高考物理模拟题分类训练(04期)专题15电学计算大题(教师版含解析).docx

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1、专题15 电学计算大题1(2021届福建省福州高三模拟)如图所示，在竖直平面内有一质量m=0.6kg、电荷量g=+310-3C的带电的小球，用一根长L=0.2m且不可伸长的绝缘轻细线系在一方向水平向右、分布的区域足够大的匀强电场中的O点已知A、O、C三点等高，且OA=OC=L，若将带电小球从A点无初速度释放，小球到达最低点B时速度恰好为零，取g=10m/s2(1)求匀强电场的电场强度E的大小；(2)求小球从A点由静止释放运动到B点的过程中速度最大时细线的拉力大小；.(3)若将带电小球从C点无初速度释放，求小球到达A点时的速度【答案】(1) (2) 或 (3)【解析】(1)小球到达最低点B时速度

2、为0，根据动能定理有：，解得：(2)小球到达最低点B时速度为0，根据对称性可知，达到最大速度的位置为AB弧的中点，即当沿轨迹上任一点切线方向的合力为零时，物体的速度有极值根据动能定理有： 根据牛顿第二定律有： 联立解得：(或)(3)小球从C点运动到B点做匀加速直线运动，则有：，到达B点后细线绷直有机械能的损失，小球由BA过程中，根据动能定理有：解得：2(2021届福建省名校联盟高三模拟)如图，从离子源产生的甲、乙两种离子，由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动，自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁场左边界竖直已知甲种离子射入磁场的速度大小为v1，并在磁场边界的N点

3、射出；乙种离子在MN的中点射出；MN长为l不计重力影响和离子间的相互作用求：(1)磁场的磁感应强度大小；(2)甲、乙两种离子的比荷之比【答案】(1) (2)【解析】(1)设甲种离子所带电荷量为q1、质量为m1，在磁场中做匀速圆周运动的半径为R1，磁场的磁感应强度大小为B，由动能定理有： 由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有： 由几何关系知： 由式得： （2） 设乙种离子所带电荷量为q2、质量为m2，射入磁场的速度为v2，在磁场中做匀速圆周运动的半径为R2同理有： 由题给条件有 由式得，甲、乙两种离子的比荷之比为3(2021届福建省名校联盟高三模拟)发电机和电动机具有装置上的类似性 ，源于它们机理上的

4、类似性.直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景.在竖直向下的磁感应强度为的匀强磁场中，两根光滑平等金属轨道、固定在水平面内，相距为，电阻不计.电阻为的金属导体棒垂直于、放在轨道上，与轨道接触良好，以速度(平行于)向右做匀速运动.图1轨道端点间接有阻值为的电阻，导体棒受到水平向右的外力作用.图2轨道端点间接有直流电源，导体棒通过滑轮匀速提升重物，电路中的电流为.(1)求在时间内，图1“发电机”产生的电能和图2“电动机”输出的机械能；(2)从微观角度看，导体棒中的自由电荷所受洛伦兹在上述能量转化中起着重要作用.为了方便，可认为导体棒中的自由电荷为正电荷.a.请在图3(图1

5、的导体棒)、图4(图2的导体棒)中，分别画出自由电荷所受洛伦兹力的示意图.b.我们知道，洛伦兹力对运动电荷不做功.那么，导体棒中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢？请以图2“电动机”为例，通过计算分析说明.【答案】(1)(2)a.见解析图 b.见解析【解析】(1)图1中，电路中的电流，棒受到的安培力，在时间内，“发电机”产生的电能等于棒克服安培力做的功，有.图2中，棒受到的安培力，在时间内，“发电机”产生的电能等于棒克服安培力做的功，故.(2)a.如图3、图4所示.图3 图4b.设自由电荷所带电荷量为，沿导体棒定向移动的速度为.如图4所示，沿棒方向的洛伦兹力，做负功，垂直

