高考物理模拟题分类训练(03期)专题15电学计算大题(教师版含解析).docx

专题15 电学计算大题1(2021届福建省福州市高三质检)如图所示，真空中，在两个同心圆所夹的环状区域存在(含边界)垂直于纸面向里磁感应强度为B的匀强磁场，两圆的半径分别为R和3R，圆心为O。质量为m、电荷量为q(q>0)的带粒子从大圆边缘的P点沿半径PO方向以不同的速度垂直射人磁场，粒子重力不计；(1)若粒子在磁场中运动轨迹所对的圆心角为120°，求粒子在磁场中运动速度大小v1和在磁场中运动的时间t1；(2)若粒子不能进入小圆内部区域，求粒子在磁场中运动的速度v2。【答案】(1)，；(2)【解析】(1)由图得由牛顿第二定律解得带电粒子在磁场中运动的周期带电粒子在磁场中运动的时间(2)设带电粒子进入小圆内部区域的最大速度为vm，对应半径rm解得rm=4R同理可得所以2(2021届福建省福州市高三质检)如图所示，质量为m1=0.50kg，带有q=6.0×10-4C正电荷的小物块，放在绝缘木板的左端；木板静止在水平面上，其质量M=0.25kg、长度L=9.5m，木板上表面右端与竖直面上光滑绝缘二分之一圆轨道的最低点A相平且相距L=6.0m；小物块与木板间的动摩擦因数为1=0.4，木板与地面间的动摩擦因数为2=0.2。质量为m2=0.05kg的绝缘弹丸以速度v0=50m/s沿水平方向射向小物块，与小物块相碰(碰撞时间极短)后弹丸以v=10m/s的速度大小反弹，然后小物块使木板从静止开始向右运动，当木板与竖直圆轨道AB碰撞立即锁住。在竖直面AB左侧空间存在电场强度为E=2.5×103V/m、方向水平向右的匀强电场。重力加速度g=10m/s2，不计空气阻力，求：(1)弹丸与小物块碰后小物块的速度大小；(2)小物块滑到圆轨道最低点A处的速度大小；(3)若圆弧半径为R=4m，物块m滑到圆轨道最低点A处时，电场强度变为原来的2倍，方向不变，竖直面AB左右侧空间均有电场，接下来物块m的运动情况以及在木板上经过的路程。【答案】(1)6m/s；(2)3m/s；(3)运动过程见解析，【解析】(1)设弹丸与物块碰撞后，物块得到向右滑行的速度为v1，由动量守恒定律可得解得v1=6m/s(2)电场力qE与地面摩擦力等值反向设物块和木板共速未滑下，共同速度为v2，由动量守恒定律得解得v2=4m/s设在此过程中物块运动的位移为x1，木板运动的位移为x2，由动能定理得对物块m：解得x1=10m对木板M：解得：x2=4m由于x2<L0，接下来木板和物块一起匀速运动到A处木板因碰撞静止，物块m到木板左端的距离为x3=L+x2-x1=3.5m设物块m滑到圆轨道最低点A处时速度为v3，由动能定理得解得：v3=3m/s(3)设物块m沿圆轨道上升到圆心等高处，由动能定理得解得Ek为负值，因此物块第一次滑上圆轨道不能到圆心等高处就滑回木板，由于电场力2qE大于木板对物块的摩擦力1m1g，物块先在圆轨道和木板来回滑动，直至最终在圆轨道上来回滑动，在A处速度为零。设物块m在木板上经过的路程为s，由动能定理得解得。3(2021届福建省福州一中高三模拟)如图所示，固定的光滑金属导轨间距为L，导轨电阻不计，上端a、b间接有阻值为R的电阻，导轨平面与水平面的夹角为，且处在磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中质量为m、电阻为r的导体棒与固定弹簧相连后放在导轨上初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有沿轨道向上的初速度v0整个运动过程中导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触已知弹簧的劲度系数为k，弹簧的中心轴线与导轨平行(1)求初始时刻通过电阻R的电流I的大小和方向；(2)当导体棒第一次回到初始位置时，速度变为v，求此时导体