新教材2023_2024学年高中物理第2章电磁感应及其应用专题提升5电磁感应中的电路电荷量图像问题分层作业课件教科版选择性必修第二册

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第二章专题提升5　电磁感应中的电路、电荷量、图像问题123456789101.(多选)(2023湖南益阳高二期末)如图所示,MN和PQ是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨,已知导轨足够长,且电阻不计。ab是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆。将开关闭合,让杆ab由静止开始自由下落,则金属杆ab自由下落过程中的速度v、加速度a和安培力F随时间t变化的图像可能正确的是(　　)BC解析 运动过程中金属杆受竖直向下的重力G和向上的安培力F,其中F=BIL= ∝v,根据牛顿第二定律可知mg-F=ma,即a=g- ,所以在金属杆由静止自由下落过程中,加速度随速度的增大而减小,则金属杆做加速度逐渐减小的加速运动,当金属杆所受的安培力与重力相等之后做匀速直线运动,故B、C正确。12345678910123456789102.如图所示,金属导轨OM、ON相互垂直焊接在O点处的金属块(大小不计)上,虚线OP是∠MON的角平分线,整个空间分布着垂直导轨平面的匀强磁场。t=0时刻,金属棒由O点沿OP方向做匀速直线运动,棒始终与导轨接触良好且与OP垂直,除金属块外其他电阻不计,则在开始计时的连续相等时间内,通过棒中点横截面的感应电荷量之比为(　　)A.1∶4 B.1∶3C.1∶2 D.1∶1B12345678910123456789103.如图所示,磁感应强度大小为B的匀强磁场垂直于固定的光滑金属导轨平面向外,导轨左侧电路所在区域无磁场。垂直于导轨的导体棒接入电路的长度为L、有效电阻为R0,在外力作用下始终以大小为v的速度水平向右做匀速直线运动,小灯泡的电阻为R0,滑动变阻器的总阻值为2R0,其滑片位于a、b的正中间位置,不计电路中其余部分的电阻,且导轨足够长,图示状态下,在时间t内通过小灯泡的电荷量为(　　)A 12345678910123456789104.(多选)如图所示,在距地面高h=1.25 m处固定有两根间距为l=0.5 m水平放置的平行金属导轨,导轨的左端接有电源E,右端边缘处静置有一长l=0.5 m、质量m=0.2 kg、电阻R=5.0 Ω的导体棒ab,导体棒所在空间有磁感应强度大小B=1.0 T、方向竖直向上的匀强磁场。闭合开关后,导体棒ab以某一初速度水平向右抛出,已知导体棒落地点到抛出点的水平距离d=2.5 m,重力加速度g取10 m/s2,则(　　)A.在空中运动过程中,导体棒a端的电势低于b端的电势B.导体棒抛出时的初速度大小为5 m/sC.在空中运动过程中,导体棒上产生的感应电动势大小恒定D.闭合开关后,通过导体棒的电荷量为1.0 CBC12345678910解析 由右手定则可知,导体棒在空中运动过程中,在水平方向上要切割磁感线,从而产生感应电动势,但无感应电流,不受安培力,故导体棒在平抛运动过程中水平方向上的速度v0不变,由E=Blv0可知导体棒上产生的感应电动势大小不变,且a端电势高于b端电势,故A错误,C正确;导体棒从抛出到落123456789105.(多选)(2023辽宁大连高二期中)足够长的平行金属导轨MN、PQ与水平面夹角为37°,两导轨间距为0.5 m,下端接有一灯泡和一个电动机,小灯泡规格为“1 V　1 W”,电动机线圈电阻为0.4 Ω,金属棒ab垂直导轨放置,质量为0.5 kg,接入电路电阻为1 Ω,与导轨间的动摩擦因数为μ=0.5,导轨平面所在空间有垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度为0.8 T。将金属棒ab由静止释放,一段时间后,金属棒匀速运动,灯泡恰好正常发光,不计导轨电阻,金属棒与导轨始终垂直且接触良好,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,下列说法正确的是(　　)A.金属棒匀速运动时通过金属棒ab的电流为1 AB.金属棒匀速运动的速度为8 m/sC.金属棒匀速运动时,电动机的输出功率为0.6 WD.金属棒匀速运动时,金属棒减少的重力势能大于整个回路产生的电能CD12345678910解析 根据右手定则可知,通过金属棒ab的电流方向为b到a,根据左手定则,金属棒ab受到的安培力沿斜面向上,根据平衡条件得mgsin 37°=BIL+μmgcos 37°,解得I=2.5 A,A错误;感应电动势为E=BLv,由闭合电路欧姆定律可得IRab=E-U,联立可得v=8.75 m/s,B错误;金属棒匀速运动时,灯泡中的电流为 =1 A,则电动机的电流为I2=I-I1=1.5 A,电动机的输出功率为P1= =0.6 W,C正确;根据能量守恒定律可知,匀速运动时,金属棒减少的重力势能等于整个回路产生的电能和金属棒与导轨摩擦生热的内能之和,所以金属棒减少的重力势能大于整个回路产生的电能,D正确。