2018人教版高中物理同步选修3-2课时作业(六)电磁感应中的动力学及能量问题含解析
2018析人教版高中物理选修3-2全册同步课时作业含解析答案
2018析人教版高中物理选修3-2全册同步课时作业目录课时作业(一) 划时代的发现探究感应电流的产生条件 (1)课时作业(二) 楞次定律 (7)课时作业(三) 法拉第电磁感应定律 (13)课时作业(四) 电磁感应现象的两类情况 (18)课时作业(五) 电磁感应中的电路及图象问题 (24)课时作业(六) 电磁感应中的动力学及能量问题 (28)课时作业(七) 互感和自感 (32)课时作业(八) 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 (36)课时作业(九) 交变电流 (40)课时作业(十) 描述交变电流的物理量 (45)课时作业(十一) 电感和电容对交变电流的影响 (52)课时作业(十二) 变压器 (57)课时作业(十三) 电能的输送 (63)课时作业(十四) 传感器及其工作原理 (69)课时作业(十五) 传感器的应用 (73)第四章章末检测 (76)第五章章末检测 (83)第六章章末检测 (89)课时作业(一)划时代的发现探究感应电流的产生条件一、单项选择题1．如图所示，ab是水平面上一个圆的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电直导线ef，已知ef平行于ab.当ef竖直向上平移时，电流产生的磁场穿过圆的磁通量将()A．逐渐增大B．逐渐减小C．始终为零D．不为零，但保持不变解析：作出磁感线穿过圆的情况的俯视图，如图所示，根据磁场对称性可以知道，穿入圆的磁感线的条数与穿出圆的磁感线的条数是相等的．故选C.答案：C2．如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，初始位置线框与磁感线平行，则在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是()A．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动B．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动C．线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动D．线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动解析：四种情况中初始位臵线框均与磁感线平行，磁通量为零，按A、B、D三种情况线框运动后，线框仍与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感应电流，C中线框转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化，所以产生感应电流，C项正确．答案：C3．(福建质检)法拉第在1831年发现了“磁生电”现象．如图所示，他把两个线圈绕在同一个软铁环上，线圈A和电池连接，线圈B用导线连通，导线下面平行放置一个小磁针．实验中可能观察到的现象是()A．用一节电池作电源小磁针不偏转，用十节电池作电源小磁针会偏转B．线圈B匝数较少时小磁针不偏转，匝数足够多时小磁针会偏转C．线圈A和电池连接瞬间，小磁针会偏转D．线圈A和电池断开瞬间，小磁针不偏转解析：根据“磁生电”即电磁感应现象的产生条件，只有线圈B中磁通量变化时才能在线圈B中产生感应电流，因此无论线圈B匝数多少，与线圈A连接的电池多少，都不能在线圈B中产生感应电流，选项A、B错误；只有在线圈A和电池连接或断开的瞬间，线圈B中才能产生感应电流，电流产生磁场，使导线下面平行放臵的小磁针发生偏转，选项C正确，D错误．答案：C4．磁通量是研究电磁感应现象的一个重要物理量，如图所示，通有恒定电流的直导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框由位置1绕cd边翻转到位置2，设前后两次通过线框的磁通量的变化量分别为ΔΦ1和ΔΦ2则()A．ΔΦ1>ΔΦ2B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1<ΔΦ2D．无法确定解析：第一次将线框由位臵1平移到位臵2，磁感线从线框的同一侧穿入，ΔΦ1为前后两位臵磁通量的绝对值之差．第二次将线框由位臵1绕cd边翻转到位臵2，磁感线从线框的不同侧穿入，ΔΦ2为前后两位臵磁通量的绝对值之和．故ΔΦ1<ΔΦ2，选项C正确．答案：C5．在图中，若回路面积从S0＝8 m2变到S t＝18 m2，磁感应强度B同时从B0＝0.1 T方向垂直纸面向里变到B t＝0.8 T方向垂直纸面向外，则回路中的磁通量的变化量为()A．7 Wb B．13.6 WbC．15.2 Wb D．20.6 Wb解析：因为B、S都变化，所以磁通量的变化量可用后来的磁通量减去原来的磁通量求解．取后来的磁通量为正，ΔΦ＝Φt－Φ0＝B t S t－(－B0S0)＝0.8×18 Wb －(－0.1×8) Wb＝15.2 Wb，故C对．答案：C二、多项选择题6．在电磁学的发展历程中，奥斯特和法拉第的贡献值得人们纪念，下面有关说法正确的是()A．法国物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，并提出了右手螺旋定则和“分子电流”假说B．电流磁效应的发现，宣告了电磁学作为一门独立学科的诞生，掀起了一场研究电与磁关系的浪潮C．法拉第虽然发现了电磁感应现象，但发现过程并不是一帆风顺的，也曾受思维定势的影响D．电磁感应的发现，开辟了人类的电气化时代，促进了人类文明的发展解析：丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，安培提出了右手螺旋定则和“分子电流”假说，选项A错误；电流磁效应的发现掀起了一场研究电与磁关系的浪潮，英国物理学家法拉第经过十年的不懈努力，发现了电磁感应现象，电磁感应现象的发现，宣告了电磁学的诞生，开辟了人类的电气化时代，故选项B错误，选项C、D正确．答案：CD7．如右图所示，四面体OABC处在沿Ox方向的匀强磁场中，下列关于磁场穿过各个面的磁通量的说法中正确的是()A．穿过AOB面的磁通量为零B．穿过ABC面和BOC面的磁通量相等C．穿过AOC面的磁通量为零D．穿过ABC面的磁通量大于穿过BOC面的磁通量解析：此题实际就是判断磁通量的有效面积问题．匀强磁场沿Ox方向没有磁感线穿过AOB面、AOC面，所以磁通量为零，A、C正确；在穿过ABC面时，磁场方向和ABC面不垂直，考虑夹角后发现，ABC面在垂直于磁感线方向上的投影就是BOC面，所以穿过二者的磁通量相等，B正确、D错误．故正确答案为A、B、C.答案：ABC8．如图所示，下列情况能产生感应电流的是()A．如图甲所示，导体棒AB顺着磁感线运动B．如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时C．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时D．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时解析：A中导体棒顺着磁感线运动，穿过闭合回路的磁通量没有发生变化，无感应电流，故A错误；B中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加，拔出线圈时线圈中的磁通量减少，都有感应电流，故B正确；C中开关S一直接通，回路中为恒定电流，螺线管A产生的磁场稳定，螺线管B中的磁通量无变化，线圈中不产生感应电流，故C错误；D中开关S接通，滑动变阻器的阻值变化使闭合回路中的电流变化，螺线管A的磁场发生变化，螺线管B中磁通量发生变化，线圈中产生感应电流，故D正确．答案：BD9．如图所示，导线ab和cd互相平行，则下列四种情况中，导线cd中有电流的是()A．开关S闭合或断开的瞬间B．开关S是闭合的，滑动触头向左滑C．开关S是闭合的，滑动触头向右滑D．开关S始终闭合，滑动触头不动解析：开关S闭合或断开的瞬间；开关S闭合，滑动触头向左滑的过程；开关S闭合，滑动触头向右滑的过程都会使通过导线ab段的电流发生变化，使穿过cd回路的磁通量发生变化，从而在cd导线中产生感应电流．因此本题的正确的是()A．通过abcd平面的磁通量大小为B·L2实验仪器．(1)请你用笔画线代替导线，将实验电路连接完整．12．一个单匝矩形线圈abcd，边长ab＝30 cm，bc＝20 cm，如图所示，放分别沿Ox、Oy、Oz方向时，穿过线圈的磁通量各为多少？解析：矩形线圈的面积课时作业(二)楞次定律一、单项选择题1．如图所示，在匀强磁场中有一个用比较软的金属导线制成的闭合圆环．在此圆环的形状由圆形变成正方形的过程中()A．环中有感应电流，方向a→d→c→bB．环中有感应电流，方向a→b→c→dC．环中无感应电流D．条件不够，无法确定解析：由圆形变成正方形的过程中，面积减小，磁通量减小，由楞次定律可知，正方形中产生a→d→c→b方向的电流，A对．答案：A2．如图所示，AOC是光滑的金属轨道，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，PQ是一根金属直杆立在轨道上，直杆从图示位置由静止开始在重力作用下运动，运动过程中Q端始终在OC上，空间存在着垂直纸面向外的匀强磁场，则在PQ 杆滑动的过程中，下列判断正确的是()A．感应电流的方向始终是P→QB．感应电流的方向先是P→Q，后是Q→PC．PQ受磁场力的方向垂直于杆向左D．PQ受磁场力的方向先垂直于杆向右，后垂直于杆向左解析：在PQ杆滑动的过程中，杆与导轨所围成的三角形面积先增大后减小，三角形POQ内的磁通量先增大后减小，由楞次定律可判断B项对、A项错，再由PQ中电流方向及左手定则可判断C、D项错误，故选B.答案：B3．如图所示，一个N极朝下的条形磁铁竖直下落，恰能穿过水平放置的固定矩形导线框，则()A．磁铁经过位置①时，线框中感应电流沿abcd方向；经过位置②时，沿adcb方向B．磁铁经过位置①时，线框中感应电流沿adcb方向；经过位置②时，沿abcd方向C．磁铁经过位置①和②时，线框中感应电流都沿abcd方向D．磁铁经过位置①和②时，线框中感应电流都沿adcb方向解析：当磁铁经过位臵①时，穿过线框的磁通量向下且不断增加，由楞次定律可确定感应电流的磁场方向向上，阻碍磁通量的增加，根据安培定则可判定感应电流应沿abcd方向．同理可判定当磁铁经过位臵②时，感应电流沿adcb 方向．答案：A4．通电长直导线中有恒定电流I，方向竖直向上，矩形线框与直导线在同一竖直面内，现要使线框中产生如图所示方向的感应电流，则应使线框() A．稍向左平移B．稍向右平移C．稍向上平移D．以直导线为轴匀速转动解析：由楞次定律或右手定则可以判断，线框左移，磁通量增加，感应电流的方向与图示方向相反；选项C、D磁通量不变，无感应电流产生．故选项B 正确．答案：B5．现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流表及开关，按图所示连接，在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑动变阻器的滑片P向左加速滑动时，电流表指针向右偏转．由此可以推断()A．线圈A向上移动或滑动变阻器的滑片P向右加速滑动，都能引起电流表指针向左偏转B．线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，都能引起电流表指针向右偏转C．滑动变阻器的滑片P匀速向左或匀速向右滑动，都能使电流表指针静止在中央D．因为线圈A、线圈B的绕线方向未知，所以无法判断电流表指针偏转的方向解析：线圈A上移或断开开关时，穿过线圈B的磁通量减小，电流表指针向右偏转，故A错误、B正确；P匀速向左滑动时穿过线圈B的磁通量减小，电流表指针向右偏转，P匀速向右滑动时穿过线圈B的磁通量增大，电流表指针向左偏转，故C错误；由以上分析可知，D错误．答案：B6.如图所示，一个矩形线框从匀强磁场的上方自由落下，进入匀强磁场中，然后再从磁场中穿出．已知匀强磁场区域的宽度l大于线框的宽度h.那么下列说法中正确的是()A．线框只在进入和穿出磁场的过程中，才有感应电流产生B．线框从进入到穿出磁场的整个过程中，都有感应电流产生C．线框在进入和穿出磁场的过程中，都是磁场能转变成电能D．线框在磁场中运动的过程中，电能转变成机械能解析：本题考查了感应电流的产生条件及电磁感应中的能量转化．有无感应电流产生关键要看穿过闭合线框的磁通量是否发生变化，有导体切割磁感线时不一定产生感应电流，线框只在进入和穿出磁场的过程中，穿过它的磁通量才会发生变化，该过程中发生了机械能和电能的相互转化．故选A.答案：A7．(烟台高二检测)矩形导线框abcd与长直导线MN放在同一水平面上，ab 边与MN平行，导线MN中通入如图所示的电流，当MN中的电流增大时，下列说法正确的是()A．导线框abcd中没有感应电流B．导线框abcd中有顺时针方向的感应电流C．导线框所受的安培力的合力方向水平向左D．导线框所受的安培力的合力方向水平向右解析：直导线中通有向上且增大的电流，根据安培定则知，通过线框的磁场方向垂直纸面向里，且增大，根据楞次定律知感应电流的方向为逆时针方向，故A、B错误；根据左手定则知，ab边所受安培力方向水平向右，cd边所受安培力方向水平向左，离导线越近，磁感应强度越大，所以ab边所受的安培力大于cd边所受的安培力，则线框所受安培力的合力方向水平向右，故C错误、D 正确．答案：D二、多项选择题8．如图是验证楞次定律实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或拔出，线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流．各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况，其中表示正确的是()解析：根据楞次定律可确定感应电流的方向：对C选项，当磁铁向下运动时：(1)闭合线圈原磁场的方向——向上；(2)穿过闭合线圈的磁通量的变化——增加；(3)感应电流产生的磁场方向——向下；(4)利用安培定则判断感应电流的方向——与图中箭头方向相同．线圈的上端为S极，磁铁与线圈相互排斥．综合以上分析知，选项C、D正确．答案：CD9．