易錯點25 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題-備戰(zhàn)2022年高考物理典型易錯題辨析與精練（解析版）

這是一份易錯點25 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題-備戰(zhàn)2022年高考物理典型易錯題辨析與精練（解析版），共16頁。試卷主要包含了電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題，電磁感應(yīng)中的能量問題等內(nèi)容，歡迎下載使用。
易錯點25 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題易錯總結(jié)以及解題方法一、電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題電磁感應(yīng)問題往往與力學(xué)問題聯(lián)系在一起，處理此類問題的基本方法是：(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動勢的大小和方向．(2)用閉合電路歐姆定律求回路中感應(yīng)電流的大小．(3)分析導(dǎo)體的受力情況(包括安培力)．(4)列動力學(xué)方程(a≠0)或平衡方程(a＝0)求解．二、電磁感應(yīng)中的能量問題1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化2．焦耳熱的計算(1)電流恒定時，根據(jù)焦耳定律求解，即Q＝I2Rt.(2)感應(yīng)電流變化，可用以下方法分析：①利用動能定理，求出克服安培力做的功W安，即Q＝W安．②利用能量守恒定律，焦耳熱等于其他形式能量的減少量．【易錯跟蹤訓(xùn)練】  易錯類型：分析綜合能力欠缺1．（2021·全國）如圖所示，寬為a的矩形金屬導(dǎo)線框，從圖示位置由靜止開始下落，通過一寬度為的水平勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直于線框平面。從線框下邊進(jìn)入磁場區(qū)域到線框上邊離開磁場區(qū)域的過程中（　?。?/span>A．線框中一直有感應(yīng)電流B．線框受安培力時安培力的方向總是豎直向上C．線框可能一直做勻速直線運動D．線框可能一直做勻減速直線運動【答案】B【詳解】ACD．因b<a，則當(dāng)從線圈的下邊出離磁場的下邊緣，到線圈的上邊進(jìn)入磁場的上邊緣的過程中，穿過線圈的磁通量不變，線框中無感應(yīng)電流產(chǎn)生，此過程中線圈也不受安培力作用，只受重力作用而做加速運動，則線框不可能一直做勻速或者一直勻減速運動，選項ACD錯誤；B．當(dāng)線圈的下邊進(jìn)入磁場向下運動時，下邊受向上的安培力；當(dāng)線圈的上邊在磁場中向下運動時受安培力也向上，則線框受安培力的方向總是豎直向上，選項B正確；故選B。2．（2021·全國高三專題練習(xí)）如圖所示，兩平行傾斜軌道ab和cd為兩根相同的電阻絲，每根電阻絲的電阻與到上端距離的平方根成正比，即R=k（k為常數(shù)），電阻絲平行固定成與地面成θ角，兩電阻絲之間的距離為L，上端用電阻不計的導(dǎo)線相連。有一根質(zhì)量為m、電阻不計的金屬棒跨接在兩軌道上，與軌道接觸良好，且無摩擦，空間存在垂直軌道向下的勻強磁場，磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，從最上端放開金屬棒后發(fā)現(xiàn)通過金屬棒的電流不變，重力加速度為g，下列判斷不正確的是（　?。?