6.2 法拉第电磁感应定律（3）综合问题 作业13-2022-2023学年高二下学期物理沪科版（2020）选择性必修第二册.docx

1、11B物理选修第六章电磁感应定律作业13第二节 法拉第电磁感应定律（3）综合问题班级_姓名_学号_日期_一、 单项选择题（只有一个选项正确）1. 如图所示，水平固定放置的足够长的U形金属导轨处于竖直向上的匀强磁场中，在导轨上有一个金属棒ab，开始时ab棒以水平初速度v0向右运动，最后静止在导轨上，对于此过程产生的内能，就导轨光滑和粗糙两种情况比较，（）（A）两种情况下产生的内能相等（B）光滑情况下产生的内能多（C）粗糙情况下产生的内能多（D）无法比较2. 如图所示，固定在水平面上的半径为的金属圆环内存在方向竖直向上，磁感应强度大小为的匀强磁场。长为的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在竖直

2、导电转轴上，随轴以角速度匀速转动。在圆环的A点和电刷间接有阻值为的电阻和电容为、极板间距为d的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态，已知重力加速度为，不计其它电阻和摩擦，下列说法正确的是（）（A）棒产生的电动势为（B）电容器所带的电荷量为（C）电阻消耗的电功率为（D）微粒的电荷量与质量之比为3. 如图所示，足够长的光滑平行金属导轨与水平面成角放置，导轨间距为L且电阻不计，其顶端接有一阻值为R的电阻，整个装置处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。一质量为m的金属棒以初速度v0由导轨底端上滑，经一段时间滑行距离x到达最高点后，又返回底端。棒与两导轨始终垂直

3、且接触良好，其接入电路中的电阻为r，重力加速度为g。下列说法不正确的是（）（A）棒下滑过程的平均速度等于（B）棒下滑过程通过R的电荷量为（C）棒上滑时间等于（D）棒上滑过程中回路产生的焦耳热等于二、 多项选择题（有两个或者以上答案正确）4. 如图所示，电阻不计的光滑金属导轨MN、PQ水平放置，间距为d，两侧接有电阻、，阻值均为R，右侧有磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。 质量为m、长度也为d的金属杆置于左侧，在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动，经时间t到达时撤去恒力F，金属杆在到达NQ之前减速为零。 已知金属杆电阻也为R，与导轨始终保持垂直且接触良好，下列说法正确

4、的是（）（A）杆刚进入磁场时速度大小为（B）杆刚进入磁场时电阻两端的电势差大小为（C）整个过程中，流过金属杆的电荷量为（D）整个过程中，电阻上产生的焦耳热为5. 如图所示，光滑平行导轨水平固定，间距为l，其所在空间存在方向竖直向上，磁感应强度大小为B的匀强磁场，导轨左侧接有阻值为R的定值电阻，一导体棒垂直导轨放置，导体棒的有效电阻为r、质量为m。导轨电阻忽略不计，导体棒运动中始终与导轨垂直且接触良好。现使导体棒获得一水平向右的速度，在导体棒向右运动过程中，下列说法正确的是（）（A）流过电阻R的电流方向为aRb（B）导体棒的最大加速度为（C）通过电阻R的电荷量为（D）全过程电阻R的发热量为三、

5、填空题6. 如图所示，将边长为L、总电阻为R的正方形闭合线圈，从磁感强度为B的匀强磁场中以速度v匀速拉出（磁场方向垂直线圈平面）(1)所用拉力F=_。(2)拉力F做的功W=_。(3)线圈放出的热量Q=_。四、 简答题7. 如图，水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨，导轨间距为l，电阻不计。左侧接有定值电阻R。质量为m、电阻为r的导体杆，以初速度滑轨道滑行，在滑行过程中保持与轨道垂直且接触良好。整个装置处于方向竖直向上，磁感应强度为B的匀强磁场中。（1）若施加外力保持杆以的速度匀速运动，则导体杆上的电流方向是？导体杆两端的电压U是多少？（2）不施加任何外力，在杆的速度从减小到的过程中，求：a.

6、电阻R上产生的热量；b.通过电阻R的电量。8. 如图所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在竖直平面内，两导轨间的距离为L=1m，导轨间连接的定值电阻R=3，导轨上放一质量为m=0.2kg的金属杆ab，金属杆始终与导轨接触良好，杆的电阻r=1，其余电阻不计，整个装置处于磁感应强度为B=2T的匀强磁场中，磁场的方向垂直导轨平面向里。重力加速度g取10m/s2.现让金属杆从AB水平位置由静止释放。求：（1）金属杆的最大速度；（2）若从金属杆开始下落到刚好达到最大速度的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q=0.6J，则通过电阻R的电荷量是多少。9. 如图，有两条平行光滑导轨，它们的上、下端分别位于

