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2019-2020年高二人教版物理選修3-2練習(xí)冊：4.習(xí)題課：電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化及電荷量問題含答案 知識點一　電磁感應(yīng)電路中電荷量的求解 1．如圖LX31甲所示，有一面積為100 cm2的金屬環(huán)，電阻為0.1 Ω，環(huán)中磁場變化規(guī)律如圖乙所示，且磁場方向垂直于環(huán)面向里，在t1～t2這段時間內(nèi)： (1)金屬環(huán)中自由電子定向移動的方向如何？ (2)通過金屬環(huán)某一截面的電荷量為多少？ 圖LX31 2．如圖LX32所示，固定在水平桌面上的光滑金屬導(dǎo)軌處在豎直向下的勻強磁場中，金屬棒ab放在導(dǎo)軌上，運動過程中始終與導(dǎo)軌垂直．勻強磁場的磁感應(yīng)強度為0.4 T，電阻R＝100 Ω，電容器的電容C＝100 μF，ab長20 cm，當ab以v＝10 m/s的速度向右勻速運動時，電容器哪個極板帶正電？電荷量為多少？ 圖LX32 知識點二　電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化問題 3．如圖LX33所示，質(zhì)量為m、高為h的矩形導(dǎo)線框在豎直面內(nèi)自由下落，其上下兩邊始終保持水平，途中恰好勻速穿過一有理想邊界、高亦為h的勻強磁場區(qū)域，線框在此過程中產(chǎn)生的內(nèi)能為(　　) 圖LX33 A．mgh　　　　　　　　　　 B．2mgh C．大于mgh而小于2mgh D．大于2mgh 4．如圖LX34所示，矩形線圈長為L，寬為h，電阻為R，質(zhì)量為m，線圈在空氣中豎直下落一段距離后(空氣阻力不計)，進入一寬度也為h、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，線圈進入磁場時的動能為Ek1，線圈剛穿出磁場時的動能為Ek2，從線圈剛進入磁場到線圈剛穿出磁場的過程中產(chǎn)生的熱量為Q，線圈克服安培力做的功為W1，重力做的功為W2，則以下關(guān)系中正確的是(　　) 圖LX34 A．Q＝Ek1－Ek2 B．Q＝W2－W1 C．Q＝W1 D．W2＝Ek2－Ek1 5．如圖LX35所示，水平放置的光滑導(dǎo)軌上放置一根長為L、質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab，ab處在磁感應(yīng)強度大小為B、方向豎直向下的勻強磁場中，導(dǎo)軌的一端接一阻值為R的電阻，導(dǎo)軌及導(dǎo)體棒電阻不計，現(xiàn)使ab在水平恒力F作用下由靜止沿垂直于磁場的方向運動，當通過位移為x時，ab達到最大速度vm，此時撤去外力，最后ab靜止在導(dǎo)軌上，在ab運動的整個過程中，下列說法正確的是(　　) 圖LX35 A.撤去外力后，ab做勻減速運動 B．合力對ab做的功為Fx C．R上釋放的熱量為Fx＋mv D．R上釋放的熱量為Fx 6．如圖LX36所示，紙面內(nèi)有一矩形導(dǎo)體閉合線框abcd，ab邊長大于bc邊長，置于垂直紙面向里、邊界為MN的勻強磁場外，線框兩次勻速地完全進入磁場，兩次速度大小相同，方向均垂直于MN.第一次ab邊平行MN進入磁場，線框上產(chǎn)生的熱量為Q1，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q1；第二次bc邊平行于MN進入磁場，線框上產(chǎn)生的熱量為Q2，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q2，則(　　) 圖LX36 A．Q1＞Q2，q1＝q2 B．Q1＞Q2，q1＞q2 C．Q1＝Q2，q1＝q2 D．Q1＝Q2，q1＞q2 7．如圖LX37所示，足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置，且都傾斜著與水平面成θ角，在導(dǎo)軌的最上端M、P之間接有電阻R，不計其他電阻，導(dǎo)體棒ab從導(dǎo)軌的最底端沖上導(dǎo)軌，當沒有磁場時，ab上升的最大高度為H；若存在垂直導(dǎo)軌平面的勻強磁場，ab上升的最大高度為h.在兩次運動過程中ab都與導(dǎo)軌保持垂直，且初速度都相等．關(guān)于上述情景，下列說法正確的是(　　) 圖LX37 A．