/span>A．金屬棒一直做勻加速運動B．可求出經(jīng)過時間t時金屬棒產(chǎn)生的電動勢C．可求出經(jīng)過時間t內(nèi)流經(jīng)金屬棒的電荷量D．不可求出金屬棒下降h過程中電阻絲產(chǎn)生的焦耳熱【答案】D【詳解】A．由題意可知通過金屬棒的電流恒定，則金屬棒受到沿傾斜軌道向上的安培力FA=BIL大小恒定，金屬棒的加速度a=恒定，可知金屬棒做初速度為0的勻加速直線運動，A項正確，不符合題意；B．經(jīng)過時間t，金屬棒下滑的距離x=at2速度v=at金屬棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=Blat電路中的電流I=而R總=2k=kt解得I=恒定，金屬棒的加速度a=聯(lián)立解得a和I，根據(jù)速度公式可知金屬棒的速度v=at金屬棒切割磁感線產(chǎn)生的電動勢E=BLv可求得E，B項正確，不符合題意；C．電流I恒定，根據(jù)q=It可求電荷量，C項正確，不符合題意；D．金屬棒下降h，可求時間t0=金屬棒下滑過程中產(chǎn)生的熱功率P=I2R總=I2kt金屬棒下滑h過程中每根電阻絲產(chǎn)生的焦耳熱Q=×t0可求焦耳熱，D項錯誤，符合題意。故選D。3．（2020·上海市青浦高級中學(xué)高三期末）如圖所示，一金屬線圈用絕緣細(xì)線掛于O點，O點正下方有有界水平勻強磁場，磁場寬度大于線圈直徑。拉直細(xì)線，將線圈拉離平衡位置由磁場外靜止釋放，線圈擺動過程中經(jīng)過磁場區(qū)域，若不計空氣阻力，則（　?。?/span>A．線圈向右穿過磁場后，還能擺至原來釋放時的高度B．只有在進(jìn)入磁場過程中，線圈中才有感應(yīng)電流C．在擺動過程中，線圈中始終有感應(yīng)電流D．線圈最終將在磁場中來回擺動【答案】D【詳解】線圈在進(jìn)入和穿出磁場的過程中，線圈中的磁通量發(fā)生變化，在線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，完全進(jìn)入后，磁通量不變，沒有感應(yīng)電流。有感應(yīng)電流時，機械能向電能轉(zhuǎn)化，所以穿出磁場后，不能回到釋放點的高度。最終線圈在磁場中來回擺動，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，機械能守恒。故選D。4．（2020·全國）兩根相互平行的金屬導(dǎo)軌水平放置于如圖所示的勻強磁場中，在導(dǎo)軌上與導(dǎo)軌接觸良好的導(dǎo)體棒AB和CD可以自由滑動。當(dāng)AB在外力F作用下向右運動時，下列說法中正確的是（　　）A．導(dǎo)體棒CD內(nèi)有電流通過，方向是D→CB．導(dǎo)體棒CD內(nèi)有電流通過，方向是C→DC．磁場對導(dǎo)體棒CD的作用力向左D．磁場對導(dǎo)體棒AB的作用力向右【答案】B【詳解】兩個導(dǎo)體棒與兩根金屬導(dǎo)軌構(gòu)成閉合回路，AB向右運動，閉合回路磁通量增加，由楞次定律“增反減同”判斷回路中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向相反，再根據(jù)右手螺旋定則可知感應(yīng)電流的方向為B→A→C→D→B。再根據(jù)左手定則，判定導(dǎo)體棒CD受到的磁場力向右，AB受到的磁場力向左。故選B。5．（2021·全國高三專題練習(xí)）如圖所示，水平放置的平行金屬導(dǎo)軌，相距L=0.50m，左端接一電阻R=0.20，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=0.30T，方向垂直于導(dǎo)軌所在平面，導(dǎo)體棒ab垂直放在導(dǎo)軌上，并能無摩擦地沿導(dǎo)軌滑動，導(dǎo)體棒的電阻r=0.10Ω，導(dǎo)軌電阻忽略不計，當(dāng)以6.0m/s的速度水平向右勻速滑動時，則（　?。?