如图所示，光滑U形金属框架放在水平面内，上面放置一导体棒，有匀强磁场B垂直框架所在平面，当B发生变化时，发现导体棒向右运动，下列判断正确的是()A．棒中电流从b→aB．棒中电流从a→bC．B逐渐增大D．B逐渐减小解析：ab棒是因“电”而“动”，所以ab棒受到的安培力向右，由左手定则可知电流方向a→b，故B对，由楞次定律可知B逐渐减小，D对．答案：BD10．如图所示，导体AB、CD可在水平光滑轨道上自由滑动，且两水平轨道在中央交叉处互不连通．当导体棒AB向左移动时()A．AB中感应电流的方向为A到BB．AB中感应电流的方向为B到AC．CD向左移动D．CD向右移动解析：由右手定则可知AB中感应电流方向由A→B，因而CD中电流方向由C→D.由左手定则知CD所受安培力方向向右，故CD向右移动．答案：AD11．如图所示，A、B两回路中各有一开关S1、S2，且回路A中接有电源，回路B中接有灵敏电流计，下列操作及相应的结果中可能的是()A．先闭合S2，后闭合S1的瞬间，电流计指针偏转B．S1、S2闭合后，在断开S2的瞬间，电流计指针偏转C．先闭合S1，后闭合S2的瞬间，电流计指针偏转D．S1、S2闭合后，在断开S1的瞬间，电流计指针偏转解析：回路A中有电源，当S1闭合后，回路中有电流，在回路的周围产生磁场，回路B中有磁通量，在S1闭合或断开的瞬间，回路A中的电流从无到有或从有到无，电流周围的磁场发生变化，从而使穿过回路B的磁通量发生变化，产生感应电动势，此时若S2是闭合的，则回路B中有感应电流，电流计指针偏转，所以选项A、D正确．答案：AD三、非选择题12．我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和其所遵循的物理规律．以下是实验探究过程的一部分．(1)如图甲所示，当磁铁的N极向下运动时，发现电流表指针偏转，若要探究线圈中产生的感应电流的方向，必须知道____________．(2)如图乙所示，实验中发现闭合开关时，电流表指针向右偏转．电路稳定后，若向左移动滑片，此过程中电流表指针向________偏转；若将线圈A抽出，此过程中电流表指针向________偏转．(填“左”或“右”)解析：(1)电流表中没有电流通过时，指针在中央位臵，要探究线圈中电流的方向，必须知道电流从正(负)接线柱流入时，电流表指针的偏转方向．(2)闭合开关时，线圈A中的磁场增强，线圈B中产生的感应电流使电流表指针向右偏转，则当向左移动滑片时，会使线圈A中的磁场增强，线圈B中感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，电流表指针将向右偏转；当将线圈A抽出时，线圈A在线圈B处的磁场减弱，线圈B中感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，线圈B中产生的感应电流将使电流表指针向左偏转．答案：(1)电流从正(负)接线柱流入时，电流表指针的偏转方向(2)右左④所示，下列说法正确的是()A．图①有感应电动势，且大小恒定不变A．U＝0 B．φ>φ，U保持不变滑行时，其他电阻不计，电阻R中的电流为()Bd v Bd v匀地增大到2B.在此过程中，线圈中产生的感应电动势为() Ba2nBa2二、多项选择题7．(成都高二检测)如图所示，闭合开关S，将条形磁铁插入闭合线圈，第Φ随时间t的变化图象如图所示，则()A．在t＝0时，线圈中磁通量最大，感应电动势也最大A．A中无感应电流生的感应电动势多大？解析：取线圈为研究对象，在1～2 s内，其磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ－ΦF T＝2mg，求从t＝0时起，经多长时间细线会被拉断？解析：设t时刻细线恰被拉断，由题意知，轨向右匀速运动，速度v＝5 m/s.(1)求感应电动势E和感应电流I；2.夏天将到，在北半球，当我们抬头观看教室内的电风扇时，发现电风扇正3.如图，在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆MN在4.如图所示，导体棒AB的长为2R，绕O点以角速度ω匀速转动，OB长为R，5.如图所示，匀强磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框，半圆直径与答案：AD9．单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场，如线圈所围面下说法中正确的是()A．环中产生逆时针方向的感应电流(滨州高二检测)在范围足够大、方向竖直向下的匀强磁场中，B＝0.2 T，有示．求：(1)0～4 s内，回路中的感应电动势；可能正确的是()解析：在金属棒PQ进入磁场区域之前或出磁场后，棒上均不会产生感应电答案：A2．如图为无线充电技术中使用的受电线圈示意图，线圈匝数为n，面积为A．逐渐增大，逆时针B．逐渐减小，顺时针C．大小不变，顺时针D．大小不变，先顺时针后逆时针解析：因为B－t图象的斜率不变，所以感应电流恒定．根据楞次定律判断电流方向顺时针．答案：C4．(开封高二检测)如图所示，将两块水平放置的金属板用导线与一线圈连接，线圈中存在方向竖直向上、大小变化的磁场，两板间有一带正电的油滴恰好处于静止状态，则磁场的磁感应强度B随时间t变化的图象是()解析：带正电油滴处于静止，说明感应电动势恒定，在正对金属板之间产生的电场为恒定的匀强电场，电场力与重力平衡．即电场力向上，说明上极板为感应电动势的负极，根据电流在电源内部从负极流向正极可以判断感应电流是自上而下的方向，右手判断感应电流的磁场是竖直向上的，根据楞次定律感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化，说明原磁场在减小，根据感应电动势恒定，判断原磁场在均匀减小，C对．答案：C二、多项选择题5．如图甲所示，一个闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中，设磁场方向向里为磁感应强度B的正方向，线圈中的箭头为电流I的正方向．线圈及线圈中感应电流I随时间变化的图线如图乙所示，则磁感应强度B随时间变化的图线可能是()答案：CD强度B随时间t的变化关系如图乙所示，则以下说法正确的是()A．在0～3 s内导线圈中产生的感应电流方向不变知ab金属棒电阻为1 Ω，求：(1)通过小灯泡的电流；则()A．Q>Q，q＝q过程中通过的电荷量为q.下列说法正确的是()A．金属棒在导轨上做匀减速运动的速度v也会变化，v与F的关系如图所示．(取重力加速度g＝10 m/s)(1)金属杆在匀速运动之前做什么运动？(1)铝环向哪边偏斜？够大，当导体ab自由下落0.4 s时，突然闭合开关S，则：(1)试说出S接通后，导体ab的运动情况；样亮，则()A．当S断开的瞬间，L、L两灯中电流立即变为零路拆开时应()A．先断开开关S B．先断开开关S若先断开S1或先拆电流表或先拆去电阻R的瞬间，线圈中产生的自感电动势相当于瞬间电源，其a端相当于电源的负极，b端相当于电源的正极，此时电压表加了一个反向电压，使指针反偏．由“自感系数较大的线圈”知其反偏电压很大，会烧坏电压表．而先断开S2，由于电压表内阻很大，电路中总电阻变化很小，电流几乎不变，不会损坏其他器件，故应先断开S2.答案：B4．如图所示，在同一铁芯上绕着两个线圈，单刀双掷开关原来接“1”，现在把它从“1”扳向“2”．则在此过程中，电阻R中的电流方向是()A．先由P→Q，再由Q→PB．先由Q→P，再由P→QC．始终由Q→PD．始终由P→Q解析：由于A线圈磁场变化，使B线圈产生感应电流，这就是互感．将开关由1扳到2的过程中，分两个阶段来分析电阻R上的电流方向．(1)在线圈A中电流沿原方向减小到零的过程中，线圈A的磁场自右向左也跟着减弱，导致穿过线圈B的磁通量减少．由楞次定律知，线圈B中会产生右上左下的感应电流，即流过电阻R的电流方向是由P→Q；(2)在线圈A中电流由零沿原方向增大的过程中，线圈A的磁场自右向左也跟着增强，导致穿过线圈B的磁通量增加．由楞次定律知，线圈B中会产生左上右下的感应电流，即通过电阻R的电流方向是由Q→P.综上分析可知，全过程中流过电阻R的电流方向先是由P→Q，然后是由Q→P，所以A对．答案：A二、多项选择题5．关于互感现象，下列说法正确的是()A．两个线圈之间必须有导线相连，才能产生互感现象B．互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线圈C．互感现象都是有益的D．变压器是利用互感现象制成的解析：两个线圈之间没有导线相连，也能产生互感现象，选项A错误；互感现象可以把能量从一个线圈传到另一个线圈，选项B正确；互感现象不都是有益的，有时会影响电路的正常工作，C错误；变压器是利用互感现象制成的，D正确．答案：BD6．(淄博高二检测)如图所示的电路中，线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，A、B是两个相同的灯泡，下列说法中正确的是()A．S闭合后，A、B同时发光且亮度不变B．S闭合后，A立即发光，然后又逐渐熄灭C．S断开的瞬间，A、B同时熄灭D．S断开的瞬间，A再次发光，然后又逐渐熄灭解析：线圈对变化的电流有阻碍作用，开关接通时，A、B串联，同时发光，但电流稳定后线圈的直流电阻忽略不计，使A被短路，所以A错误、B正确；开关断开时，线圈产生自感电动势，与A构成回路，A再次发光，然后又逐渐熄灭，所以C错误、D正确．答案：BD7．如图所示，带铁芯的自感线圈的电阻与电阻R的阻值相同，A1和A2是两个完全相同的电流表，则下列说法中正确的是()A．闭合S瞬间，电流表A1示数小于A2示数B．闭合S瞬间，电流表A1示数等于A2示数C．断开S瞬间，电流表A1示数大于A2示数D．断开S瞬间，电流表A1示数等于A2示数解析：闭合S瞬间，由于自感线圈L的阻碍，使得I1<I2，电流表A1示数小于A2示数，A对、B错；断开S瞬间，自感线圈L与R形成闭合回路，因此电流表A1示数等于A2示数，C错、D对．答案：AD8．某线圈通有如图所示的电流，则线圈中自感电动势改变方向的时刻有()A．第1 s末B．第2 s末C．第3 s末D．第4 s末解析：在自感现象中，当原电流减小时自感电动势与原电流的方向相同，。
人教版高中物理选修3-2电磁感应中的能量问题 .docx
高中物理学习材料桑水制作电磁感应中的能量问题复习精要1.产生和维持感应电流的存在的过程就是其它形式的能量转化为感应电流电能的过程。
导体在达到稳定状态之前，外力移动导体所做的功，一部分消耗于克服安培力做功，转化为产生感应电流的电能或最后在转化为焦耳热，另一部分用于增加导体的动能，即W F–W f=ΔEE电Q当导体达到稳定状态（作匀速运动时），外力所做的功，完全消耗于克服安培力做功，并转化为感应电流的电能或最后在转化为焦耳热W F =W fE电Q2.在电磁感应现象中，能量是守恒的。
楞次定律与能量守恒定律是相符合的，认真分析电磁感应过程中的能量转化，熟练地应用能量转化与守恒定律是求解叫复杂的电磁感应问题常用的简便方法。
3.安培力做正功和克服安培力做功的区别：电磁感应的过程，同时总伴随着能量的转化和守恒，当外力克服安培力做功时，就有其它形式的能转化为电能；当安培力做正功时，就有电能转化为其它形式的能。
4.在较复杂的电磁感应现象中，经常涉及求解耳热的问题。
尤其是变化的安培力，不能直接由Q=I2Rt解，用能量守恒的方法就可以不必追究变力、变电流做功的具体细节，只需弄清能量的转化途径，注意分清有多少种形式的能在相互转化，用能量的转化与守恒定律就可求解，而用能量的转化与守恒观点，只需从全过程考虑，不涉及电流的产生过程，计算简便。
这样用守恒定律求解的方法最大特点是省去许多细节，解题简捷、方便。
1．如图所示，足够长的两光滑导轨水平放置，两条导轨相距为d，左端MN用阻值不计的导线相连，金属棒ab可在导轨上滑动，导轨单位长度的电阻为r0，金属棒ab的电阻不计。
整个装置处于竖直向下的均匀磁场中，磁场的磁感应强度随时间均匀增加，B=kt，其中k为常数。
金属棒ab在水平外力的作用下，以速度v沿导轨向右做匀速运动，t=0时，金属棒ab 与MN相距非常近．求：（1）当t=t o时，水平外力的大小F．y xV OB （2）同学们在求t =t o 时刻闭合回路消耗的功率时，有两种不同的求法：方法一：t =t o 时刻闭合回路消耗的功率P =F ·v ． 方法二：由Bld =F ，得F I Bd=2222F R P I R B d ==（其中R 为回路总电阻） 这两种方法哪一种正确?请你做出判断，并简述理由．2.如图所示，一根电阻为R=0.6Ω的导线弯成一个圆形线圈，圆半径r=1m ，圆形线圈质量m=1kg ，此线圈放在绝缘光滑的水平面上，在y 轴右侧有垂直于线圈平面B=0.5T 的匀强磁场。
2017-2018学年高中物理第四章电磁感应习题课(二)电磁感应中的动力学和能量问题学案新人教版选修3-2
. 如：
①有滑动摩擦力做功，必有内能产生；
②有重力做功，重力势能必然发生变化；
③克服安培力做功， 必然有其他形式的能转化为电能， 并且克服安培力做多少功， 就产生多
少电能；如果安培力做正功，就是电能转化为其他形式的能
.
(3) 列有关能量的关系式 .
例 4 如图 4 所示， 匀强磁场方向竖直向下， 磁感应强度为 B. 正方形金属框 abcd 可绕光滑 轴 OO′转动，边长为 L，总电阻为 R， ab 边质量为 m，其他三边质量不计，现将 abcd 拉至 水平位置， 并由静止释放，经一定时间到达竖直位置， ab 边的速度大小为 v，则在金属框内 产生热量大小等于 ( )
电磁感应动力学问题中，要把握好受力情况、运动情况的动态分析
.
E
基本思路是：导体受外力运动―
E＝ Blv ――→ 产生感应电动势
I―＝―R―＋→r
F＝ BIl 感应电流― ――→
导体受安培
力―→合外力变化―F合―＝―m→a加速度变化― →速度变化― →感应电动势变化……→ a＝ 0，v 最大
值.
周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达到稳定状态，
金属棒 MN放置在导轨上，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度
场区域足够大， 不计空气阻力， 则下列哪一个图象不可能反映线框下落过程中速度
v 随时间
t 变化的规律 ( )
图6
答案 A
解析 线框在 0～ t 1 这段时间内做自由落体运动， v－t 图象为过原点的倾斜直线， t 2之后线
框完全进入磁场区域中， 无感应电流， 线框不受安培力， 只受重力， 线框做匀加速直线运动，
mgL－ mv2 A.