6、于棒方向的洛伦兹力，做正功。，所以，即导体棒中一个自由电荷所受的洛伦兹力所做的功为零.做负功，阻碍自由电荷的定向移动，宏观上表现为“反电动势”，消耗电源的电源；做正功，宏观上表现为安培力做正功，使机械能增加.大量自由电荷所受洛伦兹力做功的宏观表现是将电能转化为等量的机械能，在此过程中洛伦兹力通过两个分力做功起到“传递”能量的作用。4(2021届广东省河源市高三模拟)如图所示，在方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中，沿水平面固定一个V字型光滑金属框架，已知，导体棒在框架上从A点开始在外力作用下，沿垂直方向以速度v匀速向右平移，使导体棒和框架始终构成等边三角形回路，经过时间t导体棒运动到图示位

7、置。已知框架和导体棒的材料和横截面积均相同，其单位长度的电阻均为r，框架和导体棒均足够长，导体棒运动中始终与磁场方向垂直，且与框架接触良好。求：(1)t时刻回路的总电阻；(2)t时刻流过导体棒的电流大小。【答案】(1)；(2)【解析】(1)t时刻导棒运动的距离导棒有效长度为总电阻，(2)电动势为则电流有解得5(2021届河北省高三高考模拟)如图所示，绝缘水平面上有三个宽度都为L的区域、，区域I内有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。用粗细均匀的电阻丝制成边长为L的单匝金属线框，线框总电阻为R，质量为，线框制作平整，与水平面贴合良好，除区域内水平面与线框间有恒定的动摩擦因数外，其余部分光滑，

8、线框以初速度进入匀强磁场，最终线框中心对称线恰好停在处。已知重力加速度为g。(1)求线框刚好完全进入区域I时的速度大小；(2)求区域与线框间的动摩擦因数；(3)换用一直径为L，电阻也为R的圆形线框，线框在外力F作用下以速度v匀速穿过区域I，求整个过程F对线框的冲量大小。【答案】(1)；(2)；(3)【解析】(1)设线框刚好完全进入区域I时的速度大小为，进入过程线框内的平均电流为，进入时间为，根据动量定理有根据法拉第电磁感应定律有回路电流 ，解得(2)线框出磁场的过程，边受向左的安培力，仍然在安培力的作用下做减速运动，同理可得线框完全出磁场时速度为设线框和区域水平面间的动摩擦因数为，线框进入区域

9、后边受到的恒定摩擦力为边和边受到的摩擦力逐渐增大，平均摩擦力大小为根据动能定理有解得(3)对圆形线框一半进入磁场过程有受到的安培力大小为由几何知识可知F作用的时间为由积分知识可知在0时间内力F的冲量大小为。由对称性可知，圆形线框另一半进入磁场过程中力F对其冲量大小也为I，出磁场过程与进磁场过程的冲量大小相等，则整个过程力F对线框的冲量大小为。6(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

10、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，

11、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7(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】(

12、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。8如图所示匀强电场水平向右，在电场中的O点固定一轻细线，细线的另一端系一质量为m带电量为q的小球，小球平衡时细线与竖直方向成角。(，)(1)求电场强度；(2)将小球拉至右侧与O等高，细线水平伸直，然后将小球静止释放，求小球运动到最低点时线的张力；【答案】(1)；(2)【解析】(1) 小球平衡，所以有 由

13、式解得 (2)由动能定理得 最低点时，由向心力公式得 由解得 9(2021届湖南省高三模拟)由某种导电性能极好的新型材料制成的圆柱体物块(可以看成中间是均匀介质的电容器)，质量为m，高为d，底面直径也为d。如图所示，物块放在绝缘斜面上，空间存在平行于斜面、磁感应强度大小为B的水平匀强磁场。已知物块电阻可忽略不计，该材料的相对介电常数为，与斜面间的动摩擦因数为，静电力常量为k，重力加速度为g。现将物块在斜面上由静止释放，求：(1)当物块速度为v时，物块上表面所带电荷量大小Q，并指出其电性。(2)任一时刻速度v与时间t的关系。【答案】(1)负电，；(2)【解析】(1)当物块沿斜面向下以速度v运动时