/span>A．電阻R兩端的電壓為0.90VB．導(dǎo)體棒b端電勢高C．回路中感應(yīng)電流的大小為3.0AD．維持導(dǎo)體棒ab做勻速運動的水平外力F的大小為0.90N【答案】C【詳解】A.有法拉第電磁感應(yīng)定律可得電阻R兩端的電壓，由閉合電路歐姆定律可得A錯誤；B．由右手定則可得，電流從導(dǎo)體棒a端經(jīng)過電阻R回到導(dǎo)體棒b端，因此導(dǎo)體棒a端的電勢較高，B錯誤；C．由閉合電路歐姆定律可得C正確；D．，由共點力平衡條件可得：維持導(dǎo)體棒ab做勻速運動的水平外力F的大小為0.45N，D錯誤；故選C。6．（2020·全國高三專題練習(xí)）如圖所示，金屬桿a在高為h處從靜止開始沿弧形軌道下滑，導(dǎo)軌平行的水平部分有豎直向下的勻強磁場，水平部分導(dǎo)軌上原來放有一根金屬桿b，兩桿質(zhì)量相同，水平導(dǎo)軌足夠長，不計摩擦，關(guān)于兩桿最終的運動狀態(tài)，下列說法正確的是（　　）A．兩桿的速度均為 B．兩桿的速度均為C．桿a靜止，桿b的速度為 D．桿a靜止，桿b的速度為【答案】A【詳解】a下滑h過程中機械能守恒解得a進(jìn)入磁場后，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，a、b都受安培力作用，a作減速運動，b作加速運動，經(jīng)一段時間，a、b速度達(dá)到相同，之后回路的磁通量不發(fā)生變化，感應(yīng)電流為零，安培力為零，二者勻速運動，勻速運動的速度即為a、b的最終速度，設(shè)為v，由過程中a、b系統(tǒng)所受合外力為零，動量守恒得mv0＝(m+m)v解得最終速度 故選A。7．（2021·南京市雨花臺中學(xué)高三月考）如圖，垂直紙面的正方形勻強磁場區(qū)域內(nèi)，有一位于紙面的正方形導(dǎo)體框，現(xiàn)將導(dǎo)體框分別朝兩個方向以、3v速度勻速拉出磁場，則導(dǎo)體框從兩個方向移出磁場的兩個過程中（　?。?/span>A．導(dǎo)體框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相反B．導(dǎo)體框邊兩端電勢差之比為1∶3C．導(dǎo)體框中產(chǎn)生的焦耳熱之比為1∶3D．通過導(dǎo)體框截面的電荷量之比為1∶3【答案】B【詳解】A．將線框拉出磁場的過程中，穿過線框的磁通量都減小，由楞次定律判斷出感應(yīng)電流的方向都沿順時針方向，方向相同，故A不符合題意；B．設(shè)正方形的邊長為L，線框以v運動時，dc邊中感應(yīng)電動勢為E1=BLvad邊兩端電勢差為線框以3v運動時，ad邊中感應(yīng)電動勢為E2=3BLvad邊兩端電勢差為導(dǎo)體框邊兩端電勢差之比為U1:U2=1:3故B符合題意；C．線框以v運動時，產(chǎn)生的焦耳熱為線框以3v運動時，產(chǎn)生的焦耳熱為導(dǎo)體框中產(chǎn)生的焦耳熱之比為Q1:Q2=3:1故C不符合題意；D．將線框拉出磁場的過程中，穿過線框的磁通量的變化量相同，根據(jù)推論得知，通過導(dǎo)體框截面的電荷量相同，故D不符合題意。故選B。8．（2021·北京高考真題）如圖所示，在豎直向下的勻強磁場中，水平U型導(dǎo)體框左端連接一阻值為R的電阻，質(zhì)量為m、電阻為r的導(dǎo)體棒ab置于導(dǎo)體框上。