(完整版)高中物理选修3-2课后习题答案及解释
电磁感应和楞次定律1. 答案：CD详解：导体棒做匀速运动，磁通量的变化率是一个常数，产生稳恒电流，那么被线圈缠绕的磁铁将产生稳定的磁场，该磁场通过线圈 c 不会产生感应电流；做加速运动则可以；2．答案：C详解：参考点电荷的分析方法，S 磁单极子相当于负电荷，那么它通过超导回路，相当于向左的磁感线通过回路，右手定则判断，回路中会产生持续的adcba 向的感应电流；3．答案：A详解：滑片从 a 滑动到变阻器中点的过程，通过 A 线圈的电流从滑片流入，从固定接口流出，产生向右的磁场，而且滑动过程中，电阻变大，电流变小，所以磁场逐渐变小，所以此时 B 线圈要产生向右的磁场来阻止这通过 A 线圈的电流从滑片流入，从固定接口流出种变化，此时通过R 点电流由c流向d;从中点滑动到b的过程，通过A线圈的电流从固定接口流入，从滑片流出，产生向左的磁场，在滑动过程中，电阻变小，电流变大，所以磁场逐渐变大，所以此时B线圈要产生向右的磁场来阻止这种变化，通过R的电流仍从c流向d o4．答案：B详解：aob 是一个闭合回路，oa 逆时针运动，通过回路的磁通量会发生变化，为了阻止这种变化，ob 会随着oa 运动;5．答案：A详解：开关在 a 时，通过上方的磁感线指向右，开关断开，上方的磁场要消失，它要阻止这种变化，就要产生向右的磁场来弥补，这时通过R2的电流从c指向d;开关合到b上时，通过上方线圈的磁场方向向左，它要阻止这种变化，就要产生向右的磁场来抵消，这时通过R2的电流仍从c指向d;6．答案：AC详解：注意地理南北极与地磁南北极恰好相反，用右手定则判断即可。
电磁感应中的功与能1．答案:C、D详解：ab 下落过程中，要克服安培力做功，机械能不守恒，速度达到稳定之前其减少的重力势能转化为其增加的动能和电阻增加的内能，速度达到稳定后，动能不再变化，其重力势能的减少全部转化为电阻增加的内能。
选CD2．答案：A详解：E=BLvI=E/R=BLv/RF=BIL=B A2L A2v/R W=Fd=B A2L A2dv/R=B A2SLv/R, 选A3．答案:B、C详解：开始重力大于安培力，ab 做加速运动，随着速度的增大，安培力增大，当安培力等于重力时，加速度为零；当速度稳定时达到最大，重力的功率为重力乘以速度，也在此时达到最大，最终结果是安培力等于重力，安培力不为0，热损耗也不为0.选BC4. 答案：(1) 5m/s。
2018-2019学年高二物理(人教版)选修3-2专题检测卷：电磁感应中的动力学及能量问题
电磁感应中的动力学及能量问题一、选择题1.如图所示，质量为m 的金属环用不可伸长的细线悬挂起来，金属环下半部分处于水平且与环面垂直的匀强磁场中，从某时刻开始，磁感应强度均匀减小，则在磁感应强度均匀减小的过程中，关于线的拉力大小，下列说法中正确的是( )图1A.大于环重力mg ，并逐渐减小B.始终等于环重力mgC.小于环重力mg ，并保持恒定D.大于环重力mg ，并保持恒定 答案 A2.(多选)用一段横截面半径为r 、电阻率为ρ、密度为d 的均匀导体材料做成一个半径为R (r ≪R )的圆环.圆环竖直向下落入如图所示的径向磁场中，圆环的圆心始终在N 极的轴线上，圆环所在位置的磁感应强度大小均为B .圆环在加速下滑过程中某一时刻的速度为v ，忽略其他影响，则( )A.此时在圆环中产生了(俯视)顺时针方向的感应电流B.圆环因受到了向下的安培力而加速下落C.此时圆环的加速度a ＝B 2v ρdD.如果径向磁场足够长，则圆环的最大速度v m ＝ρdg B 2答案 AD3.如图所示在光滑水平桌面上有一边长为L 、电阻为R 的正方形导线框；在导线框右侧有一宽度为d (d ＞L )的条形匀强磁场区域，磁场的边界与导线框的一边平行，磁场方向竖直向下.导线框以某一初速度向右运动，t ＝0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合，随后导线框进入并通过磁场区域.下列v －t 图象中，能正确描述上述过程的是( )答案 D4.(多选)如图所示，有两根和水平方向成α(α<90°)角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面向上的匀强磁场，磁感应强度为B，一根质量为m、电阻不计的金属杆从轨道上由静止滑下.经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度v m，则()A.如果B增大，v m将变大B.如果α变大(仍小于90°)，v m将变大C.如果R变大，v m将变大D.如果m变小，v m将变大答案BC5.如图所示，纸面内有一矩形导体闭合线框abcd，ab边长大于bc边长，置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于MN.第一次ab边平行于MN进入磁场，线框上产生的热量为Q1，通过线框导体横截面的电荷量为q1；第二次bc边平行于MN进入磁场，线框上产生的热量为Q2，通过线框导体横截面的电荷量为q2，则()A.Q1＞Q2，q1＝q2B.Q1＞Q2，q1＞q2C.Q1＝Q2，q1＝q2D.Q1＝Q2，q1＞q2答案 A6.如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，力F做的功与安培力做的功的代数和等于()图6A.棒的机械能增加量B.棒的动能增加量C.棒的重力势能增加量D.电阻R上产生的热量答案 A7.(多选)如图所示，两根足够长的直金属导轨平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L ，底端接有阻值为R 的电阻.一根质量为m 的均匀直金属杆ab 放在两导轨上，并与导轨垂直，导轨和杆ab 的电阻可忽略.整个装置处于磁感应强度为B 的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上(图中未画出).让杆ab 沿轨道由静止开始下滑，导轨和杆ab 接触良好，不计它们之间的摩擦，杆ab 由静止下滑距离s 时，已处于匀速运动.重力加速度为g .则( )A.匀速运动时杆ab 的速度为mgR sin θB 2L 2B.匀速运动时杆ab 受到的安培力大小为mg sin θC.杆ab 由静止下滑距离s 过程中，安培力做功为mgs sin θD.杆ab 由静止下滑距离s 过程中，电阻R 产生的热量为mgs sin θ 答案 AB8.水平放置的光滑平行导轨上放置一根长为L 、质量为m 且与导轨垂直并接触良好的导体棒ab ，ab 处在磁感应强度大小为B 、方向如图所示的匀强磁场中，导轨的一端接一阻值为R 的电阻，导轨及导体棒电阻不计.现使ab 在水平恒力F 作用下由静止沿垂直于磁场的方向运动，当通过的位移为x 时，ab 达到最大速度v m .此时撤去外力，最后ab 静止在导轨上.在ab 运动的整个过程中，下列说法正确的是( )A.撤去外力后，ab 做匀减速运动B.合力对ab 做的功为FxC.R 上释放的热量为Fx ＋12mv m 2D.R 上释放的热量为Fx 答案 D 二、非选择题9.(2017·扬州市高二上学期调研)如图甲所示，阻值不计的光滑金属导轨在竖直面上平行固定放置，间距d 为0.5 m ，下端通过导线与阻值R L 为4 Ω的小灯泡L 连接，在矩形区域CDFE 内有水平向外的匀强磁场，磁感应强度B 随时间变化的关系如图乙所示，CE 长为2 m.在t ＝0时刻，接入电路的电阻R 为1 Ω的金属棒以某一初速度从AB 位置紧贴导轨向下运动，当金属棒从AB 位置运动到EF 位置过程中，小灯泡的亮度没有发生变化，g 取10 m/s 2.求：(1)通过小灯泡的电流的大小；(2)金属棒的质量；(3)金属棒通过磁场区域所用的时间.答案(1)0.4 A(2)0.008 kg(3)0.2 s10.如图甲所示，不计电阻的平行金属导轨与水平面成37°角放置，导轨间距为L＝1 m，上端接有电阻R＝3 Ω，虚线OO′下方是垂直于导轨平面的匀强磁场.现将质量m＝0.1 kg、接入电路的电阻r＝1 Ω的金属杆ab从OO′上方某处垂直导轨由静止释放，杆下滑过程中始终与导轨垂直并保持良好接触，杆下滑过程中的v－t图象如图乙所示.(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g取10 m/s2)求：(1)磁感应强度大小B；(2)杆在磁场中下滑0.1 s过程中电阻R上产生的热量.答案(1)2 T(2)3 160J11.如图所示，足够长的U形导体框架的宽度L＝0.5 m，电阻可忽略不计，其所在平面与水平面成θ＝37°角.有一磁感应强度B＝0.8 T的匀强磁场，方向垂直于导体框架平面.一根质量m＝0.4 kg、电阻R＝1 Ω的导体棒MN垂直跨放在U形框架上，某时刻起将导体棒由静止释放.已知导体棒与框架间的动摩擦因数μ＝0.5.(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g取10 m/s2)(1)求导体棒刚开始下滑时的加速度大小；(2)求导体棒运动过程中的最大速度；(3)从导体棒开始下滑到速度刚达到最大时的过程中，通过导体棒横截面的电荷量Q＝4 C，求导体棒在此过程中消耗的电能.答案(1)2 m/s2(2)5 m/s(3)3 J12.两根平行的金属导轨相距L1＝1 m，与水平方向成θ＝30°角倾斜放置，如图甲所示，其上端连接阻值R＝1.5 Ω的电阻，另有一根质量m＝0.2 kg，电阻r＝0.5 Ω的金属棒ab放在两根导轨上，距离上端L2＝4 m，棒与导轨垂直并接触良好，导轨电阻不计，因有摩擦力作用，金属棒处于静止状态.现在垂直导轨面加上从零均匀增强的磁场，磁感应强度的变化规律如图乙所示，已知在t＝2 s时棒与导轨间的摩擦力刚好为零(g取10 m/s2)，则在棒发生滑动之前：(1)t＝2 s时，磁感应强度B为多大？(2)假如t＝5 s时棒刚要发生滑动，则棒与导轨间最大静摩擦力多大？(3)从t＝0到t＝3 s内，电阻R上产生的电热有多少？答案(1)1 T(2)1.5 N(3)4.5 J。
教科版2018年高中物理选修3-2全册课时作业含解析
教科版高中物理选修3-2 全册同步课时作业含解析目录课时分层作业(一) 电磁感应的发现感应电流产生的条件 (1)课时分层作业(二) 法拉第电磁感应定律 (7)课时分层作业(三) 楞次定律 (14)课时分层作业(四) 电磁感应中的能量转化与守恒 (20)课时分层作业(五) 自感 (29)课时分层作业(六) 涡流（选学） (35)课时分层作业(七) 交变电流 (41)课时分层作业(八) 描述交变电流的物理量 (48)课时分层作业(九) 电容器在交流电路作用电感器在交流电路中的作用 . 55 课时分层作业(十) 变压器 (60)课时分层作业(十一) 电能的输送 (68)课时分层作业(十二) 传感器温度传感器和光传感器 (76)课时分层作业(十三) 生活中的传感器简单的光控和温控电路（选学） . 84课时分层作业(一) 电磁感应的发现感应电流产生的条件[基础达标练](时间：15分钟分值：50分)一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)1．在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是( )A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化D[本题以验证“由磁产生电”设想的实验为背景，主要考查电磁感应现象．选项A、B电路闭合，但磁通量不变，不能产生感应电流，故选项A、B不能观察到电流表的变化；选项C满足产生感应电流的条件，也能产生感应电流，但是等我们从一个房间到另一个房间后，电流表中已没有电流，故选项C也不能观察到电流表的变化；选项D满足产生感应电流的条件，能产生感应电流，可以观察到电流表的变化，所以选D.]2．关于磁通量的概念，以下说法中正确的是( )A．磁感应强度越大，穿过闭合回路的磁通量也越大B．磁感应强度越大，线圈面积越大，则磁通量也越大C．穿过线圈的磁通量为零，但磁感应强度不一定为零D．穿过线圈的磁通量为零，磁感应强度也一定为零C[磁通量的大小是由磁感应强度、线圈的面积以及二者的位置关系共同决定的，仅磁感应强度大或者线圈面积大，不能确定穿过线圈的磁通量就大，故A、B错误；当线圈平面与磁场方向平行时，穿过线圈的磁通量为零，但是磁感应强度不为零，故C正确，D错误．] 3．关于产生感应电流的条件，下列说法正确的是( )A．任一闭合回路在磁场中运动，闭合回路中就一定会有感应电流B．任一闭合回路在磁场中做切割磁感线运动，闭合回路中一定会有感应电流C．穿过任一闭合回路的磁通量为零的瞬间，闭合回路中一定不会产生感应电流D．无论用什么方法，只要穿过闭合回路的磁感线条数发生了变化，闭合回路中一定会有感应电流D[只要穿过闭合回路的磁通量发生变化就一定会产生感应电流，而磁通量是穿过某一面积磁感线的净条数，选项D正确；闭合回路在磁场中运动，磁通量可能变化，也可能不变，选项A错误；闭合回路在磁场中做切割磁感线运动，磁通量可能变化，也可能不变，选项B 错误；磁通量为零的瞬间不能说明闭合回路中的磁通量没有发生变化，选项C错误．] 4．如图所示实验装置中用于研究电磁感应现象的是( )A BC DB[选项A是用来探究影响安培力大小因素的实验装置．选项B是研究电磁感应现象的实验装置，观察闭合线框在磁场中做切割磁感线运动时电流表是否会产生感应电流．选项C 是用来探究安培力的方向与哪些因素有关的实验装置．选项D是奥斯特实验装置，证明通电导线周围存在磁场．]5．如图1113所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r(r<R)的范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面，若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为( )图1113A．πBR2B．πBr2C．nπBR2D．nπBr2B[由磁通量的定义式知Φ＝BS＝πBr2，故B正确．]6．(多选)某学生做观察电磁感应现象的实验，错将电流表、线圈A和B、滑动变阻器、蓄电池、开关用导线连接成如图1114的实验电路，则下列说法中正确的是( )图1114A．接通和断开开关时，电流表的指针都不发生偏转B．接通和断开开关时，电流表指针偏转方向一正一反C．开关接通，分别向左和向右移动滑动变阻器滑片时，电流表指针偏转方向相同D．开关接通，分别向左和向右移动滑动变阻器滑片时，电流表指针都不发生偏转AD[蓄电池与A线圈组成的电路是恒定直流电路，A线圈中的磁场是恒定磁场，接通和断开开关时，B线圈组成的闭合回路无磁通量的变化，故电流表的指针不会发生偏转，选项A、D正确．]二、非选择题(14分)7．在研究电磁感应现象的实验中所用的器材如图1115所示．它们是：①电流计②直流电源③带铁芯的线圈A④线圈B⑤开关⑥滑动变阻器图1115(1)试按实验的要求在实物图上连线(图中已连好一根导线)。
2018版高中物理 第四章 电磁感应 微专题三 电磁感应中的动力学及能量问题教案 新人教版选修3-2
解析：(1)由牛顿第二定律 F＝ma，得
a＝mF＝00..0012 m/s2＝0.5 m/s2 t＝vt－a v0＝01.05 s＝20 s. (2)因为感应电动势 E＝BLv＝BLat＝0.02t(V)，所以感应电动势 与时间成正比．
(3)导线 ab 保持以 10 m/s 的速度运动，受到的安培力 F 安＝BIL ＝BR2＋L2rv＝0.16 N
解析：金属棒下落过程做加速度逐渐减小的加速运动，加速度
减小到零时速度达到最大，根据平衡条件得 mg＝B2LR2vm①
在下落过程中，金属棒减小的重力势能转化为它的动能和电能
E，
由能量守恒定律得 mgh＝12mvm2 ＋E②
通过棒某一横截面的电荷量为 q＝BRhL③
由
①②③
解
得
：
E
＝
mgh
－
1 2
mv
答案：(1)见解析图
BLv (2) R
gsinθ－Bm2LR2v
mgRsinθ (3) B2L2
[变式训练]
如图所示，在水平平行放置的两根光滑长直导电轨道 MN 与 PQ 上，放着一根直导线 ab，ab 与导轨垂直，它在导轨间的长度为 20 cm， 这部分的电阻 r＝0.02 Ω.导轨部分处于方向竖直向下的匀强磁场 中，磁感应强度 B＝0.20 T，电阻 R＝0.08 Ω，其他电阻不计，ab 的质量为 0.02 kg.
