高考理综物理电磁场压轴专项练习集

高考理综物理电磁场压轴专项练习集（一）1.如图所示，位于竖直平面内矩形金属线圈，边长L1=0.40m、L2=0.25m，其匝数n=100匝，总电阻r=1.0Ω，线圈两个末端分别与两个彼此绝缘铜环C、D（集流环）焊接在一起，并通过电刷和R=3.0Ω定值电阻相连接．线圈所在空间存在水平向右匀强磁场，磁感应强度B=1.0T，在外力驱动下线圈绕竖直固定中心轴O1O2匀速转动，2.如图是某学习小组在空旷场地上做“摇绳发电实验”示意图．她们将一铜芯线像甩跳绳同样匀速摇动，铜芯线两端分别通过细铜线与敏捷交流电流表相连．摇绳两位同窗连线与所在处地磁场（可视为匀强磁场）垂直．摇动时，铜芯线所围成半圆周面积S=2m2，转动角速度ω=102rad/s，用电表测得电路中电流I=40μA，电路总电阻R=10Ω，取2=2.25．（1）求该处地磁场磁感应强度B；3.在同一水平面中光滑平行导轨P、Q相距L=1m，导轨左端接有如图所示电路．其中水平放置平行板电容器两极板M、N间距离d=10mm，定值电阻R1=R2=12Ω，R3=2Ω，金属棒ab电阻r=2Ω，其他电阻不计．磁感应强度B=1T匀强磁场竖直穿过导轨平面，当金属棒ab沿导轨向右匀速运动时，悬浮于电容器两极板之间，质量m=1×10﹣14kg，带电量q=﹣1×10角速度ω=2.0rad/s．求：（1）电阻R两端电压最大值（2）从线圈通过中性面（即线圈平面与磁场方向垂直位置）开始计时，1通过周期通过电阻R电荷量．4（3）在线圈转动一周过程中，整个电路产生焦耳热．（2）从铜芯线所在平面与该处地磁场平行开始计时，求其转过四分之一周过程中，通过电流表电量q；（3）求铜芯线转动一周过程中，电路产生焦耳热Q．PRbBa﹣14C微粒正好静止不动．取g=10m/s2，在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好．且运动速度保持恒定．试求：（1）匀强磁场方向；（2）ab两端路端电压；（3）金属棒ab运动速度．4.如图甲，MN、PQ两条平行光滑金属轨道与水平面成θ=30°角固定，M、P之间接电阻箱R，导轨所在空间存在匀强磁场，磁场方向垂直于轨道平面向上，磁感应强度为B=0.5T。质量为m金属杆ab水平放置在轨道上，其接入电路电阻值为r。现从静止释放杆ab，测得最大速度为vm。变化电阻箱阻值R，得到vm与R关系如图乙所示。已知两轨道之间距离为L=2m，重力加速度g取l0m/s2，轨道足够长且电阻不计。⑴当R=0时，求杆ab匀速下滑过程中产生感生电动势E大小及杆中电流方向；⑵求金属杆质量m和阻值r；⑶当R=4Ω时，求回路瞬时电功率每增长1W过程中合外力对杆做功W。vm/ms-1M4Q2NO2R/Ω甲乙5.如图，在平面直角坐标系xOy内，第1象限存在沿y轴负方向匀强电场，第Ⅳ象限以ON为直径半圆形区域内，存在垂直于坐标平面向外匀强磁场，磁感应强度为B．一质量为m、电荷量为q带正电粒子，从y轴正半轴上y=h处M点，以速度v0垂直于y轴射入电场，经x轴上x=2h处P点进入磁场，最后以速度v垂直于y轴射出磁场．不计粒子重力．求：（1）电场强度大小E；（2）粒子在磁场中运动轨道半径；（3）粒子离开磁场时位置坐标．036.如图所示，xOy平面内存在着沿y轴正方向匀强电场，一种质量为m、带电荷量为+q粒子从坐标原点O以速度为v沿x轴正方向开始运动．当它通过图中虚线上M（23a，a）点时，撤去电场，粒子继续运动一段时间后进入一种矩形匀强磁场区域（图中未画�），又从虚线上某一位置N处沿y轴负方向运动并再次通过M点．已知磁场方向垂直xOy平面（纸面）向里，磁感应强度大小为B，不计粒子重力．试求：R=0．lΩ，与导轨之间动摩擦因数μ=6，导轨上端连接电路如图，已知电阻R1与灯泡电阻RL阻值均为0.2R，导轨电阻不计，取重力加速度大小g=10m/s2，（1）求棒由静止刚释放瞬间下滑加速度大小a；（2）假若导体棒有静止释放向下加速度运动一段距离后，灯L发光亮度稳定，求此时灯L实际功率P及棒速率v．