第二章电磁感应解答题专项特训-2023-2024学年高中物理人教版选择性必修第二册

第二章电磁感应解答题专项特训-2023-2024学年高中物理人教版选择性必修第二册 1．交流异步电动机是利用交变电流产生的旋转磁场带动闭合线圈转动的电动机，其工作原理与下图所示的装置类似。磁铁旋转产生旋转磁场，带动闭合线圈转动。请根据所学物理知识回答以下问题，并说明理由。 （1）线圈中是否有感应电流? （2）线圈转动方向是否与磁铁转动方向一致? （3）电动机带负载工作时，线圈的转速是否可以达到磁铁转动的转速? 2．如图甲所示，abcd中的磁场按图乙的形式随时间变化，磁场垂直纸面向里为正方向，则矩形线框内的感应电流方向是怎样的，以及bc边受到的安培力的方向是怎样的？ 3．如图甲所示，水平粗糙导轨左侧接有定值电阻，导轨处于垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度，导轨间距。一质量，阻值的金属棒在水平向右拉力作用下由静止开始从处运动，金属棒与导轨间动摩擦因数，金属棒的图像如图乙所示，取，求： （1）时，安培力的大小； （2）从起点到发生位移的过程中，金属棒产生的焦耳热； （3）从起点到发生位移的过程中，拉力做的功。 4．MN、PQ是固定在水面内间距为L的两条光滑长直导轨，导轨位于竖直向上的匀强磁场中，a、b是用同种材料制成的两根长为L的均匀金属棒，其质量ma=3m，mb=m，金属棒a的电阻为R，开始a、b经静止垂直跨放在导轨上，它们之间的距离也为L，导轨电阻忽略不计。现使a棒以指向b棒的初速度开始运动，运动中两棒与导轨始终垂直且接触良好。 （1）若a棒开始运动瞬间加速度大小为，求匀强磁场的磁感应强度大小B1； （2）若a、b运动中不会发生碰撞，求当b棒的速度时a棒上产生的焦耳热Q； （3）若a、b棒运动中发生弹性磁撞，不考虑碰撞过程中的电磁感应，最终a、b两棒之间的距离仍为L，求匀强磁场的磁感应强度大小B2。 5．中国高铁技术世界领先，被网友称为中国现代版的“四大发明”之一，其运行过程十分平稳。如图甲所示为某科研小组设计的列车电磁驱动系统的原理示意图，ABCD是水平固定在列车下方的n匝正方形金属线圈，每个线圈的电阻均为R，长度宽度均为d，用两条不计电阻的导线与智能输出系统（可输出大小和方向变化的电流）组成回路。如图乙所示，列车沿水平直轨道运动，轨道上依次间隔分布着方向垂直纸面向里的磁场，其磁感应强度大小为B、宽度、长度及磁场间的距离均为d。已知智能输出系统提供的额定功率为P，列车整体的质量为m，运动过程中受到的摩擦阻力和空气阻力的合力恒为重力的k倍。 （1）求列车运行的最大速度； （2）若列车进站速度减为时，智能输出系统立即切换电路后停止工作，此时相当于E、F直接用电阻不计的导线连接，经时间t后列车的速度减为0，求该过程中列车前进的距离。 6．同学以金属戒指为研究对象，探究金属物品在变化磁场中的热效应。如图所示，戒指可视为周长为L，电阻为R的单匝圆形线圈，放置在匀强磁场中，磁感应强度方向垂直于戒指平面。若磁感应强度大小在Δt时间内从0均匀增加到，求： （1）戒指中的感应电流大小； （2）戒指中电流的热功率。 7．如图所示，置于同一水平面内的两根足够长、间距为l、电阻不计的光滑金属导轨，左端接入一开始不带电的电容为C的电容器，质量为m、电阻不计的导体棒垂直静止放置在导轨上，整个装置在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中。现闭合开关S，给导体棒一瞬时冲量I，已知导体棒在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，电压为的电容器储存的能量。 （1）求导体棒最终做匀速运动的速度v。 （2）求导体棒最终做匀速运动时电容器两极板间的电压U和储存的能量。 （3）若电容器初始带电荷量为，导体棒静置在导轨上，求闭合开关S后，导体棒最终的速度大小v'。 8．如图所示，光滑的绝缘斜面倾角为，水平虚线上方存在垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为，边长为、质量为、电阻值为的正方形线框abcd放在虚线下侧，其中cd边与虚线平行，现在线框上施加沿斜面向上的恒力使其由静止开始运动，经过一段时间线框刚好匀速进入磁场，直到ab边与虚线重合，重力加速度为，整个过程线框没有发生转动，求： （1）线框出发瞬间cd边到虚线的间距； （2）线框从开始运动到ab边与虚线重合的过程产生的焦耳热，以及该过程流过线框某一横截面的电荷量。 9．磁力刹车是为保证过山车在最后进站前的安全而设计的一种刹车形式，刹车金属线框安装在过山车底部或两侧，在轨道间的磁场作用下而减速。简化模型如图所示，在水平面上的两根平行直导轨间，有等距离分布的方向相反的竖直匀强磁场B1和B2，且B1=B2=B，每个磁场分布区间的长都是L，相间排列。正方形刹车线框边长为L，电阻为R，以初始速度大小v0进入磁场。已知过山车的质量为m，不计轨道摩擦和空气阻力，求： （1）线框ab边刚进入磁场时的电流大小I； （2）线框a