的焦耳热为12mv2
解析因为金属棒向右运动时受到向左的安培力作用,且安培力随速度的减小而减小,所以金属棒向右做加速度减小的减速运动,故A错;根据E=ΔΦΔt=BLxΔt,q=IΔt=E2RΔt=BLx2R,解得x=2RqBL,故B错;整个过程中金属棒克服安培力做功等于金属棒动能的减少量12mv2,故C对;整个过程中电路中产生的热量等于机械能的减少量12mv2,电阻R上产生的焦耳热为14mv2,故D错。
答案C
5.
如图所示,空间某区域中有一匀强磁场,磁感应强度方向水平,且垂直于纸面向里,磁场上边界b和下边界d水平。在竖直面内有一矩形金属线圈,线圈上下边的距离很短,下边水平。线圈从水平面a开始下落。已知磁场上、下边界之间的距离大于水平面a、b之间的距离。若线圈下边刚通过水平面b、c(位于磁场中)和d时,线圈所受到的磁场力的大小分别为Fb、Fc和Fd,则( )
A.Fd>Fc>Fb B.FcFd D.Fc
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