（1）电场强度大小；（2）粒子在匀强磁场中运动时间；（3）N点坐标；（4）矩形匀强磁场区域最小面积．7.如图，两足够长平行粗糙金属导轨MN，PQ相距d=0.5m．导轨平面与水平面夹角为α=30°，处在方向垂直导轨平面向上、磁感应强度B=0.5T匀强磁场中，长也为d金属棒ab垂直于导轨MN、PQ放置，且始终与导轨接触良好，导体棒质量m=0．lkg，电阻12向垂直纸面向里匀强磁场，磁感应强度为B，谷区内没有磁场．质量为m，电荷量为q正离子，以不变速率v旋转，其闭合平衡轨道如图中虚线所示．（1）求闭合平衡轨道在峰区内圆弧半径r，并判断离子旋转方向是顺时针还是逆时针；（2）求轨道在一种峰区内圆弧圆心角θ，及离子绕闭合平衡轨道旋转周期T；（3）在谷区也施加垂直纸面向里匀强磁场，磁感应强度为B′，新闭合平衡轨道在一种峰区内圆心角θ变为90°，求B′和B关系．已知：sin（α±β）=sinαcosβ±cosαsinβ，cosα=1﹣2sin22．9.如图所示，M、N为中心开有小孔平行板电容器两极板，相距为D，其右侧有一边长为2a正三角形区域，区域内有垂直纸面向里匀强磁场，在极板M、N之间加上电压U后，M板电势高于N板电势．既有一带正电粒子，质量为m、电荷量为q，其重力和初速度均忽视不计，粒子从极板M中央小孔S处射入电容器，穿过小孔S后从距三角形A点3aP处垂直AB方向进入磁场，试求：（1）粒子到达小孔S2时速度；（2）若粒子从P点进入磁场后经时间t从AP间离开磁场，求粒子运动半径和磁感应强度大小；（3）若粒子能从AC间离开磁场，磁感应强度应满足什么条件？8.为了进一步提高回旋加速器能量，科学家建造了“扇形聚焦回旋加速器”．在扇形聚焦过程中，离子能以不变速率在闭合平衡轨道上周期性旋转．扇形聚焦磁场分布简化图如图所示，圆心为O圆形区域等提成六个扇形区域，其中三个为峰区，三个为谷区，峰区和谷区相间分布．峰区内存在方（2）依照法拉第电磁感应定律结合闭合电路欧姆定律求出平均感应电流，依照q=△t求试卷答案1.解：（1）线圈中感应电动势最大值Em=nBSω，其中S=L1L2Em=nBSω=nBL1L2ω=20V电阻R两端电压最大值Um=ImR=15V代入数据，解得：q=2.5C线圈转动一周过程中，电流通过整个回路产生焦耳热：Q热=I2（R+r）T=50πJ≈157J答：（1）电阻R两端电压最大值15V；（3）在线圈转动一周过程中，整个电路产生焦耳热157J．【考点】交流峰值、有效值以及它们关系．【分析】（1）依照E=nBSω求出感应电动势最大值，结合内外电阻，即可求解R两端最大电压值．出通过电阻R电荷量．（3）依照E=nBSω求出感应电动势最大值，从而求出感应电动势有效值，依照欧姆定律求出感应电流有效值，依照焦耳定律可求得转动一周过程中电阻R上产生热量；2.解：（1）铜芯线中产生是正弦交流电，则：线圈中感应电流最大值Im==5.0A（2）设从线圈平面通过中性面时开始，通过周期时间△t==此过程中线圈中平均感应电动势′：E=n=n通过电阻R平均电流：==，通过电阻R电荷量：q==；（3）线圈中感应电流有效值I==A（2）通过周期通过电阻R电荷量2.5C；Im=I①由欧姆定律得：Em=ImR②又Em=BωS③①②③联立解得：B=2×10﹣5T；（2）在铜芯线与地面平行开始至铜芯线转动四分之一周过程中④⑤⑥联立解得：q=4×10﹣6C⑦（3）铜芯线转动一周，电路中产生焦耳热Q答：1）求该处地磁场磁感应强度B为2×10﹣5T；（2）从铜芯线所在平面与该处地磁场平行开始计时，求其转过四分之一周过程中，通过电流表电量q为4×10﹣6；（3）求铜芯线转动一周过程中，电路产生焦耳热Q为7.2×10﹣9J．【考点】交流发电机及其产生正弦式电流原理；焦耳定律．【分析】（1）依照欧姆定律可求摇绳发电电动势有效值，再依照有效值可求峰值，再依照Em=nBsω即可求B；（3）依照焦耳定律列式求解．