专题11 电磁感应中的导体棒在导轨上的运动问题 2020-2021高二物理下学期期末专题复习训练（人教版选修3-2）

专题11 电磁感应中的导体棒在导轨上的运动问题 一、单选题 1．在倾角为的斜面上固定两根足够长的光滑平行金属导轨、，相距为L，导轨处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向下。有两根质量均为m的金属棒a、b，先将a棒垂直导轨放置，用跨过光滑定滑轮的细线与物块c连接，连接a棒的细线平行于导轨，由静止释放c，此后某时刻，将b也垂直导轨放置，a、c此刻起做匀速运动，b棒刚好能静止在导轨上。a棒在运动过程中始终与导轨垂直，两棒与导轨电接触良好，导轨电阻不计。已知重力加速度为g，则（　　） A．物块c的质量是 B．刚释放物块c时，a棒的加速度大小为 C．b棒放上导轨后，物块c减少的重力势能等于回路消耗的电能 D．b棒放上导轨后，a棒中电流大小是 【答案】D 【解析】A．由b平衡可知，安培力大小 由a平衡可知 由c平衡可知 故A错误； B．刚释放c时，对a列牛顿第二定律 对c列牛顿第二定律 有由于，联立可得 故B错误； C．根据能量守恒定律可得，物块c减少的重力势能等于回路消耗的电能和a增加的重力势能之和。故C错误； D．根据b棒的平衡可知，又根据安培力公式 故D正确。 故选D。 2．如图所示，宽度为2d与宽度为d的两部分金属导轨衔接良好，固定在绝缘的水平面上，空间存在竖直向下的匀强磁场，导轨左、右侧磁场的磁感应强度大小分别为B、2B。两完全相同的导体棒甲和乙按如图的方式置于左、右侧的导轨上，已知两导体棒的质量均为m、两导体棒单位长度的电阻均为，现给导体棒甲一水平向右的初速度。假设导轨的电阻忽略不计，导体棒与导轨之间的摩擦忽略不计，且两部分导轨足够长，金属棒甲始终未滑过图中的虚线位置。则下列说法正确的是（　　） A．当导体棒甲开始运动瞬间，甲、乙两棒的加速度大小满足 B．运动足够长的时间后，最终两棒以相同的加速度做匀加速运动 C．最终两棒均做匀速运动，速度大小满足 D．最终两棒以相同的速度匀速运动，该过程甲棒中产生的焦耳热为 【答案】D 【解析】导体棒甲刚开始运动时两棒受到的安培力大小相等，则加速度也相等，运动过程中动量守恒，最终两棒均做匀速运动，速度大小满足 系统产生的总热量为系统损失的动能，即 甲棒中产生的焦耳热为 故D正确，ABC错误。 故选D。 3．如图所示，水平光滑平行导轨处于匀强磁场中，R为定值电阻，其它电阻忽略不计，原来静止的导体棒AB受恒力F的作用而运动起来，对于感应电流随时间变化的图像正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【解析】设AB的加速度大小为a，速度大小为v，则根据法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律和牛顿第二定律综合可得 解得 由上式可知AB在开始的一段时间内做加速度减小的加速运动，最后加速度减为零做匀速运动，即v随t的变化率逐渐减小至零，又因为 所以I随t的变化率也是逐渐减小至零，故C正确。 故选C。 4．如图所示，平行导轨位于竖直平面内，导轨间距离，两导轨与电阻R连接，其余电阻不计，水平虚线下方存在匀强磁场，磁感应强度，质量的导体棒ab垂直放置于导轨上，与导轨接触良好，将其从距虚线h高处由静止释放，进入磁场时恰好以做匀速直线运动。g取10m/s2，则下列说法正确的是（　　） A．导体棒ab进入磁场后电流的方向是b到a B．导体棒进入磁场后下落的过程不存在能量转化 C．电阻R的阻值为 D．h=0.5m 【答案】A 【解析】A．由右手定则可知，导体棒ab进入磁场后电流方向由b到a，故A正确； B．导体棒进入磁场后切割磁感线产生感应电动势，在闭合回路中产生电流，部分机械能转化为焦耳热，有能量转化，故B错误； C．导体棒切割磁感线产生的感应电动势 安培力 导体棒做匀速直线运动，由平衡条件得 代入数据解得 故C错误； D．导体棒进入磁场前做自由落体运动，下落高度 故D错误。 故选A。 5．如图所示，一足够长的光滑平行金属轨道，其轨道平面与水平面成角，上端用一电阻R相连，处于方向垂直轨道平面向上的匀强磁场中。质量为m、电阻为r的金属杆ab，从高为h处由静止释放，下滑一段时间后，金属杆开始以速度v匀速运动直到轨道的底端。金属杆始终保持与导轨垂直且接触良好，轨道电阻及空气阻力均可忽略不计，重力加速度为g。则（　　） A．金属杆加速运动过程中的平均速度为 B．当金属杆的速度为时，它的加速度大小为 C．整个运动过程中电阻R产生的焦耳热为 D．金属杆加速运动过程中克服安培力做功的功率大于匀速运动过程中克服安培力做功的功率 【答案】B 【解析】A．若金属杆匀加速运动，则平均速度为，实际上金属杆加速运动中加速度不断减小，速度-时间图象的斜率不断减小，在相同时间内金属杆通过的位移大于匀加速运动通过的位移，则金属杆的平均速度大于匀加速运动的平均速度，故A错误； B．匀速运动时，金属杆的速度大小为v，所受