棒的加速度大小a；(3)导体棒最终静止时弹簧的弹性势能为Ep，求导体棒从开始运动直到停止的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q【答案】(1),方向为b到a；(2)(3)【分析】(1)棒向上运动切割磁感线，由E1=BLv0，求感应电动势，由欧姆定律求感应电流，根据右手定则判断感应电流的方向(2)当导体棒第一次回到初始位置时，速度变为v，棒产生的感应电动势为E2=BLv，再由欧姆定律求得感应电流，由F=BIL求出此时棒所受的安培力，根据牛顿第二定律就可以求出加速度(3)导体棒最终静止时，由胡克定律求出弹簧的被压缩长度x，对整个过程，运用能量守恒列式，可求出回路产生的总热量，再用串联关系求出R上产生的焦耳热Q【解析】(1)棒产生的感应电动势：通过R的电流大小：根据右手定则判断电流方向ba(2)棒产生的感应电动势为：感应电流：棒受到的安培力大小：方向沿斜面向上，根据牛顿第二定律，有：解得：(3)导体棒最终静止，有解得压缩量：设整个过程回路产生的焦耳热为Q0，根据功能关系，有解得：电阻R上产生的焦耳热：答：(1)初始时刻通过电阻R的电流，方向为b到a；(2)此时导体棒的加速度大小；(3)从开始运动直到停止的过程中，电阻R上产生的焦耳热4(2021届福建省厦门市高三质检)如图所示，足够长的光滑平行金属导轨所在平面与水平面成角，导轨间距两端之间接一阻值的定值电阻，金属棒与导轨垂直且接触良好，整个装置处于方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中。现在导轨上某一位置由静止释放金属棒，当其沿导轨向下运动一段距离后以的速率匀速下滑。已知金属棒的质量、阻值，下滑过程中金属棒始终与导轨垂直且接触良好，导轨电阻和空气阻力忽略不计，取重力加速度大小。求：(1)匀强磁场的磁感应强度大小；(2)在金属棒匀速下滑的过程中，定值电阻产生的热量。【答案】(1)；(2)【解析】(1)金属棒下滑切割磁感线，产生电动势，有，匀速则有联立解得(2)金属棒匀速下滑，则有联立解得。5(2021届广东省惠州市高三三调)如图甲所示，用粗细均匀的导线制成的一只单匝正方形金属框，现被一根绝缘丝线悬挂在竖直平面内处于静止状态，已知金属框的质量为m，边长L，金属框的总电阻为R，金属框的上半部分处在方向垂直框面向里的有界磁场中(磁场均匀分布)，下半部分在磁场外，磁场的磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示，丝线能承受的最大拉力为F，从t0时刻起，测得经过t0=5s，丝线刚好被拉断，金属框由静止开始下落。金属框在下落过程中上边框离开磁场前已开始做匀速直线运动，金属框始终在竖直平面内且未旋转，重力加速度为g，不计空气阻力。求：(1)0-5s内，金属框产生感应电流方向以及磁感应强度B0的大小；(2)金属框的上边框离开磁场前做匀速直线运动的速度v的大小。【答案】(1)；(2)【解析】(1)由楞次定律可知，05s时间内金属框中感应电流为逆时针方向；由法拉第电磁感应定律 感应电流大小为 5s时受到的安培力为 丝线刚好被拉断，则有F=F安+mg 联立解得 (2)由题意可知，5s后磁感应强度为B0不变。金属框在上边框离开磁场前做匀速运动，即有 金属框做匀速运动产生的感应电动势大小为 由闭合电路欧姆定律可得 解得 .6(2021届广东省江门市高三一模)如图所示，水平面上方左侧有一垂直水平面向下的匀强磁场，边长为L的正方形金属线框平放在水平面上，且bc边与磁场边界重合。现对线框施加垂直于水平方向大小为F的恒力使线框由静止开始运动，在线框的ad与磁场边界重合前线框已开始匀速运动且速度为v，已知线框的质量为m、电阻为R，线框与水平面间的动摩擦因数为，重力加速度为g，求：(1)线框加速度的最大值多大；(2)磁场的磁感应强度多大？