33 喜欢·257 浏览
多选题

(多选)如图,两根相距1=0.8m、电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置,一端与阻值R=0.3Ω的电阻相连.导轨x>0一侧存在沿x方向均匀增大的稳恒磁场,其方向与导轨平面垂直,变化率k=0.5T/m,x=0处磁场的磁感应强度B_0=0.5T.一根质量m-0.2 kg、电阻r=0.1Ω的金属棒置于导轨上,并与导轨垂直.棒在外力作用下从x=0处以初速度v_0=4m/s沿导轨向右运动,运动过程中电阻消耗的功率不变.则(  )

A
金属棒在x=3 m处的速度为1 m/s
B
金属棒从x=0运动到x=3 m过程中安培力做功的大小为5.12 J
C
金属棒从x=0运动到x=3 m过程中所用时间为0.8 s
D
金属棒从x=0运动到x=3 m过程中外力的平均功率为5.6 W

题目答案

AD

答案解析

分析:

由法拉第电磁感应定律与闭合电路欧姆定律相结合,来计算感应电流的大小;

由因棒切割产生感应电动势,及电阻的功率不变,即可求解;

分别求出x=0与x=2m处的安培力的大小,然后由安培力做功表达式,即可求解;

依据功能关系,及动能定理可求出外力在过程中的平均功率.

解答:

解:A、金属棒切割产生感应电动势为:E=B_0Lv_0=0.5×0.8×4=1.6V,

由闭合电路欧姆定律,电路中的电流为:I=$\frac {E}{R+r}$=$\frac {1.6}{0.3+0.1}$=4A,

由题意可知,在x=3m处,B=B_0+kx=0.5+0.5×3=2T,切割产生感应电动势,E=BLv,金属棒运动过程中电阻消耗的功率不变,则金属棒产生的感应电动势不变,电路电流不变,金属棒在x=3m处的速度:

v=$\frac {E}{BL}$=$\frac {1.6}{2×0.8}$=1m/s,故A正确;

B、当x=0m时有:F_0=B_0IL=0.5×4×0.8=1.6N,

x=3m时,有:F=BIL=2×4×0.8=6.4N,

金属棒从x=0运动到x=3m过程中安培力做功的大小,有:W=( F_0+F)$\frac {x}{2}$=(1.6+6.4)×$\frac {3}{2}$=12J,故B错误;

C、克服安培力做功转化为内能,有:W=EIt,解得:t=$\frac {W}{EI}$=$\frac {12}{1.6×4}$=1.875s,故C错误;

D、由动能定理:Pt-W=$\frac {1}{2}$mv_-$\frac {1}{2}$mv_0_,代入数据解得:P=5.6W,故D正确;

故选:AD.

点评:

考查法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、安培力的大小公式、做功表达式、动能定理等的规律的应用与理解,运动过程中电阻上消耗的功率不变,是本题解题的突破口

举一反三
多选题

(多选)如图所示,间距为L的金属导轨竖直平行放置,空间有垂直于导轨所在平面向里、大小为B的匀强磁场.在导轨上端接一电容为C的电容器,一质量为m的金属棒ab与导轨始终保持良好接触,由静止开始释放,释放时ab 距地面高度为h,(重力加速度为g,一切摩擦及电阻均不计)在金属棒下滑至地面的过程中,下列说法正确的是(  )

A
金属棒做匀加速运动,加速度为g
B
金属棒运动到地面时,电容器储存的电势能为mgh
C
金属棒做匀加速运动,加速度为$\frac {mg}{(m+CB_L_)}$
D
金属棒运动到地面时,电容器储存的电势能为 $\frac {mghCB_L}{(m+CB_L_)}$

题目答案

CD

答案解析

分析:

由左手定则来确定安培力的方向,并求出安培力的大小;借助于I=$\frac {Q}{t}$、a=$\frac {△v}{△t}$及牛顿第二定律来求出速度与时间的关系.金属棒的重力势能转化为金属棒的动能与电容器中的电势能.

