第二章 专题 电磁感应中的力学和能量问题——“框”模型 课件 -2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

电磁感应中的力学和能量问题 ——“金属框”模型 L d 1．如图，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是导线框的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，可能正确描述上述过程的是( ) A B C D 2.如图所示，边长为a的正方形铝框平放在光滑绝缘水平桌面上，桌面上有边界平行、宽为b且足够长的匀强磁场区域，磁场方向垂直于桌面，铝框依靠惯性滑过磁场区域，滑行过程中铝框平面始终与磁场垂直且一边与磁场边界平行，已知a<b，在滑入和滑出磁场区域的两个过程中（　　） A．铝框所用时间相同 B．铝框上产生的热量相同 C．铝框中的电流方向相同 D．安培力对铝框的冲量相同 a b c d 3.如图，空间中存在一匀强磁场区域，磁场方向与竖直面（纸面）垂直，磁场的上、下边界（虚线）均为水平面；纸面内磁场上方有一个正方形导线框abcd，其上、下两边均为磁场边界平行，边长小于磁场上、下边界的间距。若线框自由下落，从ab边进入磁场时开始，直至ab边到达磁场下边界为止，线框下落的速度大小可能( ) A．始终减小 B．始终不变 C．始终增加 D．先减小后增加 4.如图甲所示，MN和M′N′是匀强磁场区域的水平边界，磁感应强度为B，磁场方向与线框平面垂直．现正方形金属线框abcd由距MN的某一高度从静止开始下落，图乙是金属线框由开始下落到完全穿过匀强磁场区域的v－t图像．已知金属线框的质量为m，电阻为R，当地的重力加速度为g，图像中坐标轴上所标出的字母v1、v2、v3、t1、t2、t3、t4均为已知量．(下落过程中bc边始终水平)根据题中所给条件，以下说法正确的是 ( ) A．可以求出金属框的边长 B．线框穿出磁场时间(t4－t3)等于进入磁场时间(t2－t1) C．线框穿出磁场与进入磁场过程所受安培力方向相同 D．线框穿出磁场与进入磁场过程产生的焦耳热相等 由线框运动的v－t图像，可知： 0～t1线框自由下落， t1～t2线框进入磁场， t2～t3线框在磁场中只受重力作用加速下降， t3～t4线框离开磁场．线框的边长l＝v3(t4－t3) 由于线框离开时的速度v3大于进入时的平均速度，因此线框穿出磁场时间小于进入磁场时间. 线框穿出磁场与进入磁场过程所受安培力方向都竖直向上. 线框进入磁场mgl＝Q1＋1/2mv22－1/2mv12，线框离开磁场mgl＝Q2，可见Q1<Q2. l L 1 2 3 4 5 6 线框于磁场上方h处静止释放： h l<L 过程分析： 未进入磁场前自由落体运动； 进入磁场； 在磁场中，以加速度g，加速运动； 穿出磁场； 离开磁场之后，以加速度g，加速运动。 l L 过程分析： 未进入磁场前自由落体运动； 进入磁场； 在磁场中，以加速度g，加速运动； 穿出磁场； 离开磁场之后，以加速度g，加速运动。 l=L l L 过程分析： 未进入磁场前自由落体运动； 进入磁场； 在磁场中，以加速度g，加速运动； 穿出磁场； 离开磁场之后，以加速度g，加速运动。 l>L 5.如图所示，在平行于水平地面的匀强磁场上方有三个线圈，从相同的高度由静止开始同时下落。三个线圈都是由相同的金属材料制成的大小相同的正方形线圈。A线圈有一个缺口，B、C都是闭合的，但是B线圈的导线比C线圈的粗， 关于它们落地时间的说法正确的是（ ） A.三线圈中A落地时间最短 B.三线圈落地时间相同 C.B、C两线圈落地时间相同 D.B线圈落地时间比C线圈短 设线圈B、C落地时的速度大小分别为v1、v2，在磁场中运动时产生的热量分别为Q1、Q2。不计空气阻力，则 A．v1 <v2，Q1< Q2 B．v1 =v2，Q1= Q2 C．v1 <v2，Q1>Q2 D．v1 =v2，Q1> Q2 6.如图所示，在光滑水平面上方，有两个磁感应强度大小均为B、方向相反的水平匀强磁场，如图所示，PQ为两个磁场的边界，磁场范围足够大。一个边长为d，质量为m，电阻为R的正方形金属线框垂直磁场方向，以速度v从图示位置向右运动，当线框中心线AB运动到PQ重合时，线框的速度为v/2，则（ ） A．此时线框中的电功率为4B2d2v2/R B．此时线框的加速度为4B2d2v/(