(新高考)高考物理二轮复习大题优练8电磁感应中的动力学和能量问题(解析)

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1、 电磁感应中的动力学和能量问题大题优练8优选例题例1如图所示，空间等间距分布着水平方向的条形匀强磁场，竖直方向磁场区域足够长，磁感应强度B1 T，每一条形磁场区域的宽度及相邻条形磁场区域的间距均为d0.5 m，现有一边长l0.2 m、质量m0.2 kg、电阻R0.1 的正方形线框MNOP，以v05 m/s的初速从左侧磁场边缘水平进入磁场，重力加速度g取10 m/s2。求：(1)线框MN边刚进入磁场时受到安培力的大小F安和加速度a的大小；(2)线框从开始进入磁场到竖直下落的过程中产生的焦耳热Q；(3)线框水平向右的最大位移xm。【解析】(1)产生的感应电动势为根据闭合电路的欧姆定律得所以安培力为。

2、根据牛顿第二定律得解得。(2)设线框速度减到零时，线框下落的高度为H，根据能量守恒得在竖直方向上，根据自由落体得解得Q2.5 J。(3)在水平方向上，在磁场中运动时，根据动量定理得所以线框在磁场中运动的距离为每个磁场宽度为0.5m，所以线框在穿过磁场边界时才做减速运动，则穿过边界的次数为次一个磁场两个边界，所以线圈会穿过6个磁场，6个空白区域，第7个磁场进入的距离为之后，速度减为零所以线框水平向右的最大位移。例2如图甲，空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，足够长的光滑水平金属导轨的间距为l，质量分别为m、2m的导体棒1、2均垂直导轨放置，计时开始，导体棒1以初速度v0水平向右运动，。

3、在运动过程中导体棒始终相互平行与导轨保持良好接触，直到两棒达到稳定状态，图乙是两棒的vt图象。如图丙，空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B，足够长的光滑水平金属导轨M与N、P与Q的间距分别为l、2l。质量分别为m、2m的导体棒a、b均垂直导轨放置，计时开始，a、b两棒分别以v0、2v0的初速度同时水平向右运动，两棒在运动过程中始终相互平行且与导轨保持良好接触，a总在窄轨上运动，b总在宽轨上运动，直到两棒达到稳定状态，图丁是两棒的vt图象。(1)若a、b两棒在t0时刻达到相同速度，求0t0时间内通过a、b两棒的平均感应电流；(2)从计时开始到两棒稳定运行，求图甲、图丙两回路中生成的焦耳。

4、热之比；(3)从计时开始到两棒稳定运行瞬间，求通过图甲、图丙两回路中某一横截面的电荷量之比。【解析】(1)设某时刻，、两棒的速度分别为、，时间内回路的平均感应电流为，根据右手定则、vt图象以及左手定则可知，两棒达到共同速度之前，所受安培力为动力，所受安培力为阻力，对棒由动量定理有：对棒由动量定理有：两棒速度相等时联立解得：代入解得：。(2)对图甲中回路，两棒组成的系统动量守恒，设最终共同速度为，则：由能量守恒定律可知，图甲回路中产生的焦耳热为解得对图丙中回路，当两棒产生的感应电动势大小相等时，回路中感应电流为零，、两棒不受安培力，达到稳定状态，即对棒由动量定理有对棒由动量定理有解得，设图丙回路。

5、中产生的焦耳热为，由能量守恒定律有联立解得则。(3)对图甲中的2棒，由动量定理有：解得图丙回路中，对棒由动量定理有：结合通过图丙回路中某一横截面的电荷量解得则。模拟优练1如图甲所示，足够长的光滑平行金属导轨水平放置，间距L0.4 m，定值电阻R1.6 ，电容器电容C2.5 F，磁感应强度大小B1 T的匀强磁场垂直于导轨平面向上。有一质量m0.1 kg、电阻不计的导体棒ab与导轨垂直放置且接触良好，仅闭合S1，ab在水平外力作用下运动。电阻R两端电压随时间变化的规律如图乙所示，重力加速度g10 m/s2。(1)求ab的加速度大小；(2)求从ab开始运动5 s内通过R的电荷量；(3)若开始时断开S1，闭合S2后，导体棒受到大小为导体棒重力一半的水平拉力作用，试分析导体棒的运动状态。【解析】(1)由电路知由图象得由以上两式得所以。(2)流过电阻的电荷量通过导体棒的平均电流内导体棒产生的平均电动势内回路磁通量的变化量内导体棒通过的位移可得解得。(3)导体棒在水平拉力和安培力作用下做加速运动，由牛顿第二定律得又，联立解得加速度为恒量，所以导体棒做匀加速直线运动。2如图所示，水平轨道与半径为r的半圆弧形轨道平滑连接于S点，两者均光滑且绝缘，并安装在固定的竖直绝缘平板上。在平板的上下各有一个块相互正对的水平金属板P、Q，两板间的距离为d。半圆轨道的最高点T、最低点S、及P、Q板右。

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