高中物理 第1章第5节知能优化训练 教科版选修3-2

1．给电动机接通电源，线圈受安培力的作用转动起来．由于线圈要切割磁感线，因此必有感应电动势产生，感应电流方向与原电流方向相反，就此问题，下列说法正确的是
A．电动机中出现的感应电动势为反电动势，反电动势会阻碍线圈的运动
B．如果电动机正常工作，反电动势会加快电动机的转动
C．如果电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动，就没了反电动势，线圈中的电流就会很大，很容易烧毁电动机
D．如果电动机工作电压低于正常电压，电动机也不会转动，此时尽管没有反电动势，但由于电压低也不容易烧毁电动机
解析：、C正确．
2．2022年高考江苏物理卷如图1－5－9所示，固定的水平长直导线中通有电流I，矩形线框与导线在同一竖直平面内，且一边与导线平行．线框由静止释放，在下落过程中
图1－5－9
A．穿过线框的磁通量保持不变
B．线框中感应电流方向保持不变
C．线框所受安培力的合力为零
D．线框的机械能不断增大
解析：选B直线电流的磁场离导线越远，磁感应越稀，故线圈在下落过程中磁通量一直减小，A错；由于上、下两边电流相等，上边磁场较强，线框所受合力不为零，C错；由于电磁感应，一部分机械能转化为电能，机械能减小，D错．故B对．
3．圆形导体环用一根轻质细杆悬挂在O点，导体环可以在竖直平面内来回摆动，空气阻力和摩擦力均可忽略不计．在图1－5－10所示的正方形区域，有匀强磁场垂直纸面向里．下列说法正确的是
图1－5－10
A．此摆开始进入磁场前机械能不守恒
B．导体环进入磁场和离开磁场时，环中感应电流的方向肯定相反
C．导体环通过最低位置时，环中感应电流最大
D．最后此摆在匀强磁场中振动时，机械能守恒
解析：选BD导体环在进、出磁场阶段，导体环有一部分在做切割磁感线运动，电路中有感应电流产生，机械能转化为电能，且由楞次定律知这两种情况下感应电流方向相反．环全部进入磁场后，穿过导体环的磁通量不变，无感应电流．
图1－5－11
4．2022年高考课标全国卷如图1－5－11所示，两个端面半径同为R的圆柱形铁芯同轴水平
放置，相对的端面之间有一缝隙，铁芯上绕导线并与电源连接，在缝隙中形成一匀强磁场．一铜质细直棒ab水平置于缝隙中，且与圆柱轴线等高、垂直．让铜棒从静止开始自由下落，铜棒下落距离为时铜棒中电动势大小为E1，下落距离为时电动势大小为E2，忽略涡流损耗和边缘效应．关于E1、E2的大小和铜棒离开磁场前两端的极性，下列判断正确的是
A．E1>E2，a端为正B．E1>E2，b端为正
C．E1
”“＝”或“<”提示：从能否产生感应电流的角度思考
图1－5－22
解析：若磁场为匀强磁场，则小金属环中无感应电流，所以小金属环的机械能守恒；若磁场为非匀强磁场，则小金属环中磁通量发生变化，产生感应电流，所以小金属环的机械能部分转化为电能．
答案：＝<
11．2022年宝鸡高二检测如图1－5－23所示，小灯泡的规格为“2 V 4 W”，接在光滑水平导轨上，轨距 m，电阻不计．金属棒ab垂直搁置在导轨上，电阻为1 ＝1 T的匀强磁场中．求：
图1－5－23
1为使小灯泡正常发光，ab的滑行速度多大
2拉动金属杆ab的外力的功率为多大
解析：要使小灯泡正常发光，灯两端电压应等于其额定值2 V，这个电压是由于金属棒滑动时产生的感应电动势提供的．金属棒移动时，外力的功率转化为电路上的总电功率．
1小灯泡的额定电流和电阻分别为I＝错误!/＝40 m/
2根据能的转化，外力的机械功率等于整个电路中的电功率，所以拉动ab做切割运动的功率
为/ 28 W
12．2022年杭州教学质检如图1－5－24甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、．导轨电阻忽略不计，其间连接有固定电阻R＝＝ g、电阻r＝Ω的金属杆ab，整个装置处于磁感应强度B＝ T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下．用一外力F沿水平方向拉金属杆ab，使之由静止开始运动，电压传感器可将R两端的电压U即时采集并输入电脑，获得电压U随时间t 变化的关系如图乙所示．
1利用上述条件证明金属杆做匀加速直线运动，并计算加速度的大小；
2求第2 末外力F的瞬时功率；
3如果水平外力从静止开始拉动杆2 所做的功W＝ J，求金属杆上产生的焦耳热．
图1－5－24
解析：1设路端电压为U，金属杆的运动速度为v，则感应电动势E＝BLv
通过电阻R的电流I＝错误!
电阻R两端的电压U＝IR＝错误!
由图乙可得U＝t，＝ V/
解得v＝错误!·t
因为速度与时间成正比，所以金属杆做匀加速运动，
加速度a＝错误!＝ m/2
用其他方法证明也可以．
2在2 末，速度v2＝at＝ m/
电动势E＝BLv2
通过金属杆的电流I＝错误!
金属杆受安培力F安＝BIL＝错误!
解得：F安＝×10－2 N
设2 末外力大小为F2，由牛顿第二定律得
F2－F安＝ma
解得：F2＝×10－1 N
故2 末时F的瞬时功率v错误!
解得：Q＝ J
电阻R与金属杆的电阻r串联，产生焦耳热与电阻成正比
所以，错误!＝错误!
运用合比定理，错误!＝错误!而Q R＋Q r＝Q
故在金属杆上产生的焦耳热Q＝错误!
解得：Q r＝×10－2 J
答案：1见解析 2 W 3×10－2 J。