题型探究课(二)电磁感应中的动力学和能量问题1.(2019·上海闵行调研)如图所示,纸面内有一矩形导体闭合线框abcd,ab边长大于bc边长.从置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外,线框两次匀速地完全进入磁场,两次速度大小相同,方向均垂直于MN.第一次ab边平行MN进入磁场,线框上产生的热量为Q1,通过线框导体横截面的电荷量为q1;第二次bc边平行MN进入磁场,线框上产生的热量为Q2,通过线框导体横截面的电荷量为q2,则()A.Q1>Q2q1=q2B.Q1>Q2q1>q2C.Q1=Q2q1=q2D.Q1=Q2q1>q2解析:选A.设ab和bc边长分别为L1、L2,线框电阻为R,若假设穿过磁场区域的时间为t.通过线框导体横截面的电荷量q=It==,因此q1=q2.线框上产生的热量为Q,第一次:Q1=BL1I1L2=BL1L2,同理可以求得Q2=BL2I2L1=BL2L1,由于L1>L2,则Q1>Q2,故A正确.2.如图所示,质量均为m的金属棒ab、cd与足够长的水平金属导轨垂直且接触良好,两金属棒与金属导轨间的动摩擦因数为μ,磁感应强度为B的匀强磁场的方向竖直向下.则ab棒在恒力F=2μmg作用下向右运动的过程中,有()A.安培力对ab棒做正功B.安培力对cd棒做正功C.ab棒做加速度逐渐减小的加速运动,最终匀速运动D.cd棒做加速度逐渐减小的加速运动,最终匀速运动解析:选C.对于ab棒,因为F=2μmg>μmg,所以从静止开始加速运动,ab棒运动会切割磁感线产生感应电流,从而使ab棒受到一个向左的安培力,这样加速度会减小,最终会做匀速运动;而cd棒所受到的最大安培力与摩擦力相同,所以总保持静止状态,即安培力对ab棒做负功,对cd棒不做功,所以选项C正确,A、B、D错误.3.如图所示,足够长的金属导轨竖直放置,金属棒ab、cd均通过棒两端的环套在金属导轨上.虚线上方有垂直纸面向里的匀强磁场,虚线下方有竖直向下的匀强磁场,两匀强磁场的磁感应强度大小均为B.ab、cd棒与导轨间动摩擦因数均为μ,两棒总电阻为R,导轨电阻不计.开始两棒静止在图示位置,当cd棒无初速释放时,对ab棒施加竖直向上的力F,沿导轨向上做匀加速运动.则下列说法中错误的是()A.ab棒中的电流方向由b到aB.cd棒先加速运动后匀速运动C.cd棒所受摩擦力的最大值大于cd棒的重力D.力F做的功等于两棒产生的电热、摩擦生热与增加的机械能之和解析:选B.ab向上运动的过程中,穿过闭合回路abdc的磁通量增大,根据楞次定律可得ab棒中的感应电流方向为b→a,故A正确;cd棒中感应电流由c到d,其所在的区域有向下磁场,所受的安培力向里,cd棒所受的摩擦力向上.ab棒做加速直线运动,速度增大,产生的感应电流增加,cd棒所受的安培力增大,对导轨的压力增大,则滑动摩擦力增大,摩擦力先小于重力,后大于重力,所以cd棒先加速运动后减速运动,最后停止运动,故B错误;因安培力增加,cd棒受摩擦力的作用一直增加,会大于重力,故C正确;根据动能定理可得WF-Wf-W安培-WG=mv2-0,力F所做的功应等于两棒产生的电热、摩擦生热与增加的机械能之和,故D正确.4.(多选)如图所示,两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计.两质量、长度均相同的导体棒c、d置于边界水平的匀强磁场上方同一高度h处.磁场宽为3h,方向与导轨平面垂直.先由静止释放c,c刚进入磁场立即匀速运动,此时再由静止释放d,两导体棒与导轨始终保持良好接触.用ac表示c的加速度,Ekd表示d的动能,xc、xd分别表示c、d相对释放点的位移.下图中正确的是()解析:选BD.导体棒c落入磁场之前做自由落体运动,加速度恒为g,有h=gt2,v=gt,c棒进入磁场以速度v做匀速直线运动时,d棒开始做自由落体运动,与c棒做自由落体运动的过程相同,此时c棒在磁场中做匀速直线运动的路程为h′=vt=gt2=2h,d棒进入磁场而c棒还没有穿出磁场的过程,无电磁感应现象,两导体棒仅受到重力作用,加速度均为g,直到c棒穿出磁场,B正确;c棒穿出磁场后,d棒切割磁感线产生电动势,在回路中产生感应电流,因此时d棒速度大于c棒进入磁场时切割磁感线的速度,故电动势、电流、安培力都大于c棒刚进入磁场时的大小,d棒减速,直到穿出磁场仅受重力,做匀加速运动,结合匀变速直线运动v2-v=2gh,可知加速过程动能与路程成正比,D正确.5.(多...