解答:

解:A、C、设金属棒的速度大小为v时,经历的时间为t,通过金属棒的电流为i,产生的电动势为:e=BLv

金属棒受到的安培力方向沿导轨向上,大小为:F=BLi

设在时间间隔(t,t+△t )内流经金属棒的电荷量为△Q,△Q=C△U=C•△e

按定义有:i=$\frac {△Q}{△t}$,△Q也是平行板电容器极板在时间间隔(t,t+△t )内增加的电荷量,

由上式可得,△v为金属棒的速度变化量,

按加速度的定义有:a=$\frac {△v}{△t}$

金属棒在时刻t的加速度方向向下,设其大小为a,根据牛顿第二定律有:mg-F=ma,

联立上此式可得:a=$\frac {mg}{(m+CB_L_)}$.故A错误,C正确;

B、D、金属棒下降h后的速度v_0:_0=2ah

金属棒的动能:E_K=$\frac {1}{2}$m_0=mah

金属棒的重力势能转化为金属棒的动能与电容器中的电势能,所以金属棒运动到地面时,电容器储存的电势能:

E_P=mgh-mah=$\frac {mghCB_L}{(m+CB_L_)}$.故B错误,D正确.

故选:CD

点评:

本题关键采用微元法分析金属棒的加速度,切入点是加速度的定义式,再应用牛顿第二定律、匀变速运动的速度公式、E=BLv即可正确解题.

多选题

(多选)图为电磁流量计原理示意图.在非磁性材料做成的圆形管道上加一个磁感应强度为B的匀强磁场,已知管中有导电液体流过时,管壁上a、b两点间的电势分别为ϕ_a、ϕ_b,且ϕ_a>ϕ_b,管道直径为D,电流方向向左.则(  )

A
管内自由电荷运动方向向左,且为正离子
B
管内自由电荷运动方向向右,且为负离子
C
液体流量Q=$\frac {πD(φ_a-φ_b)}{4B}$
D
液体流量Q=$\frac {πDB}{4(φ_a-φ_b)}$

题目答案

AC

答案解析

分析:

导电液体流动时,正负电荷受到洛伦兹力发生偏转,从而在a、b两端形成电势差,最终电荷在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡,根据平衡条件可求出电荷移动的速度,从而求出液体的流量.

解答:

解:A、因为a点的电势大于b点的电势,知a点带正电,b点带负电.根据左手定则,知不论是正电荷还是负电荷,均向左运动,电流向左,可知正电荷向左移动.故A正确,B错误.

C、根据qE=qvB,E=$\frac {Φ_a-Φ_b}{D}$,解得,v=$\frac {Φ_a-Φ_b}{BD}$,Q=π($\frac {D}{2}$)_v=$\frac {πD(φ_a-φ_b)}{4B}$.故C正确,D错误.

故选AC.

点评:

解决本题的关键掌握左手定则判断洛伦兹力方向,以及知道最终电荷在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡.

多选题

(多选)下列各装置中a点电势比b点电势高的有(  )

A


速度选择器
B


电磁流量计
C


磁流体发电机
D


霍尔元件(金属板)

题目答案

ACD

答案解析

分析:

根据左手定则判断出粒子在磁场中的受力分析,判断出粒子的运动方向,及可判断出电势的高低

解答:

解:A、粒子经加速电场后获得速度v,进入速度选择器中,根据粒子在磁场中的受力可知,正离子受到的洛伦兹力向上,负粒子受到的洛伦兹力向下,故a板带正电荷,故a点的电势高于b板,故A正确

B、根据粒子在磁场中的受力可知,正离子受到的洛伦兹力向下,负粒子受到的洛伦兹力向上,故a板带负电荷,故a点的电势低于b板,故B错误;

C、根据粒子在磁场中的受力可知,正离子受到的洛伦兹力向上,负粒子受到的洛伦兹力向下,故a板带正电荷,故a点的电势高于b板,故C正确

D、当电流流过霍尔元件时,由于电子的运动方向与电力方向相反,根据左手定则可知,a板带正电荷,b板带负电,故a点的电势高于b板,故D正确

故选:ACD

点评:

本题主要考查了带电粒子在磁场中的受力,根据左手定则判断即可

多选题

(多选)电磁流量计广泛应用于测量可导电液体(如污水)在管中的流量(在单位时间内通过管内横截面的流体的体积),为了简化,假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道,其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c,流量计的两端与输送流体的管道相连接(图中虚线)图中流量计的上、下两面是金属材料,前后两面是绝缘材料,现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直于前后两面,当导电流体稳定地流经流量计时,在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接,I表示测得的电流值,已知流体的电阻率为ρ,不计电流表的内阻,则可求得(  )

A
流量为$\frac {I(bR+$\frac {ρc}{a}$)}{B}$
B
流量为$\frac {I(aR+$\frac {ρb}{a}$)}{B}$
C
若将污水浓度变大,则上下两板间电势差将变大
D
若流量越大,则上下两板间电势差将变大

题目答案

AD

答案解析

分析:

当导电流体稳定地流经流量计时,正负电荷受洛伦兹力发生偏转,在上下表面间形成电势差,最终稳定时,电荷所受电场力与洛伦兹力平衡,根据欧姆定律及电阻定律求出上下表面间的电势差,从而根据平衡求出速度以及流量的大小.