3．能量转化及焦耳热的求法 (1)能量转化
(2)求解焦耳热 Q 的几种方法
4．求解电磁感应现象中能量问题的一般思路 (1)确定回路，分清电源和外电路． (2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转 化．如： ①有摩擦力做功，必有内能产生； ②有重力做功，重力势能必然发生变化； ③克服安培力做功，必然有其他形式的能转化为电能，并且克 服安培力做多少功，就产生多少电能；如果安培力做正功，就是电 能转化为其他形式的能． (3)列有关能量的关系式．
人教版选修3-2专题复习：电磁感应中的力学和能量学问题(共29张PPT)
知识复习
• 1．感应电动势方向的判断方法？ 楞次定律、 右手定则
• 2．感应电动势大小的计算方法?
E n t
E BLv
E 1 BL2
2
• 3．安培力方向的判断方法？计算公式？
左手定则
F BIL
在电磁感应中安培力的公式
1.感应电动势：E BLV
2.感应电流：
I
E R
N F安
×
G
解：（1）感应电动势：
感应电流：
I E Blv RR
加 速 度 ： 由 F ma 得
E Blv
a g sin B2L2v
m(R r)
（2）做加速度逐渐减小的加速运动
（3）当加速度a=0时有最大速度
mg
s in
F安
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
BIL
B 2 L2Vm R
即：
vm
mg sinR
B 2 L2
解后反思:
导体棒在轨道上滑动、线框进出磁场等是电 磁感应中力学问题的典型，正确地对导体棒或线 框进行受力分析和运动分析是解决此类问题的前 提----将立体图转化为平面图有助于分析问题.
导体的运动产生感应电动势→感应电流→通 电导体受安掊力→合外力变化→加速度变化→速 度变化→周而复始地循环.
• 1.能量转化分析 • （1）电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质
上是能量的转化过程。 • （2）当磁场不动、导体做切割磁感线的运动时，
导体所受安培力与导体运动方向相反，此即电磁 阻尼。在这种情况下，安培力对导体做负功，即 导体克服安培力做功，将机械能转化为电能，当 感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式 的能，如通过电阻转化为内能（焦耳热）
高中物理选修3-2-电磁感应中的动力学和能量问题
电磁感应中的动力学和能量问题要点一电磁感应中的动力学问题即学即用1.如图甲所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L.M、P 两点间接有阻值为R的电阻.一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直.整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向下.导轨和金属杆的电阻可忽略.让ab杆沿导轨由静止开始下滑,导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦.（1）由b向a方向看到的装置如图乙所示,请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图. （2）在加速下滑过程中,当ab杆的速度大小为v时,求此时ab杆中的电流及其加速度的大小.（3）求在下滑过程中,ab杆可以达到的速度最大值.要点二电磁感应中的能量问题即学即用2.如图所示,质量为m,边长为L的正方形线框,在有界匀强磁场上方h高处由静止自由下落,线框的总电阻为R,磁感应强度为B的匀强磁场宽度为2L.线框下落过程中,ab边始终与磁场边界平行且处于水平方向.已知ab边刚穿出磁场时线框恰好做匀速运动.求:（1）cd边刚进入磁场时线框的速度.（2）线框穿过磁场的过程中,产生的焦耳热.题型1 电磁感应中的能量问题【例1】如图所示,将边长为a、质量为m、电阻为R的正方形导线框竖直向上抛出,穿过宽度为b、磁感应强度为B的匀强磁场,磁场的方向垂直纸面向里.线框向上离开磁场时的速度刚好是进入磁场时速度的一半,线框离开磁场后继续上升一段高度,然后落下并匀速进入磁场.整个运动过程中始终存在着大小恒定的空气阻力f,且线框不发生转动.求:（1）线框在下落阶段匀速进入磁场时的速度v2.（2）线框在上升阶段刚离开磁场时的速度v1.（3）线框在上升阶段通过磁场过程中产生的焦耳热Q.（4）线框在上升阶段通过磁场过程中克服安培力做的功W.题型2 单金属杆问题【例2】如图所示,电动机牵引一根原来静止的、长L为1 m、质量m为0.1 kg的导体棒MN上升,导体棒的电阻R为1Ω,架在竖直放置的框架上,它们处于磁感应强度B为1 T的匀强磁场中,磁场方向与框架平面垂直.当导体棒上升h=3.8 m时,获得稳定的速度,导体棒上产生的热量为2 J.电动机牵引棒时,电压表、电流表的读数分别为7 V、1 A,电动机内阻r 为1Ω,不计框架电阻及一切摩擦.求:（1）棒能达到的稳定速度.（2）棒从静止至达到稳定速度所用的时间.题型3 双金属杆问题【例3】如图所示,在水平台面上铺设两条很长但电阻可忽略的平行导轨MN和PQ,导轨间宽度L=0.50 m.水平部分是粗糙的,置于匀强磁场中,磁感应强度B=0.60 T,方向竖直向上.倾斜部分是光滑的,该处没有磁场.直导线a和b可在导轨上滑动,质量均为m=0.20 kg,电阻均为R=0.15Ω.b放在水平导轨上,a置于斜导轨上高h=0.050 m处,无初速释放.设在运动过程中a、b间距离足够远,且始终与导轨MN、PQ接触并垂直,回路感应电流的磁场可忽略不计.求:（1）由导线和导轨组成回路的感应电流最大值是多少?（2）如果导线与水平导轨间的动摩擦因数μ=0.10,当导线b的速度达到最大值时,导线a的加速度多大? （3）如果导线与水平导轨间光滑,回路中产生多少焦耳热?题型4 图景结合【例4】光滑平行的金属导轨MN和PQ,间距L=1.0 m,与水平面之间的夹角α=30°,匀强磁场磁感应强度B=2.0 T,垂直于导轨平面向上,MP间接有阻值R=2.0Ω的电阻,其它电阻不计,质量m=2.0 kg的金属杆ab垂直导轨放置,如图甲所示.用恒力F沿导轨平面向上拉金属杆ab,由静止开始运动,v—t图象如图乙所示,g=10 m/s2,导轨足够长.求:（1）恒力F的大小.（2）金属杆速度为2.0 m/s时的加速度大小.（3）根据v-t图象估算在前0.8 s内电阻上产生的热量.。
2018-2019学年高中物理(人教版)同步选修3-2学案第四章 微专题培优(三) 电磁感应中的动力学和能量问题
电磁感应中的动力学和能量问题1.2．加速类问题的求解思路(1)确定研究对象(一般为在磁场中做切割磁感线运动的导体)；⇓(2)根据牛顿运动定律和运动学公式分析导体在磁场中的受力与运动情况；⇓(3)如果导体在磁场中受的磁场力变化了，从而引起合外力的变化，导致加速度、速度等发生变化，进而又引起感应电流、磁场力、合外力的变化，最终可能使导体达到稳定状态。
[例1]如图所示，两根足够长的光滑直金属导轨MN、PQ平行固定在倾角θ＝37°的绝缘斜面上，两导轨间距L＝1 m，导轨的电阻可忽略。
M、P两点间接有电阻R。
一根质量m＝1 kg、电阻r＝0.2 Ω的均匀直金属杆ab放在两导轨上，与导轨垂直且接触良好。
整套装置处于磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下。
自图示位置起，杆ab受到大小为F＝0.5v＋2(式中v为杆ab运动的速度，所有物理量均采用国际单位制)、方向平行导轨沿斜面向下的拉力作用，由静止开始运动，测得通过电阻R的电流随时间均匀增大。
g取10 m/s2，sin 37°＝0.6。
(1)试判断金属杆ab在匀强磁场中做何种运动，请写出推理过程；(2)求电阻R的阻值；(3)求金属杆ab自静止开始下滑通过位移x＝1 m所需的时间t。
[思路点拨](1)根据闭合电路欧姆定律确定速度与电流的关系。
(2)杆ab 受沿导轨平面方向的拉力、安培力和重力的作用。
[解析] (1)通过R 的电流I ＝ER ＋r ＝BL v R ＋r ，因为B 、L 、R 、r 为定值，所以I 与v 成正比，因通过R 的电流I 随时间均匀增大，即杆的速度v 随时间均匀增大，即杆的加速度为恒量，故金属杆做匀加速运动。
(2)对回路，根据闭合电路欧姆定律得I ＝BL vR ＋r对杆，根据牛顿第二定律有 F ＋mg sin θ－BIL ＝ma 将F ＝0.5v ＋2代入得2＋mg sin θ＋⎝ ⎛⎭⎪⎫0.5－B 2L 2R ＋r v ＝ma 因为v 为变量，a 为定值，所以a 与v 无关，必有 ma ＝2＋mg sin θ 0．5－B 2L 2R ＋r＝0解得a ＝8 m/s 2，R ＝0.3 Ω。
高二物理人教版选修3-2电磁感应中的动力学问题与能量、动量问题
电磁感应中的动力学问题与能量、动量问题重/难点重点：力、电综合问题的解法。
难点：电磁感应等电学知识和力学知识的综合应用。
重/难点分析重点分析：电磁感应与力的结合问题，研究方法与力学相同，先要明确研究对象，搞清物理过程，并进行受力分析，这里要特别注意伴随感应电流而出现的安培力，在匀强磁场中匀速运动的导体所受的安培力恒定，但变速运动的导体受的安培力，随速度的变化而变化，然后再求解：匀速运动可用平衡条件解，变速运动的瞬时速度可用牛顿第二定律解，变速运动的热量问题一般用能量观点分析，应尽量用能的转化和守恒定律解决问题。
难点分析：深刻理解和熟练掌握具体概念和规律，是解决复杂问题的前提，如“阻碍”不是“阻止”，只是延缓或减弱了的变化的速度；又如产生电磁感应现象的原因不是因为有磁场，而是因为有磁通量的变化等等。
在审题和求解时，应注意：（1）产生感应电动势的条件；（2）感应电动势特别要分清是平均感应电动势还是瞬时感应电动势；（3）掌握通、断电自感现象的分析；（4）把握能量转化和守恒定律。
突破策略一、电磁感应中的动力学问题这类问题覆盖面广，题型也多种多样；但解决这类问题的关键在于通过运动状态的分析来寻找过程中的临界状态，如速度、加速度取最大值或最小值的条件等，基本思路是：例1. 如图所示，AB、CD是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为L，导轨平面与水平面的夹角为θ，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感应强度为B，在导轨的AC端连接一个阻值为R的电阻，一根质量为m、垂直于导轨放置的金属棒ab，从静止开始沿导轨下滑，求此过程中ab棒的最大速度。
已知ab与导轨间的动摩擦因数为μ，导轨和金属棒的电阻都不计。
解析：ab沿导轨下滑过程中受四个力作用，即重力mg，支持力F N、摩擦力和安培力F安，如图所示，ab由静止开始下滑后，F（↑为增大符号），所将是v E I F a↑→↑→↑→↑→↓安以这是个变加速过程，当加速度减到a=0时，其速度即增到最大v=v m，此时必将处于平衡状态，以后将以v m匀速下滑,ab下滑时因切割磁感线，要产生感应电动势，根据电磁感应定律：E =BLv ①闭合电路ACba 中将产生感应电流，根据闭合电路欧姆定律：I=E/R ②据右手定则可判定感应电流方向为aACba ，再据左手定则判断它受的安培力F 安方向如图示，其大小为：F 安=BIL ③取平行和垂直导轨的两个方向对ab 所受的力进行正交分解，应有：F N =mg cos θ , F f =μmg cos θ 由①②③可得22B L v F R=安 以ab 为研究对象，根据牛顿第二定律应有：22sin cos B L v mg mg ma Rθμθ--= ab 做加速度减小的变加速运动，当a =0时速度达最大因此，ab 达到v m 时应有：22sin cos 0B L v mg mg Rθμθ--= ④由④式可解得()22sin cos m mg R v B L θμθ-= 注意：（1）电磁感应中的动态分析，是处理电磁感应问题的关键，要学会从动态分析的过程中来选择是从动力学方面，还是从能量、动量方面来解决问题。
2018年人教高中物理同步导学案选修3-2 课时作业word版第六章 1 传感器及其工作原理
[课时作业]一、单项选择题1．有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是() A．金属导体B．绝缘体C．半导体D．超导体解析：金属导体的电阻随温度的升高而增大，A错误；绝缘体的电阻随温度的升高几乎不变，B错误；超导体的电阻随温度的升高而增大，D错误；有些半导体的电阻随温度的升高而减小，如热敏电阻，C正确．答案：C2．如图所示，R T为负温度系数的热敏电阻，R为定值电阻，若往R T上擦些酒精，在环境温度不变的情况下，关于电压表示数的变化情况，下列说法中正确的是()A．变大B．变小C．先变大后变小再不变D．先变小后变大再不变解析：往R T上擦酒精后，酒精蒸发吸热，热敏电阻R T温度降低，电阻值增大，根据串联电路的分压特点，电压表示数变小．当酒精蒸发完毕后，R T的温度逐渐升高到环境温度后不变，所以热敏电阻的阻值逐渐变小，最后不变．故电压表的示数将逐渐变大，最后不变．所以选项D正确．答案：D3.如图所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属涂层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属涂层和这个金属板构成电容器的两极．在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的()A．距离变化B．正对面积变化C．电介质变化D．电压变化解析：振动膜前后振动，使振动膜上的金属涂层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号．答案：A4．传感器可将非电学量转化为电学量起自动控制作用，如计算机鼠标中有位移传感器，电饭煲中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器，如图是演示位移传感器的工作原理图，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的滑动触头滑动，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小，假设电压表是理想的，则下列说法正确的是() A．物体M运动时，电源内的电流会发生变化B．物体M运动时，电压表的示数会发生变化C．物体M不动时，电路中没有电流D．物体M不动时，电压表没有示数解析：由于电压表是理想的，因此滑片P移动时，不改变闭合电路的电阻，电源内的电流不发生变化，即电流恒定，A、C错误；物体M运动时，电压表所测电压是变化的，M不动时，电压表示数恒定，B正确，D错误．答案：B5．在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件．某学习小组的同学在用多用电表研究热敏特性实验中，安装好如图所示装置．向杯内加入冷水，温度计的示数为20 ℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1.