3.解：（1）带负电微粒受到重力和电场力处在静止状态，因重力竖直向下，则电场力竖直向上，故M板带正电．ab棒向右切割磁感线产生感应电动势，ab棒等效于电源，感应电流方向由b→a，其a端为电源正极，由右手定则可判断，磁场方向竖直向下．（2）由由平衡条件，得mg=Eq依照法拉第电磁感应定律得：④q=t⑥Q=I2RT=．（2）依照求解；E=R⑤又E=B2L22感（3）由闭合电路欧姆定律得ab棒产生感应电动势为：E=Uab+Ir=0.4+0.05×2V=0.5V由法拉第电磁感应定律得感应电动势E联立上两式得v=0.5m/s答：（1）匀强磁场方向竖直向下；（2）ab两端路端电压为0.4V；（3）金属棒ab运动速度为0.5m/s．=BLv感【考点】导体切割磁感线时感应电动势；电容；闭合电路欧姆定律．【分析】（1）悬浮于电容器两极板之间微粒静止，重力与电场力平衡，可判断电容器两板带电状况，来拟定电路感应电流方向，再由右手定则拟定磁场方向．（2）由粒子平衡，求出电容器电压，依照串并联电路特点，求出ab两端路端电压．（3）由欧姆定律和感应电动势公式求出速度．4.⑴由图可知，当R=0时，杆最后以v=2m/s匀速运动，产生电动势E=BLv………………………………………………………………………2分E=2V.................................................................................................................1分杆中电流方向从b→a………………………………………………………1分⑵设最大速度为v，杆切割磁感线产生感应电动势E=BLvI由闭合电路欧姆定律：…………………………………………1分杆达到最大速度时满足mgsinBIL0………………………………2分mgsinmgsinRr解得：v=k由图像可知：斜率为…………………………………………1分42m/(sΩ)1m/(sΩ)，纵截距为v0=2m/s，得到：因此MN间电压：UMN==V=0.1VR3两端电压与电容器两端电压相等，由欧姆定律得通过R3电流I==A=0.05Aab棒两端电压为Uab=UMN+I=0.1+0.05×6=0.4VERrB2L2B2L2v22RrB2L2B2L2v2Rr1mgsinr=v0……………………………………………1分mgsink………………………………………………1分解得：m=0.2kg................................................................................................1分r=2Ω……………………………………………………………1分P⑶由题意：E=BLvP………………………………1分得……………………………………………………1分PB2L2v21Rr……………………………………………1分由动能定理得1mv2mv2W=2221………………………………………………………1分mRrWP2B2L2…………………………………………………………1分W=0.6J………………………………………………………………………1分5.解：（1）在电场中粒子做类平抛运动，设粒子在电场中运动时间为t1，则有：2h=v0t1…①依照牛顿第二定律得：qE=ma…③（2）由题意可知，粒子进入磁场时速度也为v，依照动能定理得：B2L2E2Rrh=at1…②2联立①②③式得：E=…④qEh=…⑤再依照qvB=m…⑥cosθ==，θ=45°（3）如图，设粒子离开磁场时位置坐标为（x、﹣y），粒子进入磁场时速度v，与x轴正方向夹角为θ，由图可得：【考点】带电粒子在匀强磁场中运动；带电粒子在匀强电场中运动．【分析】（1）粒子在电场中做类平抛运动，水平方向做匀速运动，竖直方向做匀加速运动，应用牛顿第二