解答:

解:AB、最终稳定时有:qvB=q$\frac {U}{c}$.则v=$\frac {U}{cB}$

根据电阻定律R′=ρ$\frac {c}{ab}$,则总电阻R_总=R′+R

所以U=IR_总=I(ρ$\frac {c}{ab}$+R)

解得v=$\frac {I(ρ$\frac {c}{ab}$+R)}{cB}$

所以流量Q=vS=vbc=$\frac {I(bR+$\frac {ρc}{a}$)}{B}$.故A正确,B错误.

CD、由上分析可知,那么上下两极间的电势差U=$\frac {QB}{bR+$\frac {ρc}{a}$}$(ρ$\frac {c}{ab}$+R),故C错误,D正确;

故选:AD.

点评:

解决本题的关键掌握左手定则判断洛伦兹力的方向,以及掌握欧姆定律和电阻定律的运用,注意电流方向的横截面积求解.

多选题

(多选)如图所示,在水平界面EF、GH、JK间,分布着两个匀强磁场,两磁场方向水平且相反大小均为B,两磁场高均为L宽度圆限.一个框面与磁场方向垂直、质量为m电阻为R、边长也为L的正方形金属框abcd,从某一高度由静止释放,当ab边刚进入第一个磁场时,金属框恰好做匀速直线运动,当ab边下落到GH和JK之间的某位置时,又恰好开始做匀速直线运动.整个过程中空气阻力不计.则(  )

A
金属框穿过匀强磁场过程中,所受安培力的方向保持不变
B
金属框从ab边始进入第一个磁场至ab边刚到达第二个磁场下边界JK过程中产生的热量为2mgL
C
金属框开始下落时ab边距EF边界的距离h=$\frac {m_gR}{2B_L}$
D
当ab边下落到GH和JK之间做匀速运动的速度v$_2$=$\frac {mgR}{4B_L}$

题目答案

AD

答案解析

分析:

线框ab边刚进入磁场做匀速直线运动,知所受的安培力和重力平衡,当ab边越过GH,回路产生的感应电流变大,则安培力大于重力,线框做减速运动,当安培力减小到与重力相等时,又做匀速直线运动.

解答:

解:A、线框向下运动,由楞次定律可知,安培力总是阻碍线框的运动,为阻碍线框运动,线框受到的安培力方向与运动方向相反,即线框受到的安培力方向始终向上,所受安培力方向始终保持不变,故A正确;

B、设金属框ab边刚进入磁场时的速度为v$_1$,当ab边下落到GH和JK之间的某位置时,又恰好开始做匀速直线运动的速度为v$_2$,由题意知,v$_2$<v$_1$,对ab边刚进入磁场,到刚到达第二个磁场的下边界过程中,由能量守恒得:Q=mg•2L+$\frac {1}{2}$mv$_1$_-$\frac {1}{2}$mv$_2$_,故B错误.

C、当ab边刚进入第一个磁场时,金属框恰好做匀速直线运动,由平衡条件得:mg=$\frac {B_L_v}{R}$,解得:v=$\frac {mgR}{B_L}$,从线框开始下落到刚进入磁场过程,由机械能守恒定律得:mgh=$\frac {1}{2}$mv_,解得:h=$\frac {m_gR}{2B_L}$,故C错误.

D、当ab边下落到GH和JK之间做匀速运动时,线框受到的安培力:F=2BIL=2BL$\frac {2BLv$_2$}{R}$=$\frac {4B_L_v$_2$}{R}$,由平衡条件得:mg=$\frac {4B_L_v$_2$}{R}$,解得:v$_2$=$\frac {mgR}{4B_L}$,故D正确.

故选:AD.

点评:

解决本题的关键搞清金属框在整个过程中的运动情况,结合切割产生的感应电动势公式、闭合电路欧姆定律以及能量守恒定律和共点力平衡进行求解.