【答案】(1)；(2)【解析】(1)线框刚开始运动时它的加速度最大，则有解得(2)匀速运动时，线框的感应电动势为感应电流为线框的安培力为由平衡条件可得联立解得7(2021届广东省六校高三联考)如图所示，是某同学设计的一种磁动力电梯的原理图，即在竖直平面内有两根很长的平行竖直金属轨道MN和PQ，轨道间有垂直轨道平面的匀强磁场，两导轨下端用导线相连。处于金属轨道间的导体杆ab与轨道垂直，且正下方通过绝缘装置固定电梯轿厢，当磁场向上运动时，电梯可向上运动(设运动过程中ab始终与导轨垂直且接触良好)。已知匀强磁场强度为B，电梯载人时电梯轿厢及ab杆的总质量为M，两导轨间的距离为L，导体杆电阻为R，其余部分电阻不计。当磁场以v0的速度匀速上升时，电梯轿厢刚好能离开地面。不计空气阻力，ab杆与轨道的最大静摩擦力大小与滑动摩擦力大小相等。重力加速度为g。求：(1)此时通过ab杆电流的方向及ab杆受到轨道摩擦力的大小；(2)当电梯匀速上升的速度大小为v1时，磁场向上匀速运动速度v2的大小。【答案】(1)由b指向a ； ；(2)v2=v0+v1【解析】(1)由右手定则可得电流方向是从b到a；磁场向上运动，相当于ab杆向下切割磁感线，感应电动势电梯轿厢刚好能离开地面，可得可得(2)当磁场向上匀速运动速度v2时，回路中感应电动势的大小稳定时，对电梯轿厢受力分析有可得8(2021届广东省名校联盟高三联考)小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示，两根平行金属导轨相距l0.50 m，倾角53°，导轨上端串接一个R0.05 的电阻在导轨间长d0.56 m的区域内，存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度B2.0 T质量m4.0 kg的金属棒CD水平置于导轨上，用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距s0.24 m一位健身者用恒力F80 N拉动GH杆，CD棒由静止开始运动，上升过程中CD棒始终保持与导轨垂直当CD棒到达磁场上边界时健身者松手，触发恢复装置使CD棒回到初始位置(重力加速度g10 m/s2，sin 53°0.8，不计其它电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的质量)求： (1)CD棒进入磁场时速度v的大小；(2)CD棒进入磁场时所受的安培力FA的大小；(3)在拉升CD棒的过程中，健身者所做的功W和电阻产生的焦耳热Q.【答案】(1)2.4m/s(2)48N(3)64J；26.88J【解析】(1)由牛顿第二定律：进入磁场时的速度：(2)感应电动势：感应电流：安培力：代入得：(3)健身者做功：由牛顿定律：CD棒在磁场区做匀速运动在磁场中运动时间：焦耳热：9(2021届河北省衡水中学高三四调)如图所示，在倾角为的斜面上，固定有间距为的平行金属导轨，现在导轨上垂直导轨放置一质量为的金属棒ab，整个装置处于垂直导轨平面斜向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为，导轨与电动势为，内阻为的电源连接，金属棒如与导轨间的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为，金属棒和导轨电阻不计，现闭合开关S，发现滑动变阻器接入电路阻值为0时，金属棒不能静止。(1)判断金属棒所受的安培力方向；(2)求使金属棒在导轨上保持静止时，滑动变阻器接入电路的最小阻值R1和最大阻值R2。