14、，切割磁感线产生电动势，由右手定则判定，知上表面带正电，下表面带负电，电动势物块形成电容器的电容又解得(2)物块加速运动，电容器充电，存在充电电流，所以物块受重力、摩擦力、支持力和安培力作用，根据牛顿第二定律得其中解得a为定值，则物块做初速度为0的匀加速直线运动，速度v与时间t的关系为10(2021届湖南省高三模拟)如图，在竖直面内有一固定绝缘轨道，其中为粗糙的水平轨道，与半径为R的光滑圆弧轨道相切于C点，直径与竖直半径夹角。质量未知、电荷量为q的带正电小球静止于C处。现将一质量为m的不带电物块静置在A处，在水平向右的恒定推力F作用下，物块从A处由静止开始向右运动，经时间到达B处，之后立即改变

15、推力的大小，使推力的功率恒定，又经时间，撤去推力，物块恰与小球发生弹性正碰(碰撞时间极短)，碰后瞬间，在过P点竖直线的右侧加上一沿方向的匀强电场(图中未画出)，小球沿圆弧轨道运动到Q点时速率最大并恰好通过P点，落到水平轨道上的S处。已知物块与水平轨道间的动摩擦因数为0.5，重力加速度大小为g，推力的恒定功率为，物块与小球碰前瞬间的速度大小为，取。求：(1)物块第一次到达B点时的速度大小以及两点间的距离x；(2)小球过P点时的速度大小v以及两点间的距离L；(3)小球的质量。【答案】(1)；(2)；(3)【解析】(1)物块从A点运动到B点的过程，根据牛顿第二定律有其中，由运动学公式有解得物块从B点

16、运动到C点的过程，根据动能定理有其中，解得(2)如图设小球质量为M，小球过P点时受到的重力与电场力的合力沿方向且恰好提供所需的向心力，则解得小球从P点飞出后在竖直方向做匀加速运动，则解得(另一解不合题意，舍去)水平射程两点间的距离(3)电场力大小为设碰撞后瞬间小球的速度为，小球从C点运动到P点的过程，根据动能定理有解得。设碰撞后瞬间物块的速度为，则，解得。11(2021届江苏省如皋市高三模拟)如图所示，足够长的光滑轨道水平放置，导轨间距L=0.5m，轨道左端c、d接电阻R=0.4，磁感应强度B=1T的匀强磁场垂直于轨道平面。质量m=2kg、电阻r=0.1的导体棒ab获得方向沿轨道向右、大小v=

17、5m/s瞬时速度。棒ab与轨道接触良好，不计轨道的电阻，求：(1)棒ab获得瞬时速度时两端的电压U；(2)从棒ab获得瞬时速度至停止的过程中，棒ab中产生的内能Q。【答案】(1)2V；(2)5J【解析】(1)导体棒切割磁感应线产生的电动势E=BLv导体棒两端电压解得U=2V(2)棒ab获得瞬时速度至停止的过程中，回路中产生的总内能为棒ab中产生的内能解得Q=5J12(2021届山东省济南市高三模拟)如图所示一半径为的金属圆环水平放置，长度为2l的粗细均匀的金属棒OP搭在圆环上且一端O点与圆心重合，金属棒OP的电阻为，转动时棒与圆环保持良好接触。额定电压为、内阻为的电动机M通过导线分别连接棒上O点和圆环上Q点，整个装置处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为，圆环及导线电阻不计。当金属棒绕圆心以角速度顺时针(俯视)匀速转动时，电动机恰好正常工作，求：(1)通过电动机的电流方向及电动机的输出功率；(2)金属棒两端点的电压Upo。【答案】(1)电流方向；(2) 11V【解析】(1)根据定则，电流方向金属棒在回路中产生的感应电动势为通过电动机的电流电动机的输出功率解得(2)金属棒在PQ段两端的电压为金属棒两端点的电压， 解得