多选题

(多选)两根相距为L的足够长的金属直角导轨如图所示放置,它们各有一边在同一水平面内,另一边垂直于水平面.质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路,杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ,导轨电阻不计,回路总电阻为2R.整个装置处于磁感应强度大小为B,方向竖直向上的匀强磁场中.当ab杆在平行于水平导轨的拉力F作用下以速度v$_1$沿导轨匀速运动时,cd杆也正好以速度v$_2$向下匀速运动.重力加速度为g.以下说法正确的是(  )

A
ab杆所受拉力F的大小为μmg-$\frac {B_L_v$_1$}{2R}$
B
cd杆所受摩擦力不为零
C
回路中的电流强度为$\frac {BL(v$_1$+v$_2$)}{2R}$
D
μ与v$_1$大小的关系为μ=$\frac {2Rmg}{B_L_v$_1$}$

题目答案

BD

答案解析

分析:

当导体棒ab匀速向右运动时,切割磁感线(cd运动时不切割磁感线),在回路中产生感应电流,从而使导体棒ab受到水平向左的安培力.导体棒cd受到水平向右的安培力,使导体棒和轨道之间产生弹力,从而使cd受到向上的摩擦力,把力分析清楚,然后根据受力平衡求解.

解答:

解:导体切割磁感线时产生沿abdc方向的感应电流,大小为:I=$\frac {BLv$_1$}{2R}$ ①

导体ab受到水平向左的安培力,由受力平衡得:BIL+mgμ=F ②

导体棒cd运动时,受到摩擦力和重力平衡,有:BILμ=mg ③

联立以上各式解得:F=mgμ+$\frac {B_L_v$_1$}{2R}$,μ=$\frac {2Rmg}{B_L_v$_1$}$,故AC错误,BD正确.

故选BD.

点评:

本题涉及电磁感应过程中的复杂受力分析,解决这类问题的关键是,根据法拉第电磁感应定律判断感应电流方向,然后根据安培定则或楞次定律判断安培力方向,进一步根据运动状态列方程求解.

多选题

(多选)如图所示,两根足够长的固定平行金属光滑导轨位于同一水平面,导轨上横放着两根相同的导体棒ab、cd与导轨构成矩形回路.导体棒的两端连接着处于压缩状态的两根轻质弹簧,两棒的中间用细线绑住,它们的电阻均为R,回路上其余部分的电阻不计.在导轨平面内两导轨间有一竖直向下的匀强磁场.开始时,导体棒处于静止状态.剪断细线后,导体棒在运动过程中(  )

A
回路中有感应电动势
B
两根导体棒所受安培力的方向相同
C
两根导体棒和弹簧构成的系统动量守恒,机械能守恒
D
两根导体棒和弹簧构成的系统动量守恒,机械能不守恒

题目答案

AD

答案解析

分析:

剪断细线后,分析导体棒的运动过程和受力情况.

根据磁通量的变化判断感应电动势,根据左手定则判断安培力的方向,

分析两棒组成的系统在运动过程中是不是合外力为零或者内力远大于外力,这是系统总动量守恒的条件.

解答:

解:A、剪断细线后,导体棒在运动过程中,由于弹簧的作用,导体棒ab、cd反向运动,

穿过导体棒ab、cd与导轨构成矩形回路的磁通量增大,回路中产生感应电动势,故A正确.

B、导体棒ab、cd电流方向相反,根据左手定则,所以两根导体棒所受安培力的方向相反,故B错误.

C、两根导体棒和弹簧构成的系统在运动过程中是合外力为0.所以系统动量守恒,但是由于产生感应电流,产生热量,所以一部分机械能转化为内能,所以系统机械能不守恒.故C错误,D正确.

故选AD.

点评:

我们要清楚掌握自物理量产生或者守恒得条件去判断问题.

多选题

(多选)两根相距为L的足够长的金属直角导轨如图所示放置,它们各有一部分在同一水平面内,另一部分垂直于水平面.质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路,杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ,导轨电阻不计,回路总电阻为2R.整个装置处于磁感应强度大小为B,方向竖直向上的匀强磁场中.当ab杆在平行于水平导轨的拉力F作用下以速度v$_1$沿导轨匀速运动时,cd杆也正好以速度v$_2$向下匀速运动.重力加速度为g.下列说法中正确的是(  )

A
ab杆所受拉力F的大小为$\frac {B_L_v$_1$}{2R}$+μmg
B
cd杆所受摩擦力为零
C
回路中的电流强度为$\frac {BL(v$_1$+v$_2$)}{2R}$
D
μ与v$_1$大小的关系为μ=$\frac {2Rmg}{B_L_v$_1$}$

题目答案

AD

答案解析

分析:

当导体棒ab匀速向右运动时,切割磁感线,cd运动时不切割磁感线,在回路中产生感应电流,从而使导体棒ab受到水平向左的安培力.导体棒cd受到水平向右的安培力,使导体棒和轨道之间产生弹力,从而使cd受到向上的摩擦力,把力分析清楚,然后根据受力平衡求解.

