专题20 电磁感应现象中有关线框的动力学和能量问题-2023年高三物理二轮高频考点冲刺突破

2023年高三物理二轮高频考点冲刺突破 专题20 电磁感应现象中有关线框的动力学和能量问题 专练目标 专练内容 目标1 高考真题（1T—4T） 目标2 有关线框的动力学问题（5T—8T） 目标3 有关线框的能量问题（9T—12T） 目标4 有关线框的图像问题（13T—16T） 【典例专练】 1、 高考真题 1．如图所示，平面的第一、三象限内以坐标原点O为圆心、半径为的扇形区域充满方向垂直纸面向外的匀强磁场。边长为L的正方形金属框绕其始终在O点的顶点、在平面内以角速度顺时针匀速转动，时刻，金属框开始进入第一象限。不考虑自感影响，关于金属框中感应电动势E随时间t变化规律的描述正确的是（　　） A．在到的过程中，E一直增大 B．在到的过程中，E先增大后减小 C．在到的过程中，E的变化率一直增大 D．在到的过程中，E的变化率一直减小 2．两个完全相同的正方形匀质金属框，边长为，通过长为的绝缘轻质杆相连，构成如图所示的组合体。距离组合体下底边处有一方向水平、垂直纸面向里的匀强磁场。磁场区域上下边界水平，高度为，左右宽度足够大。把该组合体在垂直磁场的平面内以初速度水平无旋转抛出，设置合适的磁感应强度大小使其匀速通过磁场，不计空气阻力。下列说法正确的是（　　） A．与无关，与成反比 B．通过磁场的过程中，金属框中电流的大小和方向保持不变 C．通过磁场的过程中，组合体克服安培力做功的功率与重力做功的功率相等 D．调节、和，只要组合体仍能匀速通过磁场，则其通过磁场的过程中产生的热量不变 3．如图所示，平面直角坐标系的第一和第二象限分别存在磁感应强度大小相等、方向相反且垂直于坐标平面的匀强磁场，图中虚线方格为等大正方形。一位于Oxy平面内的刚性导体框abcde在外力作用下以恒定速度沿y轴正方向运动（不发生转动）。从图示位置开始计时，4s末bc边刚好进入磁场。在此过程中，导体框内感应电流的大小为I， ab边所受安培力的大小为Fab，二者与时间t的关系图像，可能正确的是（　　） A． B． C． D． 4．如图1所示，在绝缘光滑水平桌面上，以O为原点、水平向右为正方向建立x轴，在区域内存在方向竖直向上的匀强磁场。桌面上有一边长、电阻的正方形线框，当平行于磁场边界的边进入磁场时，在沿x方向的外力F作用下以的速度做匀速运动，直到边进入磁场时撤去外力。若以边进入磁场时作为计时起点，在内磁感应强度B的大小与时间t的关系如图2所示，在内线框始终做匀速运动。 (1)求外力F的大小； (2)在内存在连续变化的磁场，求磁感应强度B的大小与时间t的关系； (3)求在内流过导线横截面的电荷量q。 2、 有关线框的动力学问题 5．M和N两水平线间存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁场高度为h，竖直平面内有质量为m、电阻为R的直角梯形线框，上下底水平且底边之比为5：1，梯形高为2h。该线框从AB到磁场上边界的距离为h的位置由静止下落，下落过程底边始终水平，线框平面始终与磁场方向垂直。已知AB刚进入磁场时和AB刚穿出磁场时线框加速度为零，在整个运动过程中，说法正确的是（    ） A．AB边匀速穿过磁场 B．从AB边刚穿出到CD边刚要进入磁场的过程中，线框做匀速运动 C．CD边刚进入磁场时，线框的加速度为，方向竖直向上 D．从线框开始下落到AB边刚穿出磁场的过程中，线框产生的焦耳热和重力做功之比31：16 6．如图所示，在光滑斜面上固定有一质量为m、电阻为R、边长为l的正方形单匝线框abcd。线框右下方存在垂直于斜面向上的磁感应强度大小为B的匀强磁场，磁场宽度为L，且。现释放线框，使线框从图示位置由静止开始沿斜面向下运动，ab边始终与磁场边界平行。已知ab边在经过磁场上、下边界时的瞬时速度相同，重力加速度为g，斜面与水平方向的夹角为，则下列说法正确的是（　　） A．ab边经过磁场下边界时速度大小大于 B．线框释放时ab边距离磁场上边界的距离大于 C．线框穿过磁场产生的热量为 D．线框通过磁场的最小速度为 7．如图甲所示，边长l的正方形金属线圈abcd随水平传送带一起以恒定速度v0运动，边界PQ与MN垂直传送带，其间存在竖直方向的匀强磁场。线圈在图示位置开始计时，直到ab边刚离开磁场，其速度与时间的关系如图乙所示，且在传送带上始终保持ab、cd边平行于磁场边界，重力加速度为g。则（　　） A．t1～t2时间内线圈所受安培力大于摩擦力 B．t1～t2和t2～t3时间内线圈所受摩擦力方向相反 C．边界PQ与MN的距离为 D．线圈与传送带间的动摩擦因数为 8．如图所示，竖直平面（纸面）两水平线间存在宽度为d的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。一质量为m、边长也为d的正方形线圈从磁场上方某处自由落下，时刻线圈的下边进入磁场，时刻线圈的上边进入磁场，时刻线圈上边离开磁场。