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首页高考知识点物理知识点10.电磁感应电磁感应的动力学与能量问题

高考物理知识点

电磁感应的动力学与能量问题

绩优堂高考知识点电磁感应的动力学与能量问题

考点

磁通量,电磁感应现象感应电流的方向法拉第电磁感应定律电磁感应中的电路问题电磁感应的动力学与能量问题电磁感应中的图像问题楞次定律

共计31道相关试题精选知识点题

  • A.金属棒所受各力的合力所做的功等于零
  • B.金属棒所受各力的合力所做的功等于  和电阻  产生的焦耳热之和
  • C.恒力  与重力的合力所做的功等于棒克服安培力所做的功与电阻  上产生的焦耳热之和
  • D.恒力  和重力的合力所做的功等于电阻  上产生的焦耳热
【正确答案】
AD
创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
  • A.  两个线圈中产生的感应电动势之比为  
  • B.  两个线圈中产生的感应电流之比为  
  • C.相同时间内通过  两个线圈导线横截面的电荷量之比为  
  • D.相同时间内  两个线圈中产生的热量之比为  
【正确答案】
BC
创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
【正确答案】
解:(1)设任意时刻杆  向上的速度大小为  ,  向下的速度大小为  ,加速度大小分别为  和  ,所受安培力大小为  ,则有

    ①

    ②

   ③

①②式中  和  分别为回路中的电动势和电流,由牛顿定律得

   ④

   ⑤

   ⑥

联立④⑤⑥式得

   ⑦

因两杆初速均为0,故任意时刻  ,故

   ⑧

(2)加速度为0时两杆的速度达到最大值,分别用  ,  表示,由以上各式得

      ⑨

    ⑩

评分参考:本题共11分.第(1)问7分,①②③④⑤⑥⑧式各1分;第(2)问4分,⑨⑩式各2分.

【命题立意】

本题考查电磁感应现象与力学的综合问题,涉及受力分析、物体的平衡、动量守恒、法拉第电磁感应定律等知识.

【知识拓展】

由于“杆十导轨”模型题目涉及的知识点很多,如力学问题、电路问题、磁场间题及能量问题等.处理此类问题一要关注四个关键:滑轨是否光滑,滑轨间是否等间距,是否有一杆具有初速度;是否有一杆受到牵引力;二要牢记三个思路:①力学思路:与“导体

单棒”组成的闭合同路中的磁通量发生变化→导体棒产生感应电动势→感应电流→导体棒受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→感应电动势变化→……,循环结束时加速度等于零,导体棒达到稳定运动状态.②是电学思路:判断产生电磁感应现象的那一部分导体(电源)→利用  或  求感应电动势的大小→利用右手定则或楞次定律判断电流方向→分析电路结构→画等效电路图.③是能量思路:电磁感应现象中,当外力克服安培力做功时,就有其他形式的能转化为电能;当安培力做正功时,就有电能转化为其他形式的能.

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
【正确答案】
D
【命题立意】

本题考查法拉第电磁感应定律、欧姆定律和安培力.难度中等.

【解题思路】

线框右边进入磁场过程中,由 解得 ;由于安培力(合力)方向与速度方向相反,线框做加速度逐渐减小的减速运动.两边均进入磁场后,线框中的磁通量不再变化,感应电流为零,安培力(合力)为零,线框做匀速运动.线框右边出磁场左边未出磁场运动过程中,同理可知,线框做加速度逐渐减小的减速运动;整个过程中,线框的 图象如选项D所示.

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
【正确答案】
答案    (1)   

(2)

【答案详解】

解析    (1)金属杆先做加速度变小的加速运动,最终以最大速度匀速运动。设杆匀速运动时速度为 ,回路中的感应电流为 ,杆受到的安培力大小为 ,电阻 消耗的电功率为 ,则

                                          ①

                                       ②

                                      ③

联立②③式得:                  ④

将已知数据代入④式解得:

(2)设杆匀速运动时电容器 两极板间的电压为 ,带电粒子进入圆筒时的速率为 、在磁场中做匀速圆周运动的半径为 ,由于 与电阻 并联,

据欧姆定律得:

据动能定理有:                             ⑤

带电粒子在磁场中做匀速圆周运动:      ⑥

联立⑤⑥式得:                      ⑦

由于带电粒子与圆筒碰撞时无电荷量和能量损失,那么每次碰撞前后粒子速度大小不变,速度方向总是沿着圆筒半径方向, 个碰撞点与小孔 恰好将圆筒壁五等分,粒子在圆筒内的轨迹具有对称性,由 段相同的圆弧组成,设每段轨迹圆弧对应的圆心角为 ,则由几何关系可得:

                                    ⑧

有两种情形符合题意:

(Ⅰ)情形1:每段轨迹圆弧对应的圆心角为

联立⑦⑧式并代入 值得:

                                ⑨

将数据代入⑨式得:

                                ⑩

(Ⅱ)情形2:每段轨迹圆弧对应的圆心角为

联立⑦⑧式并代入 值得:

                                ?