然后向杯内加入热水，温度计的示数为60 ℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是()A．应选用电流挡，温度升高换用大量程测量B．应选用电流挡，温度升高换用小量程测量C．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡D．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡解析：多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能用电流表，A、B 均错；当温度升高时多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用倍率小的挡，C错误，D正确．答案：D6.利用现代信息技术进行的实验叫作DIS实验，DIS由传感器、数据采集器和计算机组成．如图所示为“用DIS测变速直线运动的瞬时速度”实验的装置图，图中①所示的器材为()A．位移传感器B．速度传感器C．时间传感器D．光电门传感器解析：光电门传感器能够测量并记录挡光片通过光电门的时间t.若挡光片的宽度，故D正确．为d，则瞬时速度v＝dt答案：D二、多项选择题7．关于传感器，下列说法正确的是()A．光敏电阻和热敏电阻都是由半导体材料制成的B．金属材料也可以制成传感器C．传感器主要是通过感知电阻的变化来传递信号的D．以上说法都不正确解析：光敏和热敏电阻分别应用了半导体的不同特性制成，A正确．由于金属材料的电阻随温度而变化，可制成将温度信号转换为电信号的传感器，B正确．传感器可感知电阻、电压、电流等各种的变化来传递信号，C错误．答案：AB8．以下说法中正确的是()A．光敏电阻的阻值随温度升高而增大B．光敏电阻的阻值随温度升高而减小C．热敏电阻的阻值随温度变化而均匀变化D．热敏电阻可以用金属氧化物制作答案：BD9．如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时()A．电压表的示数增大B．R2中电流减小C．小灯泡的功率增大D．电路的路端电压增大解析：当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，即电压表的示数增大，A项正确．同时内电压增大，故电路的路端电压减小，D项错误．由路端电压减小，而R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确．由干路电流增大知，流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C项正确．答案：ABC10．利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况．如图中甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A 发出的光．每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图中乙所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下述说法正确的是()A．传送带运动的速度是0.1 m/sB．传送带运动的速度是0.2 m/sC．该传送带每小时输送3 600个工件D．该传送带每小时输送7 200个工件解析：有工件通过时，挡住A射向光传感器B的光，B的电阻增大，输出一个高电压，故知两相邻工件通过时间t＝1 s，传送带的速度v＝0.21m/s＝0.2 m/s.每小时传送工件3 600个．答案：BC三、非选择题11．观察如图所示的电容式传感器，并回答问题．(1)图甲是________的电容式传感器，原理是_______________________.(2)图乙是________的电容式传感器，原理是_______________________.(3)图丙是________的电容式传感器，原理是________________________.(4)图丁是________的电容式传感器，原理是________________________.解析：(1)图甲是角度的电容式传感器，其原理是当动片旋进的角度不同时，电容器的正对面积不同，电容不同．(2)图乙是液体的电容式传感器，其原理是导电液体相当于电容器的一个极板，当液体深度发生改变时，相当于两极板的正对面积发生改变，电容也随之改变．(3)图丙是压力的电容式传感器，其原理是当作用在一个电极的压力改变时，金属片的形变也发生改变，两极板的距离发生改变，电容也发生改变．(4)图丁是位移的电容式传感器，其原理是电介质板和物体固定在一起，当物体发生一小段位移时，插入两极极间的电介质发生变化，导致电容发生变化． 答案：见解析12．一块N 形半导体薄片(称霍尔元件)，其横截面为矩形，体积为b ×c ×d ，如图所示．已知其单位体积内的电子数为n 、电阻率为ρ、电子电荷量e .将此元件放在匀强磁场中，磁场方向沿z 轴方向，并通有沿x 轴方向的电流I .(1)此元件的C 、C ′两个侧面中，哪个面电势高？(2)试证明在磁感应强度一定时，此元件的C 、C ′两个侧面的电势差与其中的电流成正比．(3)磁强计是利用霍尔效应来测量磁感应强度B 的仪器．其测量方法为：将导体放在匀强磁场之中，用毫安表测量通过的电流I ，用毫伏表测量C 、C ′间的电压U CC ′，就可测得B .若已知其霍尔系数k ＝1ned ＝10 mV/mA·T.并测得U CC ′＝0.6mV ，I ＝3 mA.试求该元件所在处的磁感应强度B 的大小．解析：(1)因电子的运动方向与电流的方向相反，再由左手定则可知，电子向C 面偏移，所以C ′面电势较高．(2)假设电子定向移动速度为v ，I ＝q t ，q ＝nebd v t ，可得I ＝nebd v .稳定时有Be v ＝e U CC ′b ，可得U CC ′＝B ned I ，式B ned 中各量均为定值，所以侧面的电势差与其中的电流成正比．(3)由(2)可知B＝U CC′kI代入得B＝0.02 T.答案：(1)C′面较高(2)见解析(3)0.02 T。
高中-物理-教科版-选修3-2-电磁感应中的动力学和能量问题(含答案)
电磁感应中的动力学和能量问题要点一 电磁感应中的动力学问题即学即用1.如图甲所示,两根足够长的直金属导轨MN 、PQ 平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L .M 、P 两点间接有阻值为R 的电阻.一根质量为m 的均匀直金属杆ab 放在两导轨上,并与导轨垂直.整套装置处于磁感应强度为B 的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向下.导轨和金属杆的电阻可忽略.让ab 杆沿导轨由静止开始下滑,导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦.（1）由b 向a 方向看到的装置如图乙所示,请在此图中画出ab 杆下滑过程中某时刻的受力示意图.（2）在加速下滑过程中,当ab 杆的速度大小为v 时,求此时ab 杆中的电流及其加速度的大小.（3）求在下滑过程中,ab 杆可以达到的速度最大值.答案 （1）见右图（2）mR L B g R BL v v 22sin -θ （3）22sin L B mgR θ 要点二 电磁感应中的能量问题即学即用2.如图所示,质量为m ,边长为L 的正方形线框,在有界匀强磁场上方h 高处由静止自由下落,线 框的总电阻为R ,磁感应强度为B 的匀强磁场宽度为2L .线框下落过程中,ab 边始终与磁场边 界平行且处于水平方向.已知ab 边刚穿出磁场时线框恰好做匀速运动.求:（1）cd 边刚进入磁场时线框的速度.（2）线框穿过磁场的过程中,产生的焦耳热.答案 （1）gL L B R g m 244222- （2）mg （h +3L ）-442332L B R g m题型1 电磁感应中的能量问题【例1】如图所示,将边长为a 、质量为m 、电阻为R 的正方形导线框竖直向上抛出,穿过宽度为b 、磁感应强度为B 的匀强磁场,磁场的方向垂直纸面向里.线框向上离开磁场时的速度刚好是进入磁场时速度的一半,线框离开磁场后继续上升一段高度,然后落下并匀速进入磁场.整个运动过程中始终存在着大小恒定的空气阻力f ,且线框不发生转动.求:（1）线框在下落阶段匀速进入磁场时的速度v 2.（2）线框在上升阶段刚离开磁场时的速度v 1.（3）线框在上升阶段通过磁场过程中产生的焦耳热Q .（4）线框在上升阶段通过磁场过程中克服安培力做的功W .答案 （1）22a B f mg -R （2）22a B R22)(f mg -（3）4422222)(3a B f g m mR --（mg+f ）（a+b ） （4）4422222)(3a B f g m mR --（mg+f ）（a+b ） 题型2 单金属杆问题【例2】如图所示,电动机牵引一根原来静止的、长L 为1 m 、质量m 为0.1 kg 的导体棒MN 上升,导体棒的电阻R 为1Ω,架在竖直放置的框架上,它们处于磁感应强度B 为1 T 的匀强磁场中,磁场方向与框架平面垂直.当导体棒上升h =3.8 m 时,获得稳定的速度,导体棒上产生的热量为2 J .电动机牵引棒时,电压表、电流表的读数分别为7 V 、1 A ,电动机内阻r 为1Ω,不计框架电阻及一切摩擦.求:（1）棒能达到的稳定速度.（2）棒从静止至达到稳定速度所用的时间.答案 （1）2 m/s （2）1 s题型3 双金属杆问题【例3】如图所示,在水平台面上铺设两条很长但电阻可忽略的平行导轨MN 和PQ ,导轨间宽度L=0.50 m.水平部分是粗糙的,置于匀强磁场中,磁感应强度B=0.60 T,方向竖直向上.倾斜部分是光滑的,该处没有磁场.直导线a和b可在导轨上滑动,质量均为m=0.20 kg,电阻均为R=0.15Ω.b放在水平导轨上,a置于斜导轨上高h=0.050 m处,无初速释放.设在运动过程中a、b间距离足够远,且始终与导轨MN、PQ接触并垂直,回路感应电流的磁场可忽略不计.求:（1）由导线和导轨组成回路的感应电流最大值是多少?（2）如果导线与水平导轨间的动摩擦因数μ=0.10,当导线b的速度达到最大值时,导线a的加速度多大? （3）如果导线与水平导轨间光滑,回路中产生多少焦耳热?答案（1）1 A （2）2 m/s2 （3）0.05 J题型4 图景结合【例4】光滑平行的金属导轨MN和PQ,间距L=1.0 m,与水平面之间的夹角α=30°,匀强磁场磁感应强度B=2.0 T,垂直于导轨平面向上,MP间接有阻值R=2.0Ω的电阻,其它电阻不计,质量m=2.0 kg的金属杆ab垂直导轨放置,如图甲所示.用恒力F沿导轨平面向上拉金属杆ab,由静止开始运动,v—t图象如图乙所示,g=10 m/s2,导轨足够长.求:（1）恒力F的大小.（2）金属杆速度为2.0 m/s时的加速度大小.（3）根据v-t图象估算在前0.8 s内电阻上产生的热量.答案（1）18 N （2）2 m/s2 （3）4.12 J。
2018-2019学年高中物理(人教版)选修3-2课时作业：第六章第2节传感器的应用Word版含解析
[随堂检测][学生用书P62]1．下列说法错误的是()A．传感器担负着信息采集的任务B．干簧管是一种磁传感器C．传感器不是电视遥控接收器的主要元件D．传感器是将力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具解析：选C.由传感器的定义知A、D正确；电视遥控接收器的主要元件是红外线传感器，故C错误；由干簧管的工作原理知干簧管是一种能够感知磁场的元件，故B正确．2．(多选)燃气灶的点火开关有两种：一种是电脉冲点火开关，它是依靠干电池产生的电流脉冲经变压器输出非常高的电压，击穿空气后点火；另一种是电子压电点火开关，它的工作原理是压电陶瓷片受一定方向的外力作用而发生机械形变，相应地输出很高的电压，击穿空气后点火．下列关于这两种点火开关的说法中，正确的是()A．电脉冲点火开关是一种传感器B．电子压电点火开关是一种传感器C．压电陶瓷片完成的能量转化是电能转化为光能D．压电陶瓷片完成的能量转化是机械能转化为电能解析：选BD.传感器是将非电学量转化为电学量的装置，电脉冲点火开关实际上是自感现象的应用，电子压电点火开关是力传感器，把机械形变转化为电压，A错误，B正确；从能量转化角度分析压电陶瓷片是把机械能转化为电能，C错误，D正确．3．一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度t变化的关系如图中实线①所示，由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物．有一种用主要成分为BaTiO3(被称为“PTC”)的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点，PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示，根据图线分析：(1)为什么原处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快？(2)通电一段时间后电熨斗温度t 自动地稳定在T ______＜t ＜T ________范围之内．(填下标数字)解析：(1)由于冷态时PTC 材料电阻较小，故由P ＝U 2R知，其发热功率较大，所以升温快．(2)从题图上看出，温度较低时，电阻较小，热功率较大，所以生热快于散热，温度升高，电阻值迅速增大，相应生热功率减小，当生热功率小于散热功率时，电阻温度降低，电阻值减小，生热功率会相应增大，故当生热功率等于散热功率时，温度会稳定在图中T 6～T 7之间．答案：(1)见解析 (2)6 74．气体传感器利用物质的化学反应将某种气体的浓度转换成电信号输出，如图所示，B 为将可燃气体或有毒气体(CO ，CH 4)浓度转换成电信号的传感器，简称电子鼻．根据如图所示的材料，电源电压U ＝220 V 、排风扇M 、继电器G 、电池组A 、控制开关S ，请设计一个家用自动排烟电路，并在图中完成连线．解析：电磁继电器起开关作用，所以电池组A 、开关S 、电子鼻B 和电磁继电器(电磁铁部分)应组成一个电路，另一个是由排风扇和高压电源组成的电路．答案：如图所示[课时作业]一、单项选择题1．下列器件是应用力传感器的是 ( )A ．鼠标器B ．火灾报警器C ．测温仪D ．电子秤解析：选D.鼠标器中的传感器是光传感器；火灾报警器中的传感器是光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，选项D正确．2．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上是电视机中的传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是()A．红外报警装置B．走廊照明灯的声控开关C．自动洗衣机中的压力传感装置D．电饭锅中控制加热和保温的温控器解析：选A.遥控器发出红外线，电视中的传感器感知红外线是红外线传感器，故选A.3．下列说法中正确的是()A．电饭锅中的敏感元件是光敏电阻B．测温仪中测温元件可以是热敏电阻C．