高中物理高考 押课标卷物理第21题（原卷版）-备战2021年高考物理临考题号押题（新课标卷）

押课标卷理综第21题

高考频度：★★★★☆     难易程度：★★★☆☆

（2020·新课标全国Ⅰ卷）如图，U形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上，ab和dc边平行，和bc边垂直。ab、dc足够长，整个金属框电阻可忽略。一根具有一定电阻的导体棒MN置于金属框上，用水平恒力F向右拉动金属框，运动过程中，装置始终处于竖直向下的匀强磁场中，MN与金属框保持良好接触，且与bc边保持平行。经过一段时间后（　　）

A．金属框的速度大小趋于恒定值

B．金属框的加速度大小趋于恒定值

C．导体棒所受安培力的大小趋于恒定值

D．导体棒到金属框bc边的距离趋于恒定值

【答案】BC

【解析】由bc边切割磁感线产生电动势，形成电流，使得导体棒MN受到向右的安培力，做加速运动，bc边受到向左的安培力，向右做加速运动。当MN运动时，金属框的bc边和导体棒MN一起切割磁感线，设导体棒MN和金属框的速度分别为、，则电路中的电动势

电流中的电流

金属框和导体棒MN受到的安培力

，与运动方向相反

，与运动方向相同

设导体棒MN和金属框的质量分别为、，则对导体棒MN

对金属框

初始速度均为零，则a1从零开始逐渐增加，a2从开始逐渐减小。当a1＝a2时，相对速度

大小恒定。整个运动过程用速度时间图象描述如下。

综上可得，金属框的加速度趋于恒定值，安培力也趋于恒定值，BC选项正确；

金属框的速度会一直增大，导体棒到金属框bc边的距离也会一直增大，AD选项错误。

故选BC。

如图所示，水平地面上固定一个顶角为60°的光滑金属导轨MON，导轨处在方向垂直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m的导体棒PQ与∠MON的角平分线垂直，导轨与导体棒单位长度的电阻均为r。PQ在水平外力作用下从O点以恒定速度v0沿∠MON的角平分线向右滑动，在滑动过程中始终保持与导轨良好接触。若导体棒与导轨均足够长，则（　　）

A．流过导体棒的电流强度I始终为

B．F随时间的变化关系为

C．t时刻导体棒的发热功率为

D．撤去F后，导体棒上能产生的热量为

【解析】A．PQ棒从O点开始运动时间为t时，有效切割的长度为

 L=2v0t•tan30°

回路中感应电动势为

E=BLv0

回路的总电阻

 R=（2v0t•tan30°+2）r

回路中的电流强度

I

联立以上各式得

I

保持不变，故A正确。

B．PQ棒匀速运动时外力F与安培力平衡，则

F=BIL=B••2v0t•tan30°

则得

故B正确。

C．t时刻导体棒的发热功率为

P=I2R有效=（）2•2v0t•tan30°•r

故C错误。

D．撤去F后，导体棒的动能转化为整个回路的内能，所以导体棒上能产生的热量小于，故D错误。

故选AB。

1．安培力F、磁感应强度B、电流I三者的关系

(1)已知I、B的方向，可唯一确定F的方向；

(2)已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可唯一确定I的方向；

(3)已知F、I的方向时，磁感应强度B的方向不能唯一确定．

2．安培定则(右手螺旋定则)与左手定则的比较

3.安培力作用下导体运动方向的五种判断方法

一、单选题

1．用同样材料和规格的导线做成的单匝圆环和，它们的半径之比，连接两圆环的直导线的电阻不计，两直导线间的距离可忽略，图甲中圆环处于均匀变化的磁场中，图乙中圆环处于均匀变化的磁场中。已知两图中磁场的变化率相同，甲、乙两图中两点间的电压大小之比为（　　）

A．1 B．3 C．6 D．9

2．间距为d足够长的平行光滑金属导轨水平固定，左边接定值电阻R，导轨处于竖直向下的磁场中，虚线为磁场的左边界，以边界上的O点为原点、平行于轨道方向为x轴，磁场的磁感应强度B随x变化的关系为B=kx，k为常数。垂直导轨有一电阻为r的金属直杆，杆在外力F作用下从磁场左边界处由静止开始沿导轨做匀加速直线运动，金属杆始终与导轨垂直且接触良好，导轨电阻忽略不计。下列判断正确的是（　　）

A．流过金属杆的电流与时间t成正比

B．金属杆受到的安培力与t2成正比

C．金属杆受到的外力与t5成正比

D．金属杆的热功率与t6成正比

3．如图甲、乙、丙中，除导体棒ab可动外，其余部分均固定不动，甲图中的电容器C原来不带电。设导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，导体棒和导轨间的摩擦也不计，图中装置均在水平面内，且都处于方向垂直水平面（即纸面）向里的匀强磁场中，导轨足够长。现给导体棒ab一个向右的初速度v0，在图甲、乙、丙三种情形下关于导体棒ab的运动状态，下列说法正确的是（　　）