不計導(dǎo)體框的電阻、導(dǎo)體棒與框間的摩擦。ab以水平向右的初速度v0開始運動，最終停在導(dǎo)體框上。在此過程中 （　?。?/span>A．導(dǎo)體棒做勻減速直線運動 B．導(dǎo)體棒中感應(yīng)電流的方向為C．電阻R消耗的總電能為 D．導(dǎo)體棒克服安培力做的總功小于【答案】C【詳解】AB．導(dǎo)體棒向右運動，根據(jù)右手定則，可知電流方向為b到a，再根據(jù)左手定則可知，導(dǎo)體棒向到向左的安培力，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，可得產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為感應(yīng)電流為故安培力為根據(jù)牛頓第二定律有可得隨著速度減小，加速度不斷減小，故導(dǎo)體棒不是做勻減速直線運動，故AB錯誤；C．根據(jù)能量守恒定律，可知回路中產(chǎn)生的總熱量為因R與r串聯(lián)，則產(chǎn)生的熱量與電阻成正比，則R產(chǎn)生的熱量為故C正確；D．整個過程只有安培力做負(fù)功，根據(jù)動能定理可知，導(dǎo)體棒克服安培力做的總功等于，故D錯誤。故選C。9．（2021·湖北省武漢市漢鐵高級中學(xué)高三月考）由相同材料的導(dǎo)線繞成邊長相同的甲、乙兩個正方形閉合線圈，兩線圈的質(zhì)量相等，但所用導(dǎo)線的橫截面積不同，甲線圈的匝數(shù)是乙的2倍?，F(xiàn)兩線圈在豎直平面內(nèi)從同一高度同時由靜止開始下落，一段時間后進(jìn)入一方向垂直于紙面的勻強磁場區(qū)域，磁場的上邊界水平，如圖所示。不計空氣阻力，已知下落過程中線圈始終平行于紙面，上、下邊保持水平。在線圈下邊進(jìn)入磁場后且上邊進(jìn)入磁場前，可能出現(xiàn)的是（　?。?/span>A．甲和乙都加速運動或減速運動B．甲和乙做什么運動與線圈的橫截面積和匝數(shù)有關(guān)C．甲加速運動，乙減速運動D．甲減速運動，乙加速運動【答案】A【詳解】設(shè)線圈到磁場的高度為h，線圈的邊長為l，則線圈下邊剛進(jìn)入磁場時，有感應(yīng)電動勢為兩線圈材料相等（設(shè)密度為），質(zhì)量相同（設(shè)為），則設(shè)材料的電阻率為，則線圈電阻感應(yīng)電流為安培力為由牛頓第二定律有聯(lián)立解得加速度和線圈的匝數(shù)、橫截面積無關(guān)，則甲和乙進(jìn)入磁場時，具有相同的加速度。當(dāng)時，甲和乙都加速運動，當(dāng)時，甲和乙都減速運動，當(dāng)時都勻速。BCD錯誤，A正確。故選A。10．（2021·江蘇省前黃高級中學(xué)高三月考）如圖，間距為的足夠長平行導(dǎo)軌固定在水平面上，導(dǎo)軌左端接阻值為的電阻。導(dǎo)軌之間有豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為。一質(zhì)量為的金屬桿從左側(cè)水平向右以的速度進(jìn)入磁場，在水平外力控制下做勻減速運動，后速度剛好減為零。桿與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為0.1，忽略桿與導(dǎo)軌的電阻，重力加速度g取。桿從進(jìn)入磁場到靜止過程中，下列說法正確的是（　?。?A．通過電阻的電荷量為1C B．整個過程中安培力做功為C．整個過程中水平外力做功為零 D．水平外力對金屬桿的沖量大小為0.5N·s【答案】D【詳解】A．導(dǎo)體棒在磁場中運動的位移為通過電阻的電荷量為故A錯誤；BC．根據(jù)動能定理得因為外力做功無法確定，所以安培力做功也無法確定，故BC錯誤；D．