机械式鼠标中的传感器接收到连续的红外线，输出不连续的电脉冲D．火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现低电阻状态，有烟雾时呈现高电阻状态解析：选B.电饭锅中的敏感元件是感温铁氧体，选项A错误；机械式鼠标中的传感器接收断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，选项C错误；火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现高电阻状态，有烟雾时呈现低电阻状态，选项D错误；选项B正确．4．电子打火机的点火原理是压电效应，压电片在受压时会在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比．现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器，如图所示．压电片安装在电梯地板下，电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压．若发现电压表示数增大，下列说法正确的是()A．电梯一定加速上升B．电梯一定减速下降C．电梯加速度一定向上D．电梯加速度一定向下解析：选C.电压表示数增大说明人对地板的压力变大，对人受力分析知地板对人的支持力大于人所受重力，即人的加速度一定向上，所以电梯可能向上加速，也可能向下减速．5.如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时()A．R1两端电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱解析：选C.R2与灯L并联后与R1串联，然后与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数变小，R1两端电压减小，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，故C正确．6．(2018·辽宁白城月考)如图为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是()A．温度升高至74 ℃时，L1灯亮，报警B．温度升高至74 ℃时，L2灯亮，报警C．温度升高至78 ℃时，L1灯亮，报警D．温度升高至78 ℃时，L2灯亮，报警解析：选D.当温度低于78 ℃时，继电器线圈中没有电流，此时灯L1亮，但不报警；当温度升高到78 ℃时，继电器线圈有电流，磁铁吸下衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度升高至74 ℃时，只是灯L1亮，不会报警，故A、B、C选项错误，D选项正确．7．关于电磁灶的加热原理，下列说法正确的是()①电磁灶加热与微波炉加热原理是一样的②电磁灶是利用电磁感应原理制成的③电磁灶是热量从灶口传递给锅中的食物达到加热的目的④电磁灶工作时，灶不会生热A．②④B．①③C．①②D．②③解析：选A.电磁灶里面的线圈中变化的电流，产生变化的磁场，从而形成涡流，根据电流的热效应进行加热，电磁灶工作时，灶不会生热，故③错误，④正确；微波炉是接通电路后，220 V交流电经变压器变压，在次级产生3.4 V低压交流电对磁控管加热，同时在另一次级产生2 000 V高压电，经镇流系统加到磁控管的阴、阳两极之间，使磁控管产生微波，微波输送至金属制成的加热器(炉腔)，被来回反射，微波的电磁作用使食物内的分子高频运动，从而使食物受热，故①错误，②正确．所以A正确，B、C、D错误．二、多项选择题8．下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是()A．应变片是由导体材料制成B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小C．传感器输出的是应变片上的电压D．外力越大，输出的电压差值也越大解析：选BD.应变片多用半导体材料制成，故选项A错误；当应变片拉伸时，其电阻变大，故选项B正确；传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，故C错误，D正确．9.家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ与温度t的关系如图所示．由于这种特性，PTC元件具有发热、控温双重功能，若电热灭蚊器环境温度低于t1，以下判断正确的是()A．通电后，其电功率先增大后减小B．通电后，其电功率先减小后增大C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1～t2间的某一值不变解析：选AD.从图线上可以看出，如果通电前PTC的温度t<t1，通电后由于发热的缘故，温度升高致使电阻率减小，发热功率将进一步增大，形成正反馈效应，致使温度大于t1，随着温度的升高，电阻率也增大，功率将减小，形成负反馈效应，发热功率的减小制约了温度的进一步升高．从以上分析可知，t<t1时，温度会升高；t>t2时，温度会降低．故温控点在t1～t2，即温度保持在t1～t2间的某一值．综上分析可知，本题的正确选项是A、D，即温度控制点在图象的两个极值点之间．10．为锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，如图所示是原理图．轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计)，弹簧劲度系数为100 N/cm.定值电阻R0＝5 Ω，ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝，阻值R1＝25 Ω，电源输出电压恒为U＝3 V，理想电流表的量程为0～0.6 A．当拉环不受力时，滑片P位于a端．下列关于这个电路的说法正确的是(不计电源内阻)()A．小明在电路中连入R0的目的是保护电路B．当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1 AC．当拉力为400 N时，电流表指针指在0.3 A处D．当拉力为400 N时，电流表指针指在0.5 A处解析：选ABC.若电路无电阻R0且金属滑片P在b端时，回路短路损坏电源，R0的存在使电路不出现短路，因此选项A正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由欧姆定律得，I＝UR0＋R1＝0.1 A，故选项B正确；拉力为400 N时，由F＝kΔx，则Δx＝4 cm，对应的电阻为R aP＝20 Ω，R1接入电路的电阻R Pb＝5 Ω，由欧姆定律得，I′＝UR0＋R Pb＝0.3 A，故选项D错误，C正确．三、非选择题11．如图所示，图甲为热敏电阻的R－t图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100 Ω.当线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0 V，内阻可以不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．则：(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(选填“A、B端”或“C、D端”)．(2)如果要使恒温箱内的温度保持50 ℃，可变电阻R′的阻值应调节为________Ω.解析：(1)恒温箱内的加热器应该接在A、B端．当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高．随着恒温箱内温度升高，热敏电阻R的阻值变小，则线圈中的电流变大，当线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器。
物理新导学同步选修3-2(人教版)：课时作业(六)电磁感应中的动力学及能量问题 Word版含解析
课时作业(六) 电磁感应中的动力学及能量问题一、单项选择题1．如图所示，纸面内有一矩形导体闭合线框abcd ，ab 边长大于bc 边长，置于垂直纸面向里、边界为MN 的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于MN .第一次ab 边平行MN 进入磁场，线框上产生的热量为Q 1，通过线框导体横截面积的电荷量为q 1；第二次bc 边平行于MN 进入磁场，线框上产生的热量为Q 2，通过线框导体横截面的电荷量为q 2，则( )A ．Q 1>Q 2，q 1＝q 2B ．Q 1>Q 2，q 1>q 2C ．Q 1＝Q 2，q 1＝q 2D ．Q 1＝Q 2，q 1>q 2解析：根据功能关系知，线框上产生的热量等于克服安培力做的功，即Q 1＝W 1＝F 1l bc ＝B 2l 2ab v R l bc ＝B 2S v R l ab同理Q 2＝B 2S v R l bc ，又l ab >l bc ，故Q 1>Q 2；因q ＝I t ＝E R t ＝ΔΦR ，故q 1＝q 2.因此A 正确．答案：A二、多项选择题2．如图所示，间距为L 、电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端用一阻值为R 的电阻连接，导轨上横跨一根质量为m 、有效电阻也为R 的金属棒，金属棒与导轨接触良好．整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B 的匀强磁场中．现使金属棒以初速度v 沿导轨向右运动，若金属棒在整个运动过程中通过的电荷量为q .下列说法正确的是( )A ．金属棒在导轨上做匀减速运动B ．整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为qR BLC ．整个过程中金属棒克服安培力做功为12m v 2D ．整个过程中电阻R 上产生的焦耳热为14m v 2解析：因为金属棒向右运动时受到向左的安培力作用，且安培力随速度的减小而减小，所以金属棒向左做加速度减小的减速运动；根据E ＝ΔΦΔt ＝BLx Δt ，q ＝IΔt ＝E 2R Δt ＝BLx 2R ，解得x ＝2Rq BL ；整个过程中金属棒克服安培力做功等于金属棒动能的减少量12m v 2；整个过程中电路中产生的热量等于机械能的减少量12m v 2，电阻R 上产生的焦耳热为14m v 2.故选项C 、D 正确．答案：CD三、非选择题3．水平面上两根足够长的金属导线平行固定放置，间距为L ，一端通过导线与阻值为R 的电阻连接，导轨上放一质量为m 的金属棒(如图所示)，金属杆与导轨的电阻忽略不计，匀强磁场竖直向下，用与导轨平行的恒定拉力F 作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动．当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动的速度v 也会变化，v 与F 的关系如图所示．(取重力加速度g ＝10 m/s 2)(1)金属杆在匀速运动之前做什么运动？(2)若m ＝0.5 kg ，L ＝0.5 m ，R ＝0.5 Ω，磁感应强度B 为多大？ 解析：(1)变速运动(或变加速运动、加速度减少的加速运动、加速运动)．(2)感应电动势E ＝BL v ，感应电流I ＝E R ，安培力F 安＝BIL ＝B 2L 2v R因金属杆受拉力、安培力作用，由牛顿定律得：F －B 2L 2v R ＝ma ，所得v＝RB2L2F－mRaB2L2，由图线可以得到直线的斜率k＝2，所以B＝RkL2＝1 T.答案：(1)变加速运动(2)1 T4．如图所示，质量为m＝100 g的铝环，用细线悬挂起来，环中央距地面高度h＝0.8 m，有一质量为M＝200 g的小磁铁(长度可忽略)，以v0＝10 m/s的水平速度射入并穿过铝环，落地点距铝环原位置的水平距离x＝3.6 m，则磁铁与铝环发生相互作用时(小磁铁穿过铝环后的运动看作平抛运动)，求：(1)铝环向哪边偏斜？(2)若铝环在磁铁穿过后速度v′＝2 m/s，在磁铁穿过铝环的整个过程中，环中产生了多少电能？(g取10 m/s2)解析：(1)由楞次定律可知，当小磁铁向右运动时，铝环向右偏斜(阻碍相对运动)．(2)由磁铁穿过铝环后飞行的水平距离可求出穿过后的速度v＝x2hg＝3.62×0.810m/s＝9 m/s由能量守恒可得：W电＝12M v2－12M v2－12m v′2＝1.7 J.答案：(1)向右偏斜(2)1.7 J5．如图所示，竖直平面内有足够长的金属导轨，轨距为0.2 m，金属导体ab可在导轨上无摩擦地上下滑动，ab的电阻为0.4 Ω，导轨电阻不计，导体ab的质量为0.2 g，垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.2 T，且磁场区域足够大，当导体ab自由下落0.4 s时，突然闭合开关S，则：(1)试说出S接通后，导体ab的运动情况；(2)导体ab匀速下落的速度是多少？(g取10 m/s2)。
2018年人教高中物理同步导学案选修3-2 课时作业word版第六章 2 传感器的应用