A．图甲中，ab棒先做匀减速运动，最终做匀速运动

B．图乙中，ab棒先做加速度越来越大的减速运动，最终静止

C．图丙中，ab棒先做初速度为v0变减速运动，然后做变加速运动，最终做匀速运动

D．三种情形下导体棒ab最终都匀速

4．如图所示，两相距为d的光滑长直导轨固定在水平面上，两端接有阻值均为R的电阻，整个装置处在竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中一阻值也为R质量为m的导棒ab垂直于导轨，且与其接触良好，在水平向左、垂直于棒的恒力F作用下，导体棒由静止开始运动，位移为x时，速度为v，轨道电阻不计则（　　）

A．导体棒中感应电流的方向从a→b

B．F做的功等于回路产生的电能

C．导棒运动的时间为

D．导体棒克服安培力做功数值上等于两电阻R上产生的焦耳热

5．如图所示，间距为L、电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端用一阻值为R的电阻连接，导轨上横跨一根质量为m、电阻也为R的金属棒，金属棒与导轨接触良好整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。现使金属棒以初速度v沿导轨向右运动，则在金属棒的整个运动过程中（　　）

A．金属棒在导轨上做匀减速运动

B．金属棒克服安培力做功为

C．电阻R上产生的焦耳热为

D．金属棒在导轨上发生的位移为

6．如图所示，相距为L的两条足够长的光滑平行导轨与水平面的夹角为θ，导轨下端接阻值为R的定值电阻，一匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为B。现将质量为m，电阻为r的导体棒由静止释放，当速度达到v时进行匀速运动，下列说法正确的是（　　）

A．存在等式

B．若导体棒m恰好匀速时下降的垂直高度为h，电阻R的发热量为Q，则有等式

C．安培力对导体棒m所作做的功即为电阻R与导体棒m的发热量

D．导体棒匀速后电阻R的发热量与电阻r的发热量之比大于导体棒匀速前的发热量之比

7．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r0=0.10Ω，导轨的端点M、N用电阻可以忽略的导线相连，两导轨间的距离l=0.20m，导轨之间有垂直于桌面向下的磁感应强度为B=0.4T的匀强磁场。一电阻不计、质量为m=0.1kg的金属杆PQ可在导轨上无摩擦滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直。在t=0时刻，金属杆紧靠在M、N端，在外力作用下杆以恒定的加速度a=0.2m/s2从静止开始向导轨的另一端滑动，则t=10.0s时（　　）

A．回路中的感应电动势为0.16V B．回路中的感应电流为0.04A

C．PQ所受的安培力0.64N D．作用在金属杆上的外力为0.084N

二、多选题

8．如图所示，两根足够长光滑金属导轨，电阻不计，其右端连接一阻值为的定值电阻，金属轨道部分的、、、、均为正弦曲线，、间距离为1m，最高点到虚线的距离为0.4m，、间距离为0.5m，部分轨道和虚线间存在如图所示垂直纸面向里和向外互相间隔的匀强磁场，磁场的磁感应强度为2T，光滑导体棒，在外力作用下从处，以5m/s的速度向左匀速运动，除定值电阻外，不计轨道和光滑棒等其他一切电阻，交流电流表为理想电表，则（　　）

A．电流表的示数为0.2A

B．导体棒运动到处时，电流表的示数为0

C．导体棒从处运动到处，电阻产生的热量为0.12J

D．导体棒从处运动到处，通过电阻的电荷量为0

9．如图所示，固定在同一水平面内的两平行长直金属导轨，间距为1m，其左端用导线接有两个阻值为4Ω的电阻，整个装置处在竖直向上、大小为2T的匀强磁场中，一质量为2kg的导体杆MN垂直于导轨放置，已知杆接入电路的电阻为2Ω，杆与导轨之间的动摩擦因数为0.5。对杆施加水平向右、大小为20N的拉力F，杆从静止开始沿导轨运动，杆与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，重力加速度。则（　　）

A．杆运动的最大速度是10m/s

B．M点的电势高于N点

C．杆上产生的焦耳热与两电阻产生焦耳热的和不相等

D．当杆达到最大速度时，MN两点间的电势差大小为10V

10．如图所示，倾角为的斜面上固定了成一定的角度的两银光滑的金属导轨，两轨道的角平分线与斜面的边线平行，轨道的电阻不计。斜面内分布了垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。某时刻起，用沿角平分线的力F，将质量为m。单位长度电阻为r的金属杆拉着匀速向上运动，速度大小为v，金属杆始终与拉力F垂直。以开始运动作为时刻，这一过程中。金属杆中的电流i，金属杆受到的安培力，拉力F，回路中产生的热量Q等随时间t变化的关系图像中可能正确的是（　　）