兩次上升的最大高度相比較有H＜h B．有磁場時導(dǎo)體棒所受合力做的功大于無磁場時合力做的功 C．有磁場時，電阻R產(chǎn)生的熱量為mv D．有磁場時，ab上升過程的最小加速度為gsin θ 8．如圖LX38所示，光滑導(dǎo)軌MN、PQ在同一水平面內(nèi)平行固定放置，其間距d＝1 m，右端通過導(dǎo)線與阻值R＝10 Ω的小燈泡L相連，導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)有豎直向下的磁感應(yīng)強度B＝1 T的勻強磁場，一金屬棒在恒力F＝0.8 N的作用下勻速通過磁場(不考慮導(dǎo)軌和金屬棒的電阻，金屬棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸)．求： (1)金屬棒運動速度的大??； (2)此時小燈泡的功率． 圖LX38 9．如圖LX39所示，足夠長的光滑金屬框豎直放置，框?qū)抣＝0.5 m，框的電阻不計，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B＝1 T，方向與框面垂直，金屬棒MN的質(zhì)量為100 g，電阻為1 Ω，現(xiàn)讓MN由靜止釋放，MN與金屬框始終垂直并保持良好接觸，從釋放到達到最大速度的過程中通過金屬棒某一截面的電荷量為2 C，則此過程中回路產(chǎn)生的電能為多少？(空氣阻力不計，g取10 m/s2) 圖LX39 習(xí)題課：電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化及電荷量問題 1．(1)順時針　(2)110－2 C [解析] (1)由楞次定律知，金屬環(huán)中感應(yīng)電流的方向為逆時針方向，故自由電子定向移動的方向為順時針方向． (2)q＝IΔt＝＝＝ C＝110－2 C. 2．上極板　810－5 C [解析] 由右手定則可知φa>φb，即電容器上極板帶正電，下極板帶負電． E＝Blv＝0.40.210 V＝0.8 V 電容器所帶電荷量 Q＝CU＝CE＝10010－60.8 C＝810－5 C. 3．B　[解析] 因線框勻速穿過磁場，在穿過磁場的過程中合外力做功為零，克服安培力做功為2mgh，產(chǎn)生的內(nèi)能為2mgh.故選B. 4．C　[解析] 線圈進入磁場和離開磁場的過程中，克服安培力做的功等于產(chǎn)生的熱量，即Q＝W1，C正確；根據(jù)動能定理，有W2－W1＝Ek2－Ek1，D錯誤；線圈減少的機械能等于產(chǎn)生的熱量，也等于克服安培力做的功，即Q＝W2＋Ek1－Ek2，所以A、B錯誤． 5．D　[解析] 撤去外力后，導(dǎo)體棒在水平方向只受安培力作用，而F安＝，F(xiàn)安隨v的變化而變化，故棒做加速度變化的減速運動，A錯誤；對整個過程由動能定理得W合＝ΔEk＝0，B錯誤；由能量守恒定律知，外力做的功等于整個回路產(chǎn)生的電能，電能又轉(zhuǎn)化為R上釋放的熱量，即Q＝Fx，C錯誤，D正確． 6．A　[解析] 根據(jù)功能關(guān)系知，線框上產(chǎn)生的熱量等于克服安培力做的功，即Q1＝W1＝F1lbc＝lbc＝lab，同理Q2＝lbc，又lab＞lbc，故Q1＞Q2；因q＝IΔt＝Δt＝，故q1＝q2，因此A正確． 7．D　[解析] 當有磁場時，導(dǎo)體棒除受到沿斜面向下的重力的分力外，還受到安培力的作用，所以兩次上升的最大高度相比較有h＜H，兩次動能的變化量相等，所以導(dǎo)體棒所受合力做的功相等，選項A、B錯誤；有磁場時，電阻R產(chǎn)生的熱量小于mv，ab上升過程的最小加速度為gsin θ，選項C錯誤，選項D正確． 8．(1)8 m/s　(2)6.4 W [解析] (1)金屬棒中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E＝Bdv， 由閉合電路歐姆定律有I＝， 金屬棒勻速時有F＝BId， 聯(lián)立解得v＝＝8 m/s. (2)P＝I2R＝＝6.4 W. 9．3.2 J [解析] 金屬棒下落過程做加速度逐漸減小的加速運動，加速度減小到零時速度達到最大，根據(jù)平衡條件得mg＝， 在下落過程中，金屬棒減小的重力勢能轉(zhuǎn)化為它的動能和回路中產(chǎn)生的電能E，由能量守恒定律得mgh＝mv＋E， 通過導(dǎo)體某一橫截面的電荷量為q＝， 聯(lián)立解得 E＝mgh－mv＝－＝ J－＝3.2 J.