解答:

解:A、导体切割磁感线时产生沿abdca方向的感应电流,大小为:I=$\frac {BLv$_1$}{2R}$①

导体ab受到水平向左的安培力,由受力平衡得:BIL+mgμ=F ②

导体棒cd运动时,在竖直方向受到摩擦力和重力平衡,有:f=BILμ=mg ③

联立以上各式解得:F=mgμ+$\frac {B_L_v$_1$}{2R}$,μ=$\frac {2Rmg}{B_L_v$_1$}$

故AD正确,BC错误.

故选AD.

点评:

本题是双杆类型,涉及电磁感应过程中的复杂受力分析,解决这类问题的关键是,根据法拉第电磁感应定律判断感应电流方向,然后根据安培定则或楞次定律判断安培力方向,进一步根据运动状态列方程求解.

多选题

(多选)如图,两平行金属导轨固定在水平面上,匀强磁场方向垂直导轨平面向下,金属棒ab、cd与导轨垂直构成闭合回路,且两棒都可沿导轨无摩擦滑动.用与导轨平行的水平恒力F向右拉cd棒,经过足够长时间以后(  )

A
两棒间的距离保持不变
B
两棒都做匀速直线运动
C
两棒都做匀加速直线运动
D
ab棒中的电流方向由b流向a

题目答案

CD

答案解析

分析:

若金属棒ab做匀速运动,所受的安培力为零,ab中电流为零,则知cd中电流也为零,而cd还受到F作用,cd将做匀加速运动.若两金属棒间距离保持不变,同理可知,cd将做匀加速运动,两棒间距离将增大.由此分析可知,两棒都做匀加速运动,加速度相同,cd的速度大于ab的速度,由楞次定律分析感应电流方向.

解答:

解:A、若两金属棒间距离保持不变,回路的磁通量不变,没有感应电流产生,两棒都不受安培力,则cd将做匀加速运动,两者距离将增大.所以自相矛盾,因此

两棒间的距离不可能保持不变.故A错误.

B、若金属棒ab做匀速运动,所受的安培力为零,ab中电流为零,则cd中电流也为零,cd不受安培力,而cd还受到F作用,cd将做匀加速运动.所以自相矛盾.故B错误.

C、当两棒的运动稳定时,两棒速度之差一定,回路中产生的感应电流一定,两棒所受的安培力都保持不变,一起以相同的加速度做匀加速运动,故C正确.

D、由于两者距离不断增大,穿过回路的磁通量增大,由楞次定律判断可知,金属棒ab上的电流方向是由b向a.故D正确.

故选:CD

点评:

本题的解题关键是分析两棒的运动情况,知道最终两棒都做匀加速直线运动,且加速度相同,本题回路中的感应电动势为E=BL△v,△v是两棒速度之差.

多选题

(多选)如图所示,相距为l,在足够长度的两条光滑平行导轨上,平行放置着质量和电阻均相同的两根滑杆ab和cd,导轨的电阻不计,磁感强度为B的匀强磁场的方向垂直于导轨平面竖直向下,开始时,ab和cd都处于静止状态,现ab杆上作用一个水平方向的恒力F,下列说法中正确的是(  )

A
cd向左运动
B
cd向右运动
C
ab和cd均先做变加速运动,后作匀速运动
D
ab和cd均先做变加速运动,后作匀加速运动

题目答案

BD

答案解析

分析:

分析导体运动切割磁感线时产生的电流,再根据产生的安培力进行分析,明确两棒受力情况,从而明确两棒的运动情况.

解答:

解:ab棒在外力作用下开始向右加速运动,由于切割磁感线将产生感应电动势,从而在回路中产生感应电流,ab受到向左的安培力;cd受到向右,将向右做加速运动,cd棒也切割磁感线产生感应电动势.开始时ab的加速度大于cd的加速度,随着两棒速度差值增大,回路中总的感应电动势增大,感应电流增大,两棒所受的安培力增大,ab的合力减小,cd的合力增大,则ab做加速度减小的加速运动,cd做加速度增大的加速运动,当加速度相等时一起做匀加速运动;故BD正确.

故选:BD

点评:

本题考查导体切割磁感线中的物体受力分析及运动分析,要明确安培力的方向判断,并掌握动力学在电磁感应中的应用.