将数据代入?式得:

                                    ?

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
【正确答案】
答案 (1)   (2)  (3)
【答案详解】

解析    (1)设磁场宽度为 ,在 时间内,有

                                                 (2分)

此时, 与金属棒 并联,再与 串联

                                            (1分)

                                                       (1分)

(2)金属棒进入磁场后,此时磁场稳定,金属棒切割磁感线,相当于电源,而外电路中 并联,则有

                                                    (1分)

                                        (1分)

由于金属棒进入磁场后电压表示数始终不变,所以金属棒做匀速运动,有

                                                    (2分)

(3)金属棒在 时间内,有

                                                       (1分)

金属棒进入磁场后,有

                                                    (2分)

                                                    (1分)

已知 ,得                                                 (1分)

                                                  (1分)

(计算 时,可用 ) 

                                    (2分)

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
【正确答案】
AC
【答案详解】

刚释放瞬间金属棒只受重力,故加速度 ,A项正确。金属棒向下运动时用右手定则判断,电流沿顺时针方向,B项错误。当金属棒的速度为 时, ,C项正确。根据能量守恒可知,电阻 上产生的总热量等于减少的重力势能与增加的动能之差,D项错误。

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
【正确答案】
C
【答案详解】

棒先做自由落体,当到Ⅰ区磁场时由四个选项知棒开始减速说明 ,由牛顿第二定律得, ,当减速时 减小,合力减小, 也减小,速度图象中图线上各点切线斜率减小,离开Ⅰ区后棒做加速度为 的匀加速直线运动,随后进入Ⅱ区磁场,因棒在穿过两段磁场区域的过程中,流过电阻 上的电流变化情况相同,则在Ⅱ区磁场中运动情况与Ⅰ区磁场中完全相同,所以只C项正确。

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
【正确答案】
D
【答案详解】

设某时刻金属棒的速度为 ,则此时的电动势 ,安培力 ,由牛顿第二定律有 ,则金属棒做加速度减小的减速运动,选项A错误;由能量守恒定律知,整个过程中克服安培力做功等于电阻 和金属棒上产生的焦耳热之和,即   ,选项B错误,D正确;整个过程中通过导体棒的电荷量 ,得金属棒在导轨上发生的位移 ,选项C错误。

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
【正确答案】
ABD
【答案详解】

在每个整数秒内四个选项中磁感应强度都是均匀变化的,磁通量的变化率为恒定的,产生的电流大小也是恒定的,再由 可知, 均匀变化时, 也均匀变化,在 内, 为向左,根据楞次定律,磁通量均匀减小,与 的方向无关。同理 内, 为向右,所以磁通量均匀增大,与 的方向无关,这样周期性的变化的磁场均正确,所以有A、B、D项正确,C错。

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
【正确答案】
答案 (1)  (2)   (3)
【答案详解】

解析    (1)根据法拉第电磁感应定律,知感应电动势为      ①

(2)因平行金属板 与电阻并联,故 两板间的电压为    ②

带电粒子在 间做匀加速直线运动,有                             ③

带电粒子进入磁场区域的运动轨迹如图所示,有                         ④

由几何关系可得                                                 ⑤

联立②③④⑤得

(3)粒子在电场中,有

粒子在磁场中,有

粒子在第一象限的无场区中,有

由几何关系得

粒子从 点射出至到达 轴的时间为

联立以上各式可得

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
【正确答案】
答案    见解析
【答案详解】

解析    (1)在 时间内,有

联立得,

因为

又因为

可得:

时间内,有

又知

联立得

由楞次定律知两个过程中产生的电动势方向相反,

所以

因为

则有 时间内, 时间内,

,即在 时刻速度为零

得:

(2)若粒子一直做匀加速直线运动到达 板时,速度最大

所以

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
【正确答案】
ABD
【答案详解】

在第 末, ,联立得 ,A项正确。在第 内,由图象分析知线圈做匀加速直线运动,第     ,解得 ,B项正确。在第 内, ,得 ,C项错误。 ,D项正确。

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂
【正确答案】
AC
【答案详解】

导轨光滑时,只有安培力做功,安培力做功等于动能变化量,导轨粗糙时,安培力与摩擦力做功之和等于动能的变化量,又两种情况中动能变化量相等,故A对、B错。两种情况中金属棒的动能最终全部转化为内能,C对。通过 棒的电荷量 ,光滑时比粗糙时 棒运动的路程长,故 大,通过的电荷量 多,故D错。

创建者: 绩优堂 贡献者: 绩优堂

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