电磁感应经典高考题综合1中学教育高考_中学教育-高考.pdf
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1、 1 高考电磁感应经典试题(精选)专题训练 1.(2013 全国新课标理综 1 第 25 题)如图,两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为,间距为L。导轨上端接有一平行板电容器,电容为 C。导轨处于匀强磁场中,磁感应强度大小为 B,方向垂直于导轨平面。在导轨上放置一质量为 m的金属棒,棒可沿导轨下滑,且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触。已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为,重力加速度大小为 g。忽略所有电阻。让金属棒从导轨上端由静止开始下滑,求:(1)电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系;(2)金属棒的速度大小随时间变化的关系。2.(2012上海物理)如图,质量为M的足够长金属导轨
2、abcd放在光滑的绝缘水平面上。一电阻不计,质量为m的导体棒PQ放置在导轨上,始终与导轨接触良好,PQbc构成矩形。棒与导轨间动摩擦因数为,棒左侧有两个固定于水平面的立柱。导轨bc段长为L,开始时PQ左侧导轨的总电阻为R,右侧导轨单位长度的电阻为R0。以ef为界,其左侧匀强磁场方向竖直向上,右侧匀强磁场水平向左,磁感应强度大小均为B。在t=0 时,一水平向左的拉力F垂直作用在导轨的bc边上,使导轨由静止开始做匀加速直线运动,加速度为a。(1)求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式;(2)经过多长时间拉力F达到最大值,拉力F的最大值为多少(3)某过程中回路产生的焦耳热为Q,导轨克服摩擦力
3、做功为W,求导轨动能的增加量。2 3.(22 分)(2012浙江理综)为了提高自行车夜间行驶的安全性,小明同学设计了一种“闪烁”装置。如图所示,自行车后轮由半径 r1=10-2m的金属内圈、半径 r2=的金属外圈和绝缘幅条构成。后轮的内、外圈之间等间隔地接有 4 根金属条,每根金属条的中间均串联有一电阻值为 R的小灯泡。在支架上装有磁铁,形成了磁感应强度B=、方向垂直纸面向外的“扇形”匀强磁场,其内半径为 r1、外半径为 r2、张角=/6。后轮以角速度 =2rad/s 相对于转轴转动。若不计其它电阻,忽略磁场的边缘效应。(1)当金属条ab进入“扇形”磁场时,求感应电动势 E,并指出ab上的电流
4、方向;(2)当金属条ab进入“扇形”磁场时,画出“闪烁”装置的电路图;(3)从金属条ab进入“扇形”磁场时开始,经计算画出轮子一圈过程中,内圈与外圈之间电势差Uab随时间t变化的Uab-t图象;(4)若选择的是“、”的小灯泡,该“闪烁”装置能否正常工作有同学提出,通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径r2、角速度和张角 等物理量的大小,优化前同学的设计方案,请给出你的评价。4.(2011 海南物理)如图,ab 和 cd 是两条竖直放置的长直光滑金属导轨,MN和MN是两根用细导轨上端接有一平行板电容器电容为导轨处于匀强磁场中磁感应强度大小为方向垂直于导轨平面在导轨上放置一质量为的金属棒棒可沿导轨下滑
5、且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为重力的关系金属棒的速度大小随时间变化的关系上海物理如图质量为的足够长金属导轨放在光滑的绝缘水平面上一电阻不计质量为的导体棒放置在导轨上始终与导轨接触良好成矩形棒与导轨间动摩擦因数为棒左侧有两个固定于水平面的匀强磁场水平向左磁感应强度大小均为在时一水平向左的拉力垂直作用在导轨的边上使导轨由静止开始做匀加速直线运动加速度为求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式经过多长时间拉力达到最大值拉力的最大值为多 3 线连接的金属杆,其质量分别为 m和 2m。竖直向上的外力 F作用在杆MN上,使两杆水平静止,并刚好与导轨接触;两杆