[课时作业]一、单项选择题1．许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下面有关该传感器的说法中正确的是()A．该传感器能够测量的物理量是位移和温度B．该传感器能够测量的物理量是位移和光强C．该传感器能够测量的物理量是光强和声音D．该传感器能够测量的物理量是压力和位移解析：由题意可以猜想该传感器能够感受光强弱的变化及声音(或振动)的变化，A、B、D错，C对．答案：C2．“嫦娥三号”卫星上携带7件探测仪器，其中可能有()A．味觉传感器B．气体传感器C．听觉传感器D．视觉传感器解析：“嫦娥三号”卫星是为探测月球而发射的在轨卫星，而月球上无气体，所以不需要气体传感器和听觉传感器，当然也用不到味觉传感器，但需要的是为月球“照相”的视觉传感器——CCD立体相机．答案：D3．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特殊性来工作的．如图甲所示，电源的电动势E＝9 V，内阻不计；G为灵敏电流表，内阻保持不变；R为热敏电阻，其电阻阻值与温度的变化关系如图乙所示．闭合开关S，当R的温度等于20 °C时，电流表示数I1＝2 mA.当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是()A．60 °C B．80 °CC．100 °C D．120 °C解析：在20 °C时，E＝(R G＋R1)I1，即R G＝500 Ω，当I2＝3.6 mA时，E＝(R G＋R2)I2，即9 V＝(500 Ω＋R2)×3.6×10－3A，所以R2＝2 000 Ω.从题图乙中可以看出t＝120 °C，故选D. 答案：D4．小强在用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制．经检查，恒温箱的控制器没有故障．参照图，下列对故障判断正确的是()A．只可能是热敏电阻出现故障B．只可能是温度设定装置出现故障C．热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障D．可能是加热器出现故障解析：由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定出现故障都会向控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，故C正确，A、B错误．若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温度持续升高，故D错误．答案：C5．如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计．不称物体时，滑片P在A端，滑动变阻器接入电路的有效电阻最大，电流较小；称物体时，在压力作用下使滑片P下滑，滑动变阻器的有效电阻变小，电流变大．这样把重力值转换成电信号，将电流对应的重力值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的重力值．若滑动变阻器上A、B间距离为L，最大阻值等于定值电阻的阻值R0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k，则所称重物的重力G与电流大小I的关系为()A ．G ＝(2－E IR 0)kLB ．G ＝(E IR 0－1)kL C ．G ＝(E IR 0＋1)kL D ．G ＝kIL解析：设称重物时，在压力作用下使P 下滑x ，则G ＝kx ①滑动变阻器有效电阻R ＝R 0－x LR 0② 由闭合电路欧姆定律有I ＝E R ＋R 0③ 由①②③得G ＝(2－E IR 0)kL . 答案：A6．如图所示，两块水平放置的金属板距离为d ，用导线、开关K 与一个n 匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B 中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m 、电荷量为＋q 的小球．K 断开时传感器上有示数，K 闭合时传感器上恰好无示数．则线圈中的磁场B 的变化情况和磁通量变化率分别是( )A ．正在增加，ΔΦΔt ＝mgd qB ．正在减弱，ΔΦΔt ＝mgd nqC ．正在减弱，ΔΦΔt ＝mgd qD ．正在增加，ΔΦΔt ＝mgd nq解析：K 闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力，由楞次定律可判断磁场B 正在增强，根据法拉第电磁感应定律E ＝n ΔΦΔt ＝U ，又q ·U d ＝mg ，得ΔΦΔt ＝mgd nq，故D 正确． 答案：D二、多项选择题7．下列说法正确的是( )A ．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号B ．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断C ．电子秤所使用的测力装置是力传感器D ．半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越大解析：话筒是将声音信号转化为电信号的装置，A 错；电熨斗内的双金属片，是利用它的热胀冷缩程度的不同，使电路随温度的改变实现通、断的，B 正确；电子秤所使用的测力装置是力传感器，C 正确；半导体热敏电阻温度越高，它的电阻值越小，D 错．答案：BC8．如图所示，R T 为正温度系数热敏电阻，R 1为光敏电阻，R 2和R 3均为定值电阻，电源电动势为E ，内阻为r ，为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是( )A．热敏电阻温度升高，其他条件不变B．热敏电阻温度降低，其他条件不变C．光照增强，其他条件不变D．光照减弱，其他条件不变解析：因R3为定值电阻，电压表示数变大说明流经R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于R T减小或R1增大，由热敏电阻和光敏电阻特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，故B、D正确，A、C错误．答案：BD9．将一个电动传感器接到计算机上，就可以测量快速变化的力，用这种方法测得的某单摆摆动时悬线上拉力的大小随时间变化的曲线，如图所示，某同学由此图线提供的信息做出了下列判断，其中正确的是()A．t＝0.2 s时摆球正经过最低点B．t＝1.1 s时摆球正经过最低点C．摆球摆动过程中机械能减少D．摆球摆动的周期是T＝1.4 s解析：由图象看出，单摆悬线拉力的最大值在减小，最小值在增大，说明单摆做减幅振动，机械能减少，故C正确；当单摆悬线拉力最大时应在最低点，由图可以看出t＝0.2 s时在最低点，而t＝1.1 s时应在最高点，故A正确，B错误；由于单摆一个周期两次经过平衡位置，故由图象可读出单摆的周期T＝1.4 s－0.2 s＝1.2 s，则D错误．答案：AC10．如图所示是一种延时开关，当S 1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通．当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放，则()A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用C．如果断开B线圈的开关S2，无延时作用D．如果断开B线圈的开关S2，延时将变长解析：当S1断开时，由于通过B线圈的磁通量发生变化，而有感应电流产生，由楞次定律知这个电流产生的磁场与原磁场同向，故仍有磁场对D的引力作用，使D将延迟一段时间才被释放，故选项B、C正确．答案：BC三、非选择题11．如图所示是一种自动控制水温的装置，加热电路的两端P、Q应接在触头a、b之间还是c、d之间？热敏电阻两端M、N应接在哪两个触头之间？解析：P、Q应该分别接到触头a、b之间，同时，M、N应该分别接e、f，其工作原理是：当水温升高时，热敏电阻阻值减小，电磁铁中电流增大，吸引力增大，使衔铁被吸下，a、b断开，使加热装置停止加热，当水温降低时，热敏电阻阻值增大，衔铁弹回接通P、Q，使加热装置重新开始加热．答案：见解析12．如图甲所示为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线，图乙为用此热敏电阻R T和继电器设计的温控电路，设继电器的线圈电阻为R x＝50 Ω，当继电器线圈中的电流I C大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合．左侧电源电动势为6 V，内阻可不计，温度满足什么条件时，电路右侧的小灯泡会发光？解析：热敏电阻与继电器串联，若使电流不小于I C＝20 mA，＝300 Ω.则总电阻不大于R总＝EI C由于R总＝R T＋R x，则R T不大于250 Ω.由甲图可看出，当R T＝250 Ω时，温度t＝50 ℃，即温度不小于50 ℃.答案：温度不小于50 ℃时，电路右侧的小灯泡会发光。
高中物理选修3-2课时作业3：4.5习题课：电磁感应中的动力学及能量问题
学案7 习题课：电磁感应中的动力学及能量问题题组一电磁感应中的动力学问题1.如图1所示，在一匀强磁场中有一U形导线框abcd，线框处于水平面内，磁场与线框平面垂直，R为一电阻，ef为垂直于ab的一根导体杆，它可在ab、cd上无摩擦地滑动．杆ef 及线框中导线的电阻都可不计．开始时，给ef一个向右的初速度，则()图1A．ef将减速向右运动，但不是匀减速B．ef将匀减速向右运动，最后停止C．ef将匀速向右运动D．ef将往返运动[答案] A[解析]ef向右运动，切割磁感线，产生感应电动势和感应电流，会受到向左的安培力而做减速运动，直到停止，但不是匀减速，由F＝BIl＝B2l2v＝ma知，ef做的是加速度减小的减R速运动．故A正确．2.如图2所示，有两根和水平方向成α角的光滑平行的金属轨道，间距为l，上端接有可变电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为B.一根质量为m 的金属杆从轨道上由静止滑下，经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋于一个最大速度v m，除R外其余电阻不计，则()图2A．如果B变大，v m将变大B．如果α变大，v m将变大C．如果R变大，v m将变大D．如果m变小，v m将变大[答案]BC[解析]金属杆从轨道上滑下切割磁感线产生感应电动势E＝Bl v，在闭合，因此金属杆从轨道上滑下的过程中除受重力、轨电路中形成电流I＝Bl vR，先用右手定则判定感应电流方向，再用左手道的弹力外还受安培力F作用，F＝BIl＝B2l2vR定则判定出安培力方向，如图所示．＝ma，当a＝0时，v＝v m，根据牛顿第二定律，得mg sin α－B2l2vR解得v m＝mgR sin α，故选项B、C正确．B2l23.如图3所示，空间某区域中有一匀强磁场，磁感应强度方向水平，且垂直于纸面向里，磁场上边界b和下边界d水平．在竖直面内有一矩形金属线圈，线圈上下边的距离很短，下边水平．线圈从水平面a开始下落．已知磁场上、下边界之间的距离大于水平面a、b之间的距离．若线圈下边刚通过水平面b、c(位于磁场中)和d时，线圈所受到的磁场力的大小分别为F b、F c和F d，则()图3A．F d>F c>F b B．F c<F d<F bC．F c>F b>F d D．F c<F b<F d[答案] D[解析]线圈从a到b做自由落体运动，在b处开始进入磁场切割磁感线，产生感应电流，受到安培力作用，由于线圈的上下边的距离很短，所以经历很短的变速运动而完全进入磁场，在c处线圈中磁通量不变不产生感应电流，不受安培力作用，但线圈在重力作用下依然加速，因此线圈在d处离开磁场切割磁感线时，产生的感应电流较大，故该处所受安培力必然大于b处．综合分析可知，选项D正确．4.如图4所示，在平行水平地面的有理想边界的匀强磁场上方，有三个大小相同的，用相同的金属材料制成的正方形线框，线框平面与磁场方向垂直．A线框有一个缺口，B、C线框都闭合，但B线框导线的横截面积比C线框大．现将三个线框从同一高度由静止开始同时释放，下列关于它们落地时间说法正确的是 ( )图4A ．三个线框同时落地B ．三个线框中，A 线框最早落地C ．B 线框在C 线框之后落地D ．B 线框和C 线框在A 线框之后同时落地 [答案] BD[解析] A 线框由于有缺口，在磁场中不能形成电流，所以下落时不受安培力作用，故下落的加速度一直为g ；设正方形边长为l ，电阻率为ρ，B 、C 线框的底边刚进入磁场时的速度为v ，则根据牛顿第二定律知mg －B Bl v R l ＝ma ，即a ＝g －B 2l 2v Rm 其中Rm ＝ρ4lS·4lSρ密＝16l 2ρρ密，所以加速度与线框横截面积无关，故两线框的运动情况完全相同，即在A 线框之后B 、C 线框同时落地．选项B 、D 正确． 题组二 电磁感应中的能量问题5．如图5所示，位于一水平面内的两根平行的光滑金属导轨，处在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨所在的平面，导轨的一端与一电阻相连；具有一定质量的金属杆ab 放在导轨上并与导轨垂直．现用一平行于导轨的恒力F 拉杆ab ，使它由静止开始向右运动．杆和导轨的电阻、感应电流产生的磁场均可不计．用E 表示回路中的感应电动势，i 表示回路中的感应电流，在i 随时间增大的过程中，电阻消耗的功率等于 ( )图5A ．F 的功率B ．安培力的功率的绝对值C ．F 与安培力的合力的功率D ．iE [答案] BD6.图6所示，边长为L 的正方形导线框质量为m ，由距磁场H 高处自由下落，其下边ab 进入匀强磁场后，线圈开始做减速运动，直到其上边dc 刚刚穿出磁场时，速度减为ab 边刚进入磁场时的一半，磁场的宽度也为L ，则线框穿越匀强磁场过程中产生的焦耳热为( )图6如A ．2mgL B ．2mgL ＋mgH C ．2mgL ＋34mgHD ．2mgL ＋14mgH[答案] C[解析] 设线框刚进入磁场时的速度为v 1，刚穿出磁场时的速度v 2＝v 12①线框自开始进入磁场到完全穿出磁场共下落高度为2L .由题意得12m v 21＝mgH ②12m v 21＋mg ·2L ＝12m v 22＋Q ③ 由①②③得Q ＝2mgL ＋34mgH .C 选项正确．7．如图7所示，纸面内有一矩形导体闭合线框abcd ，ab 边长大于bc 边长，置于垂直纸面向里、边界为MN 的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于MN .第一次ab 边平行MN 进入磁场，线框上产生的热量为Q 1，通过线框导体横截面积的电荷量为q 1；第二次bc 边平行于MN 进入磁场，线框上产生的热量为Q 2，通过线框导体横截面的电荷量为q 2，则 ( )图7A ．Q 1＞Q 2，q 1＝q 2B ．Q 1＞Q 2，q 1＞q 2C ．Q 1＝Q 2，q 1＝q 2D ．Q 1＝Q 2，q 1＞q 2 [答案] A[解析] 根据功能关系知，线框上产生的热量等于克服安培力做的功，即Q 1＝W 1＝F 1l bc ＝B 2l 2ab vR l bc ＝B 2S v R l ab同理Q 2＝B 2S v R l bc ，又l ab ＞l bc ，故Q 1＞Q 2；因q ＝I t ＝E R t ＝ΔΦR， 故q 1＝q 2.因此A 正确．8.水平放置的光滑平行导轨上放置一根长为L 、质量为m 的导体棒ab ，ab 处在磁感应强度大小为B 、方向如图8所示的匀强磁场中，导轨的一端接一阻值为R 的电阻，导轨及导体棒电阻不计．现使ab 在水平恒力F 作用下由静止沿垂直于磁场的方向运动，当通过位移为x 时，ab 达到最大速度v m .此时撤去外力，最后ab 静止在导轨上．在ab 运动的整个过程中，下列说法正确的是( )图8A ．撤去外力后，ab 做匀减速运动B ．合力对ab 做的功为FxC ．R 上释放的热量为Fx ＋12m v 2mD ．R 上释放的热量为Fx [答案] D[解析] 撤去外力后，导体棒水平方向只受安培力作用，而F 安＝B 2L 2vR ，F 安随v 的变化而变化，故棒做加速度变化的变速运动，A 错；对整个过程由动能定理得W 合＝ΔE k ＝0，B 错；由能量守恒定律知，外力做的功等于整个回路产生的电能，电能又转化为R 上释放的热量，即Q ＝Fx ，C 错，D 正确．题组三 电磁感应中的动力学及能量综合问题9．如图9所示，间距为L 、电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端用一阻值为R 的电阻连接，导轨上横跨一根质量为m 、有效电阻也为R 的金属棒，金属棒与导轨接触良好．整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B 的匀强磁场中．现使金属棒以初速度v 沿导轨向右运动，若金属棒在整个运动过程中通过的电荷量为q .下列说法正确的是 ( )图9A ．金属棒在导轨上做匀减速运动B ．