【答案】(1)平行于斜面向上；(2)47，239【解析】(1)由左手定则可判断金属棒所受安培力的方向平行于斜面向上(2)当R最小时，金属棒所受安培力为最大值F1，所受的摩擦力为最大静摩擦力，方向平行斜面向下，则由闭合电路欧姆定律有安培力联立以上各式解得滑动变阻器R的最小值为当R最大时，金属棒所受安培力为最小值F2，所受的摩擦力为最大静摩擦力，方向平行斜面向上，同理可得由闭合电路欧姆定律有安培力联立以上各式解得滑动变阻器R的最大值为.10(2021届河北省衡水中学高三四调)如图所示，光滑绝缘水平地面上相距2L的A、B两点固定有两个电量均为Q的正点电荷，a、O、b是AB连线上的三点，且O为中点，O点的电势规定为零，即，另一质量为m、电量为q的点电荷以初速度从a点出发，沿AB连线向B运动，在运动过程中电荷受到的阻力满足，但f为未知量，当它运动到O点时，动能为初动能的4.5倍，到b点时速度刚好为零。求：(1)a点的场强大小；(2)a点的电势；(3)电荷q最终静止在O点，求电荷q在电场中运动的总路程。【答案】(1)；(2)；(3)5L【解析】(1)设a点的电场强度为E，则方向向右(指向B)。(2)由对称分析可知，a、b两点的电势相等，即，且，设电荷q在运动中所受的阻力为f，由动能定理得当电荷由a运动到O点时，有当电荷由a运动到b点时，有，联立各式解得(2)电荷最终静止在O点，设由运动到最后静止所通过的路程为S，则联立各式解得。11(2021届河北省唐山市高三一模)如图所示为一研究导体棒在磁场中运动的装置。两平行光滑金属轨道倾角为30°，导轨间距d=1m。导轨上端通过单刀双掷开关可以分别与1、2相连，其中1连接光电管，2连接一个电容C=0.25F的电容器。两平行导轨间存在着垂直于轨道平面向上的匀强有界磁场，磁感应强度B=IT，磁场长度DE=1m。现利用光电管把光信号转换为电信号，A和K分别是光电管的阳极和阴极，电源电压为U。用发光功率为P的激光器发出频率为的光全部照射在K上，开关与1接通，回路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e。初始时导体棒恰好能静止在磁场上边缘D处，导体棒垂直导轨放置，各处电阻均不计，重力加速度取10m/s2。求：(1)光电子到达A时的最大动能Ekm；(答案用字母表示)(2)假设每个入射的光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到达A，激光器发光功率P=13.26w，=6.4×1014Hz、H=6.63×10-34J·S、e=1.6×10-19C，求导体棒的质量m；(3)把开关快速搬到位置2，导体棒向下运动起来，在运动过程中始终与导轨垂直，求导体棒运动到E处时的速度大小。【答案】(1)；(2)；(3)【解析】(1)根据光电效应方程可知逸出的电子在电场中加速向A运动，根据动能定理联立解得(2)每秒钟到达K极的光子数量为n，则每秒钟逸出电子个数为n个，则回路的电流强度得，由平衡条件知，初始时刻解得(3)开关拨向2后，导体棒开始在磁场中运动，当速度为v时，由牛顿运动定律得由满足联立代入数据可解得所以从D到E处做匀加速运动=。12(2021届河北省张家口高三一模)如图所示，间距的平行且足够长的导轨由倾斜、水平两部分组成，倾斜部分倾角，在倾斜导轨顶端连接一阻值的定值电阻，质量的金属杆垂直导轨放置且始终接触良好，并在整个区域加一垂直于倾斜轨道所在斜面向下、磁感应强度的匀强磁场.现让金属杆从距水平面高度处由静止释放，金属杆在倾斜导轨上先加速再匀速运动，然后进入水平导轨部分，再经过位移速度减为零.已知金属棒与导轨间的动摩擦因数，导轨与金属杆的电阻不计，金属棒在导轨两部分衔接点机械能损失忽略不计，重力加速度.求：(1)金属杆匀速运动时的速度大小；(2)金属杆在倾斜导轨运动阶段，通过电阻R的电量和电阻R产生的焦耳热；(3)金属杆水平导轨上运动时所受摩擦力的冲量大小.【答案】(1) ；(2)2C， ；(3)【解析】(1) 金属杆匀速运动时合力为零： ，解得：(2) 通过电阻R的电量：解得：根据能量守恒，电阻R产生的焦耳热解得：(3)根据动量定理且解得：