6、的总电阻为 R,导轨间距为l。整个装置处在磁感应强度为 B的匀强磁场中,磁场方向与导轨所在平面垂直。导轨电阻可忽略,重力加速度为g。在 t=0 时刻将细线烧断,保持 F不变,金属杆和导轨始终接触良好。求(1)细线烧断后,任意时刻两杆运动的速度之比;(2)两杆分别达到的最大速度。5.(2008 天津理综)磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具它的驱动系统简化为如下模型,固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框,电阻为R,金属框置于xOy平面内,长边MN长为l平行于y轴,宽度为d的NP边平行于x轴,如图 1 所示列车轨道沿Ox方向,轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场,磁感应强度B沿Ox
7、方向按正弦规律分布,其空间周期为,最大值为B0,如图 2 所示,金属框同一长边上各处的磁感应强度相同,整个磁场以速度v0沿Ox方向匀速平移设在短暂时间内,MM、PQ边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略,并忽略一切阻力列车在驱动系统作用下沿Ox方向加速行驶,某时刻速度为v(vv0)简要叙述列车运行中获得驱动力的原理;为使列车获得最大驱动力,写出MM、PQ边应处于磁场中的什么位置及与d之间应满足的关系式;计算在满足第问的条件下列车速度为v时驱动力的大小 导轨上端接有一平行板电容器电容为导轨处于匀强磁场中磁感应强度大小为方向垂直于导轨平面在导轨上放置一质量为的金属棒棒可沿导轨下滑且在下滑过程中
8、保持与导轨垂直并良好接触已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为重力的关系金属棒的速度大小随时间变化的关系上海物理如图质量为的足够长金属导轨放在光滑的绝缘水平面上一电阻不计质量为的导体棒放置在导轨上始终与导轨接触良好成矩形棒与导轨间动摩擦因数为棒左侧有两个固定于水平面的匀强磁场水平向左磁感应强度大小均为在时一水平向左的拉力垂直作用在导轨的边上使导轨由静止开始做匀加速直线运动加速度为求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式经过多长时间拉力达到最大值拉力的最大值为多 4 6.(2007上海物理)如图(a)所示,光滑的平行长直金属导轨置于水平面内,间距为L、导轨左端接有阻值为R的电阻,质量为m的导体
9、棒垂直跨接在导轨上。导轨和导体棒的电阻均不计,且接触良好。在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B。开始时,导体棒静止于磁场区域的右端,当磁场以速度v1匀速向右移动时,导体棒随之开始运动,同时受到水平向左、大小为f的恒定阻力,并很快达到恒定速度,此时导体棒仍处于磁场区域内。导轨上端接有一平行板电容器电容为导轨处于匀强磁场中磁感应强度大小为方向垂直于导轨平面在导轨上放置一质量为的金属棒棒可沿导轨下滑且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为重力的关系金属棒的速度大小随时间变化的关系上海物理如图质量为的足够长金属导轨放在光滑的绝缘水平面上
10、一电阻不计质量为的导体棒放置在导轨上始终与导轨接触良好成矩形棒与导轨间动摩擦因数为棒左侧有两个固定于水平面的匀强磁场水平向左磁感应强度大小均为在时一水平向左的拉力垂直作用在导轨的边上使导轨由静止开始做匀加速直线运动加速度为求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式经过多长时间拉力达到最大值拉力的最大值为多 5 R m v1 B L (a)v vt O t t(1)求导体棒所达到的恒定速度v2;(2)为使导体棒能随磁场运动,阻力最大不能超过多大(3)导体棒以恒定速度运动时,单位时间内克服阻力所做的功和电路中消耗的电功率各为多大(4)若t0 时磁场由静止开始水平向右做匀加速直线运动,经过较短时
11、间后,导体棒也做匀加速直线运动,其v-t关系如图(b)所示,已知在时刻t导体棋睥瞬时速度大小为vt,求导体棒做匀加速直线运动时的加速度大小。导轨上端接有一平行板电容器电容为导轨处于匀强磁场中磁感应强度大小为方向垂直于导轨平面在导轨上放置一质量为的金属棒棒可沿导轨下滑且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为重力的关系金属棒的速度大小随时间变化的关系上海物理如图质量为的足够长金属导轨放在光滑的绝缘水平面上一电阻不计质量为的导体棒放置在导轨上始终与导轨接触良好成矩形棒与导轨间动摩擦因数为棒左侧有两个固定于水平面的匀强磁场水平向左磁感应强度大小均为在时一水平向左的拉力垂