7、等高处，二者构成了倾斜角为的斜面，两导轨间距离为d，上端之间与阻值为R的电阻相连。在导轨中段有两条与两导轨共面的平行水平虚线和，两虚线间的距离为s，二者之间（含两虚线）有方向垂直斜面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。在上方，有一水平放置的金属杆，质量为m，金属杆与两导轨的接触点分别为a、b，ab段的电阻值为r。已知当地重力加速度为g，空气阻力可不计。把金属杆自由释放，到达虚线处时沿轨道向下的加速度为其刚静止释放时的加速度的一半。求（1）金属杆到达虚线处瞬间，金属杆受到的安培力的大小？（2）金属杆到达虚线处瞬间，a、b两点的电压为多少？（3）在金属杆经过磁场区域过程中，已知金属杆产生的焦耳热为

8、Q，那么电阻R产生的热量？（4）在金属杆经过磁场区域过程中，通过电阻R的电荷量q？参考答案：1A【详解】当导轨光滑时，金属棒克服安培力做功，动能全部转化为焦耳热，产生的内能等于金属棒的初动能；当导轨粗糙时，金属棒在导轨上滑动，一方面克服摩擦力做功，把部分动能转化为内能，另一方面克服安培力做功，把部分动能转化为内能，摩擦力做功产生的内能与克服安培力做功产生的内能之和等于金属棒的初动能。故在两种情况下，产生的内能相等，均等于金属棒的初动能。故选A。2B【详解】A金属棒在磁场中垂直于磁场转动切割磁感线，由于磁场局限于金属圆环内，则金属棒产生的电动势为A错误；B由于金属棒电阻不计，则电容器所带的电荷量

9、结合上述解得B正确；C由于金属棒电阻不计，则电阻消耗的电功率结合上述解得C错误；D带电微粒在电容器极板间处于静止状态，则有结合上述解得D错误。故选B。3A【详解】A根据能量守恒可知，除最高点外，在任何一个位置，棒上滑到此位置的速度均大于下滑到此位置的速度，则上滑的平均速度大于下滑的平均速度，在上滑过程中，速度减小，感应电动势减小，安培力减小，则棒向上做加速度逐渐减小的减速运动，故上滑的平均速度小于，下滑的平均速度小于，A错误，符合题意；B根据，解得可知，下滑过程与上滑过程中通过R的电荷量大小相等，均为B正确，不符合题意；C上滑过程，以向上为正方向，对棒由动量定理得-（mgsin +ILB）t=

10、mv结合上述整理得-mgsin t-BLq=0-mv0由于解得C正确，不符合题意；D棒上滑到最高点的过程中，由能量守恒定律可得，回路中产生的总焦耳热为D正确，不符合题意。故选A。4BC【详解】A杆刚进入磁场之前的加速度大小为则进入磁场时速度大小为选项A错误；B杆刚进入磁场时产生的感应电动势为则电阻R1两端的电势差大小为选项B正确；C金属棒进入磁场后，由动量定理即因为解得选项C正确；D整个过程中，产生的总焦耳热为则电阻R1上产生的焦耳热为选项D错误。故选C。5BC【详解】A根据右手定则，流过定值电阻的电流方向为，选项A错误；B导体棒的最大速度为，因此最大感应电动势为回路电流安培力加速度因此最大加

11、速度选项B正确；C根据动量定理有解得选项C正确；D导体棒在安培力作用下减速运动，最终静止，由能量守恒，导体棒减少的动能转化为电路的总焦耳热导体棒的电阻r和定值电阻R串联，全过程电阻R的发热量为选项D错误。故选BC。6 【详解】拉出的过程中，产生的感应电动势为根据闭合电路的欧姆定律得，电流为所以安培力为线圈匀速运动，有拉力做的功为根据功能关系，有7（1）从M到N，；（2）a.，b.【详解】（1）根据右手定则可知，电流方向从M到N，感应电动势为E=Blv0感应电流导体杆两端的电压解得（2）a.设电路产生的热量为Q，由能量守恒定律有串联电路中，产生的热量与电阻成正比，可得解得电阻R产生的热量为b.设

12、该过程所用时间为t，由动量定理有其中解得通过R的电量为8（1）；（2）【详解】（1）当到导体棒达到最大速度，根据题意有解得（2）根据能量转化关系有，导体棒减小的重力势能转换成导体棒的动能及电路的焦耳热R与r串联，根据焦耳定律知联立得根据电流的定义，通过R的电荷量根据位移的定义知的积累就是导体棒的位移h，故有解得9（1） ；（2）；（3）；（4）【详解】（1）刚开始释放时，对金属杆受力分析，由牛顿第二定律可得，金属杆刚从静止释放时的加速度为由题意可得，金属杆到达虚线处的加速度为金属杆到达虚线处，对金属杆受力分析有联立可得，金属杆到达虚线处瞬间，金属杆受到的安培力的大小为（2）由安培力公式可得此时电路中的电流为由欧姆定律可得，a、b两点的电压为（3）由焦耳定律可得即电阻R产生的热量为（4）由题意可得，电荷量为由闭合电路的欧姆定律由法拉第电磁感应定律联立可得，在金属杆经过磁场区域过程中，通过电阻R的电荷量为