123456789106.(多选)如图甲所示,三角形线圈abc水平放置,在线圈所处区域存在一变化的磁场,其变化规律如图乙所示。线圈在外力作用下处于静止状态,规定垂直于线圈平面向下的磁场方向为正方向,垂直ab边斜向下的受力方向为正方向,线圈中感应电流沿abca方向为正,则线圈内电流及ab边所受安培力随时间变化的规律是(　　)AD 12345678910解析 根据法拉第电磁感应定律有 ,根据楞次定律可得感应电流的方向,又线圈中感应电流沿abca方向为正,结合题图乙可得,1~2 s电流为零,0~1 s、2~3 s、3~5 s电流大小恒定,且0~1 s、2~3 s电流方向为正,3~5 s电流方向为负,A正确,B错误;根据安培力的公式,即F安=BIL,因为每段时间电流大小恒定,磁场均匀变化,可得安培力也是均匀变化,根据左手定则可判断出ab边所受安培力的方向,可知C错误,D正确。123456789107.如图甲所示,两根足够长的平行光滑金属导轨固定在水平面内,导轨间距L=1.0 m,左端连接阻值R=4.0 Ω的电阻,匀强磁场磁感应强度B=0.5 T,方向垂直导轨所在平面向下。一质量m=0.2 kg、长度L=1.0 m、电阻r=1.0 Ω的金属杆置于导轨上,向右运动并与导轨始终保持垂直且接触良好,t=0时对杆施加一平行于导轨方向的外力F,杆运动的v-t图像如图乙所示,其余电阻不计。求:(1)金属杆运动的加速度和t=2.0 s时电路中的电流;(2)在0~3.0 s内,外力F的大小随时间t变化的关系式;(3)3 s内流过电阻R的电荷量。 12345678910答案 (1)-2 m/s2　0.2 A(2)|F|=0.1+0.1t(N)(0≤t≤3 s)(3)0.9 C12345678910对金属杆,根据牛顿第二定律有F-BIL=ma联立可得F=-0.1-0.1t(N)在0~3.0 s内,外力F的大小随时间t变化的关系式为|F|=0.1+0.1t(N)(0≤t≤3 s)。12345678910123456789108.如图所示,水平边界MN与PQ之间分布着垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B,两边界间的高度差为L。由质量为m的粗细均匀的电阻丝制成的单匝正方形线框abcd,总电阻为R,线框边长为L。现将线框从边界MN上方H处由静止释放,当ab边进入磁场后,线框开始减速运动,直到cd边刚好穿出磁场时,速度减为ab边刚进入磁场时速度的一半,整个过程中线框平面始终保持竖直,且cd边保持水平。已知重力加速度为g,空气阻力忽略不计,求:(1)ab边刚进入磁场时a、b两点间的电势差;(2)线框进入磁场的过程中,通过线框的电荷量;(3)线框穿过磁场的过程中,cd边产生的热量。1234567891012345678910(3)从线框开始下落到cd边刚穿出匀强磁场的过程中,由能量守恒定律得焦耳热123456789109.如图所示,足够长的平行光滑金属导轨竖直固定放置,导轨间距L=0.5 m。两金属棒ab、cd均垂直于导轨放置且与导轨接触良好,其长度恰好等于导轨间距,两金属棒的质量均为m=0.2 kg,金属棒ab电阻R1=0.2 Ω,金属棒cd电阻R2=0.3 Ω,回路中其余电阻忽略不计。cd棒放置在水平绝缘平台上,整个装置处在垂直于导轨平面向里的匀强磁场中,磁感应强度B=1 T。棒ab在恒力F作用下由静止开始向上运动。当棒ab上升距离为x=2 m时,它达到最大速度vm,此时cd棒对绝缘平台的压力恰好为零。g取10 m/s2,求:(1)恒力F的大小;(2)ab棒达到的最大速度的大小;(3)在此过程中通过ab棒的电荷量;(4)在此过程中cd棒产生的焦耳热。12345678910答案 (1)4 N　(2)4 m/s　(3)2 C　(4)1.44 J解析 (1)设cd棒所受安培力为FA,对cd棒受力分析FA=mg对ab棒受力分析F=FA+mg联立解得F=2mg=4 N。(2)由题意可知E=BLvFA=BILFA=mg代入数据解得vm=4 m/s。123456789101234567891010.(2023江苏宿迁高二期末)如图甲所示,线圈A(图中实线,共100匝)的横截面积为0.3 m2,总电阻r=2 Ω,A右侧所接电路中,电阻R1=2 Ω,R2=6 Ω,R3=3 Ω,其中R3与一个理想二极管串联,开关S1闭合。A中有横截面积为0.2 m2的区域D(图中虚线),D内有按图乙所示规律变化的磁场;t=0时刻,闭合开关S2,此时磁场方向垂直于线圈平面向外,求:(1)t=2 s时a、b两点的电势差;(2)前6 s内通过R2的电荷量。12345678910答案 (1)-8 V　(2)1.6 C解析 (1)根据楞次定律可知,t=2 s时b点的电势高于a点,即Uab<0;此时二极管处于导通状态12345678910后3 s内b点的电势低于a点,即Uab>0;此时二极管处于截止状态感应电动势仍为E2=12 V,此时外电路电阻R'=6 Ω+2 Ω=8 Ω后3 s内通过R2的电荷量q2=I't2=1.2×3 C=3.6 C因前3 s和后3 s通过电阻R2的电流方向相反,可知前6 s内通过R2的电荷量q=q2-q1=1.6 C。