根據(jù)動量定理得結(jié)合解得D正確。故選D。11．（2021·運城市新康國際實驗學(xué)校高三月考）如圖所示，Ⅰ、Ⅱ兩條虛線之間存在勻強磁場，磁場方向與豎直紙面垂直。一個質(zhì)量為m、邊長為L的正方形導(dǎo)體框，在此平面內(nèi)沿豎直方向運動，t=0時刻導(dǎo)體框的上半部分恰好進(jìn)入磁場，速度為v0。經(jīng)歷一段時間后，當(dāng)導(dǎo)體框上半部分恰好出磁場時，速度為零。此后導(dǎo)體框下落，再經(jīng)歷一段時間到達(dá)初始位置。已知重力加速度為g，則關(guān)于導(dǎo)體框說法不正確的是（　　）A．上升過程中的加速度一直大于gB．上升過程中的時間比下落過程中的少C．上升過程中安培力做的功比下落過程中的多D．上升過程中電阻消耗的電能比下落過程中的大【答案】A【詳解】A．整個導(dǎo)體框在磁場內(nèi)上升過程中只受重力作用，則其加速度等于g，選項A錯誤，符合題意；B．上升過程經(jīng)過磁場邊界時，受向下的安培力，則加速度大于g；下降過程經(jīng)過磁場邊界時，受向上的安培力，則加速度小于g；上升下降的位移大小相等，可知在上升過程中的時間比下落過程中的少，選項B正確，不符合題意。C．根據(jù)能量守恒定律可知，線框經(jīng)過同一位置時：上升的速率大于下降的速率，上升過程的安培力大小較大，而位移大小相等，所以上升過程中比下降過程中克服安培力做的功多，選項C正確，不符合題意。D．因克服安培力做功等于產(chǎn)生的電能，可知在上升過程中電阻消耗的電能比下落過程中的大，選項D正確，不符合題意。故選A。12．（2021·貴州高三）如圖，一足夠長通電直導(dǎo)線固定在光滑水平面上，質(zhì)量是的硬質(zhì)金屬環(huán)在該平面上運動，初速度大小為、方向與導(dǎo)線的夾角為，則該金屬環(huán)最終（　?。?/span>A．做曲線運動，環(huán)中最多能產(chǎn)生0.08J的電能B．靜止在平面上，環(huán)中最多能產(chǎn)生的電能C．做勻加速直線運動，環(huán)中最多能產(chǎn)生的電能D．做勻速直線運動，環(huán)中最多能產(chǎn)生的電能【答案】D【詳解】金屬環(huán)在向右上方運動過程中，通過金屬環(huán)的磁通量減少，根據(jù)楞次定律可知金屬環(huán)受到的安培力會阻礙金屬環(huán)的運動，直到金屬環(huán)磁通量不發(fā)生變化，即沿著導(dǎo)線的方向運動時，金屬環(huán)不再受到安培力的作用，此時金屬環(huán)將沿導(dǎo)線方向做勻速直線運動，金屬環(huán)只具有豎直方向的速度，根據(jù)速度合成與分解規(guī)律可知金屬環(huán)最終做勻速直線運動的速度為根據(jù)能量守恒定律可得，金屬環(huán)中產(chǎn)生的電能為所以D正確；ABC錯誤；故選D。13．（2021·新疆烏魯木齊·高三）如圖所示，有兩根足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間的距離為d，導(dǎo)軌所在空間存在豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，兩根質(zhì)量相同的金屬桿1、2間隔一定的距離擺放在導(dǎo)軌上?，F(xiàn)使桿1以初速度v0開始向右運動，兩桿在運動過程中不會相撞且始終與導(dǎo)軌垂直并接觸良好。已知桿1、2的電阻均為R，導(dǎo)軌的電阻及空氣阻力均忽略不計。當(dāng)桿1的速度為時，求∶（1）桿2的速度大??；（2）桿2受到的安培力大小和整個回路中的瞬時電功率。