12、直作用在导轨的边上使导轨由静止开始做匀加速直线运动加速度为求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式经过多长时间拉力达到最大值拉力的最大值为多 6 7.(2003 广东物理,18)如图所示,两根平行金属导轨固定在水平桌面上,每根导轨每米的电阻为P Q 导轨上端接有一平行板电容器电容为导轨处于匀强磁场中磁感应强度大小为方向垂直于导轨平面在导轨上放置一质量为的金属棒棒可沿导轨下滑且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为重力的关系金属棒的速度大小随时间变化的关系上海物理如图质量为的足够长金属导轨放在光滑的绝缘水平面上一电阻不计质量为的导体棒放置在导轨上始终与导轨接
13、触良好成矩形棒与导轨间动摩擦因数为棒左侧有两个固定于水平面的匀强磁场水平向左磁感应强度大小均为在时一水平向左的拉力垂直作用在导轨的边上使导轨由静止开始做匀加速直线运动加速度为求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式经过多长时间拉力达到最大值拉力的最大值为多 7 r0=/m,导轨的端点P、Q用电阻可以忽略的导线相连,两导轨间的距离l=。有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面,已知磁感应强度B与时间t的关系为B=kt,比例系数k=s。一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦低滑动,在滑动过程中保持与导轨垂直。在t=0 时刻,金属杆紧靠在P、Q端,在外力作用下,杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动
14、,求在t=时金属杆所受的安培力。8.(2003 天津理综)两根平行的金属导轨,固定在同一水平面上,磁感强度B=的匀强磁场与导轨所在平面垂直,导轨的电阻很小,可忽略不计。导轨间的距离l=。连两质量均为m=的平行金属杆甲,乙可在导轨上无摩擦地滑动,滑动过程中与导轨保持垂直,每根金属杆的电阻为R=,在t=0 时刻,两杆都处于静止状态。现有一与导轨平行、大小为的恒力F作用于金属杆甲上,使金属杆在导轨上滑动。经过t=,金属杆甲的加速度为a=s2,问此时两金属杆的速度各为多少 9.2014北京卷 (20分)导体切割磁感线的运动可以从宏观和微观两个角度来认识如图所示,固定于水平面的 U形导线框处于竖直向下的
15、匀强磁场中,金属直导线MN在与其垂直的水平恒力F作用下,在导线框上以速度v做匀速运动,速度v与恒力F方向相同;导线MN始终与导线框形成闭合电路已知导线MN电阻为R,其长度L恰好等于平行轨道间距,磁场的磁感应强度为B.忽略摩擦阻力和导线框的电甲 F 乙 导轨上端接有一平行板电容器电容为导轨处于匀强磁场中磁感应强度大小为方向垂直于导轨平面在导轨上放置一质量为的金属棒棒可沿导轨下滑且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为重力的关系金属棒的速度大小随时间变化的关系上海物理如图质量为的足够长金属导轨放在光滑的绝缘水平面上一电阻不计质量为的导体棒放置在导轨上始终与导轨接触良
16、好成矩形棒与导轨间动摩擦因数为棒左侧有两个固定于水平面的匀强磁场水平向左磁感应强度大小均为在时一水平向左的拉力垂直作用在导轨的边上使导轨由静止开始做匀加速直线运动加速度为求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式经过多长时间拉力达到最大值拉力的最大值为多 8 阻(1)通过公式推导验证:在 t时间内,F对导线MN所做的功W等于电路获得的电能W电,也等于导线MN中产生的热量Q;(2)若导线MN的质量m g、长度L m,感应电流I A,假设一个原子贡献一个自由电子,计算导线MN中电子沿导线长度方向定向移动的平均速率ve(下表中列出一些你可能会用到的数据);阿伏伽德罗常数NA 1023 mol1
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