A． B． C． D．

11．如图，两条光滑平行金属导轨固定，所在平面与水平面夹角为θ，导轨电阻忽略不计。虚线ab、cd均与导轨垂直，在ab与cd之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场。将两根相同的导体棒PQ、MN先后自导轨上同一位置由静止释放，两者始终与导轨垂直且接触良好。已知PQ进入磁场时加速度大小恰好为零，从PQ进入磁场开始计时，到MN离开磁场区域为止，流过PQ的电流随时间变化的图像可能正确的是（　　）

A． B．

C． D．

12．如图所示，空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为，在匀强磁场区域内，将质量为、长为、电阻为的金属棒垂直导轨放置在足够长的水平光滑形导轨上，且与导轨接触良好，导轨间距为，导轨电阻可忽略不计。金属棒在垂直于棒的水平拉力的作用下，由静止开始（时）以加速度向右做匀加速直线运动，后保持拉力的功率不变，直到棒以最大速度做匀速直线运动再撤去拉力。下列说法正确的是（　　）

A．时拉力的大小为

B．棒的最大速度为

C．内安培力对金属棒的冲量大小为

D．撤去拉力后，棒运动的距离为

13．如图所示，导体棒沿两平行金属导轨从图中位置以速度v向右匀速通过一正方形abcd磁场区域，ac垂直于导轨且平行于导体棒，ac右侧的磁感应强度是左侧的2倍且方向相反，导轨和导体棒的电阻均不计，下列关于导体棒中感应电流和所受安培力随时间变化的图象正确的是（规定电流从M经R到N为正方向，安培力向左为正方向）（　　）

A． B．

C． D．

14．如图示，电阻不计、间距为l的光滑平行金属导轨水平放置于磁感强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中，导轨左端接一定值电阻R。质量为m、电阻为r的金属棒置于导轨上，受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动，外力F与金属棒速度v的关系是（、k是常量），金属棒与导轨始终垂直且接触良好。金属棒中感应电流为i，受到的安培力大小为，电阻R两端的电压为，感应电流的功率为P，它们随时间t变化图像可能正确的有（　　）

A． B．

C． D．

15．如图所示，光滑平行金属导轨MN、PQ放置在同一水平面内，M、P之间接一定值电阻R，金属棒ab垂直导轨水平放置，金属棒和导轨的电阻均不计，整个装置处在竖直向上的匀强磁场中，t=0时对金属棒施加水平向右的外力F，使金属棒由静止开始做匀加速直线运动。下列关于通过金属棒的电流I、拉力F、拉力的功率P和通过电阻R的电荷量q随时间变化的图象中正确的是（　　）

A． B．

C． D．

16．如图所示，竖直放置的两根足够长的光滑金属导轨相距L，导轨的两端分别与电源（串有一滑动变阻器R）、定值电阻R0、电容器（电容为C，原来不带电）和开关S相连。整个空间充满了磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向外的匀强磁场。一质量为m、电阻不计的金属棒ab横跨在导轨上。已知电源电动势为E、内阻为r，不计导轨的电阻。当S接1，滑动变阻器R接入电路一定阻值时，金属棒ab在磁场中恰好保持静止。当S接2后，金属棒ab从静止开始下落，下落距离h时达到稳定速度。重力加速度为g，则下列分析正确的是（　　）

A．当S接1时，滑动变阻器接人电路的阻值

B．若将ab棒由静止释放的同时，将S接到3，则电容器积累的电荷量随金属棒速度v的变化关系为Q=CBLv

C．当S接2时，金属棒ab从静止开始到刚好达到稳定速度所经历的时间为

D．若将ab棒由静止释放的同时，将S接到3，则金属棒ab将做匀加速直线运动，加速度大小

17．如图所示，宽为L的门框形光滑导轨竖直放置，矩形匀强磁场Ⅰ、Ⅱ的高和间距均为d，磁感应强度均为B。质量为m的水平金属杆在磁场Ⅰ上方由静止释放，进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等。金属杆在导轨间的电阻为R，与导轨接触良好，其余部分电阻不计，重力加速度为g，则金属杆（　　）

A．在磁场Ⅰ中向下做匀减速直线运动

B．穿过两磁场克服安培力做的功相等

C．穿过磁场Ⅱ的过程通过导体横截面的电量较大

D．穿过磁场Ⅱ的过程产生的热量为