整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为qRBLC ．整个过程中金属棒克服安培力做功为12m v 2D ．整个过程中电阻R 上产生的焦耳热为12m v 2[答案] C[解析] 因为金属棒向右运动时受到向左的安培力作用，且安培力随速度的减小而减小，所以金属棒向左做加速度减小的减速运动； 根据E ＝ΔΦΔt ＝BLx Δt ，q ＝I Δt ＝E 2R Δt ＝BLx2R ，解得x ＝2RqBL；整个过程中金属棒克服安培力做功等于金属棒动能的减少量12m v 2；整个过程中电路中产生的热量等于机械能的减少量12m v 2，电阻R 上产生的焦耳热为14m v 2.10．如图10所示，MN 和PQ 是电阻不计的平行金属导轨，其间距为L ，导轨弯曲部分光滑，平直部分粗糙，二者平滑连接．右端接一个阻值为R 的定值电阻．平直部分导轨左边区域有宽度为d 、方向竖直向上、磁感应强度大小为B 的匀强磁场．质量为m 、电阻也为R 的金属棒从高度为h 处静止释放，到达磁场右边界处恰好停止．已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为μ，金属棒与导轨间接触良好．则金属棒穿过磁场区域的过程中 ( )图10A ．流过金属棒的最大电流为Bd 2gh2RB ．通过金属棒的电荷量为BdLRC ．克服安培力所做的功为mghD ．金属棒产生的焦耳热为12(mgh －μmgd )[答案] D[解析] 金属棒下滑到底端时的速度为v ＝2gh ，感应电动势E ＝BL v ，所以流过金属棒的最大电流为I ＝BL 2gh 2R ；通过金属棒的电荷量为q ＝ΔΦ2R ＝BLd2R ；克服安培力所做的功为W ＝mgh －μmgd ；电路中产生的焦耳热等于克服安培力做的功，所以金属棒产生的焦耳热为12(mgh－μmgd )．选项D 正确．11．如图11所示，在倾角为θ的光滑斜面上，存在着两个匀强磁场，磁场Ⅰ垂直斜面向上、磁感应强度大小为B ，磁场Ⅱ垂直斜面向下、磁感应强度大小为2B ，磁场的宽度MJ 和JG 均为L ，一个质量为m 、电阻为R 、边长也为L 的正方形导线框，由静止开始沿斜面下滑，当ab 边刚越过GH 进入磁场Ⅰ区时，线框恰好以速度v 1做匀速直线运动；当ab 边下滑到JP 与MN 的中间位置时，线框又恰好以速度v 2做匀速直线运动，从ab 进入磁场Ⅰ至ab 运动到JP 与MN 中间位置的过程中，线框的机械能减少量为ΔE ，重力对线框做功的绝对值为W 1，安培力对线框做功的绝对值为W 2，下列说法中正确的是 ( )图11A ．v 1∶v 2＝4∶1B ．v 1∶v 2＝9∶1C ．ΔE ＝W 1D ．ΔE ＝W 2[答案] BD[解析] 线框两次都做匀速直线运动，说明受力平衡，由平衡条件得沿斜面方向： F ＝mg sin θ，F ＝BIL ， I ＝ER，E ＝Bl v ， 解得F ＝B 2L 2v 1R ＝9B 2L 2v 2R，解得v 1∶v 2＝9∶1，A 错，B 对；线框的机械能减少是由于安培力对它做负功，有ΔE ＝W 2，C 错，D 对，所以本题选择B 、D.12．如图12所示，倾角为θ的“U ”型金属框架下端连接一阻值为R 的电阻，相互平行的金属杆MN 、PQ 间距为L ，与金属杆垂直的虚线a 1b 1、a 2b 2区域内有垂直框架平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B ，a 1b 1、a 2b 2间距离为d ，一长为L 、质量为m 、电阻为R 的导体棒在金属框架平面上与磁场上边界a 2b 2距离d 处从静止开始释放，最后能匀速通过磁场下边界a 1b 1.重力加速度为g (金属框架摩擦及电阻不计)．求：图12(1)导体棒刚到达磁场上边界a 2b 2时速度大小v 1； (2)导体棒匀速通过磁场下边界a 1b 1时速度大小v 2； (3)导体棒穿越磁场过程中，回路产生的电能． [答案] (1)2gd sin θ (2)2mgR sin θB 2L 2(3)2mgd sin θ－2m 3g 2R 2sin 2 θB 4L 4[解析] (1)导体棒在磁场外沿斜面下滑，只有重力做功， 由机械能守恒定律得：mgd sin θ＝12m v 21解得：v 1＝2gd sin θ(2)导体棒匀速通过匀强磁场下边界a 1b 1时，由平衡条件： mg sin θ＝F 安 F 安＝BIL ＝B 2L 2v 22R解得：v 2＝2mgR sin θB 2L 2(3)由能量守恒定律得： mgd sin θ－Q ＝12m v 22－12m v 21 解得：Q ＝2mgd sin θ－2m 3g 2R 2sin 2θB 4L 4.13.如图13所示，固定的光滑平行金属导轨间距为l ，导轨电阻不计，上端a 、b 间接有阻值为R 的电阻，导轨平面与水平面的夹角为θ，且处在磁感应强度大小为B 、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中．质量为m 、电阻为r 的导体棒与固定弹簧相连后放在导轨上．初始时刻，弹簧恰好处于自然长度，导体棒具有沿轨道向上的初速度v 0.整个运动过程中导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触．已知弹簧的劲度系数为k ，弹簧的中心轴线与导轨平行．图13(1)求初始时刻通过电阻R 的电流I 的大小和方向；(2)当导体棒第一次回到初始位置时，速度变为v ，求此时导体棒的加速度大小a ； (3)导体棒最终静止时弹簧的弹性势能为E p ，求导体棒从开始运动直到停止的过程中，电阻R 上产生的焦耳热Q . [答案] (1)Bl v 0R ＋r b →a(2)g sin θ－B 2l 2vm (R ＋r )(3)见[解析][解析] (1)初始时刻，导体棒产生的感应电动势E 1＝Bl v 0 通过R 的电流大小I 1＝E 1R ＋r ＝Bl v 0R ＋r电流方向为b →a(2)回到初始位置时，导体棒产生的感应电动势为E 2＝Bl v 感应电流I 2＝E 2R ＋r ＝Bl v R ＋r导体棒受到的安培力大小为F ＝BI 2l ＝B 2l 2vR ＋r ，方向沿斜面向上根据牛顿第二定律有：mg sin θ－F ＝ma 解得a ＝g sin θ－B 2l 2vm (R ＋r )(3)导体棒最终静止，有：mg sin θ＝kx 压缩量x ＝mg sin θk设整个过程中回路中产生的焦耳热为Q 0，根据能量守恒定律有： 12m v 2＋mgx sin θ＝E p ＋Q 0Q 0＝12m v 20＋(mg sin θ)2k －E p电阻R 上产生的焦耳热Q ＝R R ＋r Q 0＝R R ＋r [12m v 20＋(mg sin θ)2k －E p ]。
人教版选修3-2电磁感应中的动力学和能量问题(考前突破)(带答案)
电磁感应中的动力学和能量问题(考前突破)1．如图所示，光滑、足够长的平行金属导轨MN、PQ的间距为l，所在平面与水平面成θ角，处于磁感应强度为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中。
两导轨的一端接有阻值为R的电阻。
质量为m、电阻为r的金属棒ab垂直放置于导轨上，且m由一根轻绳通过一个定滑轮与质量为M的静止物块相连，物块被释放后，拉动金属棒ab加速运动H距离后，金属棒以速度v匀速运动。
求：（导轨电阻不计）（1）金属棒αb以速度v匀速运动时两端的电势差U ab；（2）物块运动H距离过程中电阻R产生的焦耳热Q R。
2．如图（甲）所示，一对平行光滑轨道放置在水平面上，两轨道相距L=1m，两轨道之间用R=4Ω的电阻连接，一质量m=1kg的导体杆与两轨道垂直，静止放在轨道上，轨道的电阻可忽略不计．整个装置处于磁感应强度B=4T的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道平面向上，现用水平拉力沿轨道方向拉导体杆，拉力F与导体杆运动的位移s间的关系如图（乙）所示，当拉力达到最大时，导体杆开始做匀速运动，当位移s=2.5m时撤去拉力，导体杆又滑行了一段距离'后停止．已知在拉力F作用过程中，通过电阻R上电量q为1.25C．在滑行'的过程中电阻R上产生的焦耳热为4J．求：v；（1）导体杆运动过程中的最大速度mF；（2）拉力F的最大值m（3）拉力F作用过程中，电阻R上产生的焦耳热．3．如图所示，两根足够长的直金属MN、PQ平行放置在倾角为 的绝缘斜面上，两导轨间距为L。
M、P 两点间接有阻值为R 的电阻。
一根质量为m的均匀直金属杆ab 放在两导轨上，并与导轨垂直。
整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下。
导轨和金属杆的电阻可忽略。
让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦。
(1)在加速下滑过程中，当ab 杆的速度大小为v 时，ab 杆中的电流及其加速度的大小；(2)求在下滑过程中ab 杆可达到的最大速度。
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2018 人教版高中物理同步选修 3-2 课时作业
A．金属棒在导轨上做匀减速运动 qR B．整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为BL 1 C．整个过程中金属棒克服安培力做功为2mv2 1 D．整个过程中电阻 R 上产生的焦耳热为4mv2 解析：因为金属棒向右运动时受到向左的安培力作用，且安培力 随速度的减小而减小，所以金属棒向左做加速度减小的减速运动； ΔΦ BLx E BLx 根据 E＝ Δt ＝ Δt ，q＝IΔt＝2RΔt＝ 2R ， 2Rq 解得 x＝ BL ； 1 整个过程中金属棒克服安培力做功等于金属棒动能的减少量 2 1 mv2；整个过程中电路中产生的热量等于机械能的减少量2mv2，电阻 1 R 上产生的焦耳热为4mv2.故选项 C、D 正确． 答案：CD 三、非选择题 3．水平面上两根足够长的金属导线平行固定放置，间距为 L， 一端通过导线与阻值为 R 的电阻连接，导轨上放一质量为 m 的金属 棒(如图所示)，金属杆与导轨的电阻忽略不计，匀强磁场竖直向下， 用与导轨平行的恒定拉力 F 作用在金属杆上，杆最终将做匀速运 动．当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动的速度 v 也会变化，v 与 F 的关系如图所示．(取重力加速度 g＝10 m/s2)
(1)铝环向哪边偏斜？ (2)若铝环在磁铁穿过后速度 v′＝2 m/s， 在磁铁穿过铝环的整个 2 过程中，环中产生了多少电能？(g 取 10 m/s ) 解析：(1)由楞次定律可知，当小磁铁向右运动时，铝环向右偏 斜(阻碍相对运动)． (2)由磁铁穿过铝环后飞行的水平距离可求出穿过后的速度 x 3.6 v＝ ＝ m/s＝9 m/s 2h 2×0.8 g 10 由能量守恒可得： 1 1 2 1 2 W 电＝2Mv2 0－ Mv － mv′ ＝1.7 J. 2 2 答案：(1)向右偏斜 (2)1.7 J 5．如图所示，竖直平面内有足够长的金属导轨，轨距为 0.2 m， 金属导体 ab 可在导轨上无摩擦地上下滑动，ab 的电阻为 0.4 Ω，导 轨电阻不计，导体 ab 的质量为 0.2 g，垂直纸面向里的匀强磁场的磁 感应强度为 0.2 T，且磁场区域足够大，当导体 ab 自由下落 0.4 s 时， 突然闭合开关 S，则：
(1)金属杆在匀速运动之前做什么运动？ (2)若 m＝0.5 kg，L＝0.5 m，R＝0.5 Ω，磁感应强度 B 为多大？ 解析：(1)变速运动(或变加速运动、加速度减少的加速运动、加 速运动)． B2L2v E (2)感应电动势 E＝BLv， 感应电流 I＝R， 安培力 F 安＝BIL＝ R B2L2v 因金属杆受拉力、安培力作用，由牛顿定律得：F－ R ＝ma，所得
A．Q1>Q2，q1＝q2 B．Q1>Q2，q1>q2 C．Q1＝Q2，q1＝q2 D．Q1＝Q2，q1>q2 解析：根据功能关系知，线框上产生的热量等于克服安培力做的 B2l2 B2Sv abv 功，即 Q1＝W1＝F1lbc＝ R lbc＝ R lab B2Sv 同理 Q2＝ R lbc，又 lab>lbc，故 Q1>Q2； E ΔΦ 因 q＝ I t＝ R t＝ R ， 故 q1＝q2.因此 A 正确． 答案：A 二、多项选择题 2．如图所示，间距为 L、电阻不计的足够长平行光滑金属导轨 水平放置， 导轨左端用一阻值为 R 的电阻连接， 导轨上横跨一根质量 为 m、有效电阻也为 R 的金属棒，金属棒与导轨接触良好．整个装置 处于竖直向上、 磁感应强度为 B 的匀强磁场中． 现使金属棒以初速度 v 沿导轨向右运动，若金属棒在整个运动过程中通过的电荷量为 q.下 列中物理同步选修 3-2 课时作业
R mRa R v＝B2L2F－B2L2， 由图线可以得到直线的斜率 k＝2， 所以 B＝ kL2＝ 1 T. 答案：(1)变加速运动 (2)1 T 4．如图所示，质量为 m＝100 g 的铝环，用细线悬挂起来，环中 央距地面高度 h＝0.8 m，有一质量为 M＝200 g 的小磁铁(长度可忽 略)，以 v0＝10 m/s 的水平速度射入并穿过铝环，落地点距铝环原位 置的水平距离 x＝3.6 m，则磁铁与铝环发生相互作用时(小磁铁穿过 铝环后的运动看作平抛运动)，求：
(1)试说出 S 接通后，导体 ab 的运动情况； (2)导体 ab 匀速下落的速度是多少？(g 取 10 m/s2)
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2018 人教版高中物理同步选修 3-2 课时作业
解析：(1)闭合 S 之前导体自由下落的末速度为： v0＝gt＝4 m/s. S 闭合瞬闻，导体产生感应电动势，回路中产生感应电流， ab 立即受到一个竖直向上的安培力． B2L2v0 F 安＝BIL＝ R ＝0.016 N>mg＝0.002 N. 此刻导体所受到合力的方向竖直向上，与初速度方向相反，加速 度的表达式为 F安－mg B2L2v a＝ m ＝ mR －g， 所以 ab 做竖直向下的加速度逐渐减小的 减速运动．当速度减小至 F 安＝mg 时，ab 做竖直向下的匀速运动． (2)设匀速下落的速度为 vm， B2L2vm mgR 此时 F 安＝mg，即 R ＝mg，vm＝B2L2＝0.5 m/s. 答案：(1)先做竖直向下的加速度逐渐减小的减速运动，后做匀 速运动 (2)0.5 m/s
2018 人教版高中物理同步选修 3-2 课时作业
课时作业(六)
电磁感应中的动力学及能量问题
一、单项选择题 1．如图所示，纸面内有一矩形导体闭合线框 abcd，ab 边长大于 bc 边长，置于垂直纸面向里、边界为 MN 的匀强磁场外，线框两次 匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于 MN.第一次 ab 边平行 MN 进入磁场，线框上产生的热量为 Q1，通过线框导体横 截面积的电荷量为 q1；第二次 bc 边平行于 MN 进入磁场，线框上产 生的热量为 Q2，通过线框导体横截面的电荷量为 q2，则( )