【答案】(1)；(2)，【詳解】(1)以水平向右為正方向，金屬桿1、2組成的系統(tǒng)水平方向受力平衡，可用動量守恒定律解得(2)回路中的電動勢為總電流為桿2受到的安培力大小為整個回路中的瞬時電功率為14．（2021·北京人大附中高三）如圖所示，足夠長的光滑軌道水平放置，導(dǎo)軌間距L=0.5m，軌道左端c、d接電阻R=0.4Ω，磁感應(yīng)強度B=1T的勻強磁場垂直于軌道平面。質(zhì)量m=2kg、電阻r=0.1Ω的導(dǎo)體棒ab，t=0時刻獲得方向沿軌道向右、大小v=5m/s的瞬時速度。棒ab與軌道接觸良好，不計軌道的電阻，求：（1）t=0時刻棒ab受到的安培力大小；（2）t=0時刻棒ab兩端的電壓U；（3）從棒ab獲得瞬時速度至停止的過程中，棒ab中產(chǎn)生的內(nèi)能Q。【答案】（1）2.5N；（2）2V；（3）5J【詳解】(1)回路中的感應(yīng)電流為=5A棒ab受到的安培力大小為=2.5N(2)導(dǎo)體棒切割磁感應(yīng)線產(chǎn)生的電動勢E=BLv導(dǎo)體棒ab兩端電壓解得U=2V(3)棒ab獲得瞬時速度至停止的過程中，回路中產(chǎn)生的總內(nèi)能為棒ab中產(chǎn)生的內(nèi)能解得Q=5J15．（2021·全國高三專題練習(xí)）如圖所示，金屬導(dǎo)軌水平放置，寬為L=0.50m，電阻不計。在導(dǎo)軌間長d=0.8m的區(qū)域內(nèi)，存在方向垂直于導(dǎo)軌平面向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B=2.0T。質(zhì)量m=4.0kg、電阻R0=0.05Ω的金屬棒CD水平置于導(dǎo)軌上，與軌道之間的動摩擦因數(shù)為0.25，初始位置與磁場區(qū)域的左邊界相距x=0.2m，用一根輕質(zhì)絕緣的細(xì)繩水平繞過定滑輪與CD棒相連?，F(xiàn)用一個恒力F=50N豎直向下作用于細(xì)繩A端，CD棒由靜止開始運動，運動過程中CD棒始終保持與導(dǎo)軌垂直，g取10m/s2。求：（1）CD棒剛進(jìn)入磁場時所受的安培力的大??；（2）CD棒通過磁場的過程中通過其橫截面的電荷量q；（3）CD棒在磁場中運動的過程中電路中所產(chǎn)生的焦耳熱Q。【答案】（1）40N；（2）16C；（3）32J【詳解】（1）金屬棒進(jìn)入磁場前做勻加速直線運動，由牛頓第二定律得F－μmg=ma解得a=10m/s2由運動學(xué)公式得v2=2ax解得v=2m/s感應(yīng)電動勢E=BLv感應(yīng)電流I=安培力F安=BIL聯(lián)立解得I=40AF安=40N（2）CD棒通過磁場的過程中通過其橫截面的電荷量 解得q=16C（3）金屬棒進(jìn)入磁場后，滿足F=μmg＋F安金屬棒所受合力為零，可知金屬棒在磁場中做勻速直線運動，電路中電流為恒定電流I=40A金屬棒在磁場中運動所用時間t==0.4s由焦耳定律得Q=I2R0t=32J16．（2021·福建莆田市·莆田二中高三月考）如圖所示，垂直于紙面的勻強磁場磁感應(yīng)強度為B。紙面內(nèi)有一正方形均勻金屬線框abcd，其邊長為L，總電阻為R，ab邊與磁場邊界平行。線框在向右的拉力作用下以速度v勻速進(jìn)入磁場。從ab邊剛進(jìn)入磁場直至cd邊剛要進(jìn)入磁場的過程中，求：（1）金屬線框中的感應(yīng)電流I的大小和方向；（2）金屬線框產(chǎn)生的焦耳熱Q。【答案】（1），逆時針方向；（2）【詳解】（1）ab邊切割磁感線產(chǎn)生電動勢根據(jù)閉合電路歐姆定律解得根據(jù)右手定則可判斷，電流方向沿adcba（或逆時針方向）（2）根據(jù)焦耳定律其中代入解得