2023届浙江省高考物理模拟试题知识点分类训练：电磁学解答题3

这是一份2023届浙江省高考物理模拟试题知识点分类训练：电磁学解答题3，共69页。试卷主要包含了解答题，三象限存在水平向右的匀强电场等内容，欢迎下载使用。
2023届浙江省高考物理模拟试题知识点分类训练：电磁学解答题3

一、解答题
1．（2023·浙江·模拟预测）某课题小组为测定小球的带电量，在光滑绝缘水平面上竖直放置两平行金属板，其右侧为竖直挡板，为中点，在挡板右侧及、、均有收集设备，整个装置位于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为，实验装置俯视图如图甲所示。在平行金属板两端加适当电压，带电小球以速度从左侧平行金属板射入，恰能沿直线从小孔进入挡板右侧，经磁场偏转后被收集。已知小球质量为，金属板间距为，挡板右侧水平面宽为，长为，小球可视为质点。
（1）要使小球沿直线穿过点，求极板、间的电压；
（2）若小球恰能击中点，求小球的电性与带电量；
（3）研究小组想在挡板右侧及边缘、、分别标记电量刻度，请通过计算说明小球经挡板右侧磁场偏转到达收集设备不同位置所对应的电量（以点为坐标原点建立如图乙所示坐标系，结果用、、、、表示）

2．（2023·浙江·模拟预测）如图所示，宽度为的光滑平行金属导轨Ⅰ，左端连接阻值为的电阻，右端连接半径为的四分之三光滑圆弧导轨，圆弧最高端与足够长且宽度为的水平粗糙平行金属导轨Ⅱ右端对齐、上下错开。圆弧所在区域有磁感应强度为、方向竖直向上的匀强磁场，导轨Ⅱ所在区域有磁感应强度为、方向竖直向上的匀强磁场。导轨Ⅱ左端之间连接电动势为、内阻为的直流电源。一根质量为、电阻为金属杆从导轨Ⅰ上处静止释放，沿着圆弧运动到最低处时，对轨道的压力为。金属杆经过最低处时施加外力使金属杆沿圆弧轨道做匀速圆周运动，到时立即撤去外力，金属杆进入导轨Ⅱ穿过、叠加磁场区域后，在磁场区域做加速运动，运动一段时间后达到稳定速度，运动过程中导轨Ⅱ对金属杆的摩擦力为。金属杆与导轨始终接触良好，导轨的电阻不计，求：
（1）金属杆滑至处时的速度大小；
（2）金属杆从处滑至处的过程中，通过电阻的电荷量；
（3）金属杆从处运动到处的过程中，外力对金属杆所做的功；
（4）若导轨Ⅱ所在区域的匀强磁场的磁感应强度大小可调节，求稳定速度的最大值。

3．（2023·浙江·模拟预测）在现代科学实验和技术设备中，常常利用电场来改变或控制带电粒子的运动。如图甲所示的装置由加速区、静电分析器和偏转电场三部分组成。在发射源S处静止释放比荷未知的正离子，经过竖直放置的A、B板间的加速电压后进入电场均匀辐射方向分布的静电分析器，从C点射入沿半径为R的圆心角为53°的圆弧做匀速圆周运动，且从D点射出，经从偏转电场的P点射入，水平放置的G、H板间距为d，两板间加上如图乙的变化电压，G为正极板，该变化电压的最大值也为，且周期T远远大于离子在偏转电场中的运动时间，G、H板足够长，离子重力不计，已知，。求：
（1）圆弧虚线所在处电场强度E的大小；
（2）若离子源S在T时间内均匀发射N个正离子，则T时间内在G板上收集到的离子数n；
（3）离子打到G板上的长度。


4．（2023·浙江·一模）如图所示仪器是一种质谱仪，专门用来研究月球稀薄大气的成分，检测结果表明月球大气中含有氦气、氖气和氩气。被研究的气体进入离子生产装置后会被电离，根据需要被电离的气体离子经动能控制装置加速获得适当动能，再经由一个方向限制微孔垂直磁场边界DP进入垂直于纸面的匀强磁场，有的离子穿过磁场边界CD分别进入①、②接收装置，有的离子穿过磁场边界CQ进入③接收装置，因为三个离子接受装置固定安装，只能各自接受一定轨道半径的离子进入，①、②、③分别对应半径r1=12.1mm、r2=42.0mm、r3==63.5mm。磁场由永磁体提供，磁感应强度为B=0.43T，元电荷e=1.60×10-19C，核子质量m=1.67×10-27kg，氦、氖、氩原子质量数分别为4、20、40。设定∠CDP=∠DCQ=135°，求：
（1）若氦原子脱去一个电子，加速后通过磁场恰好进入接收装置①，求给氦离子加速所需的电压U1的大小；
（2）若氖原子脱去一个电子，加速后通过磁场恰好垂直CD进入接收装置②，求氖离子在磁场中运动的时间；
（3）若氩原子脱去一个电子，加速后通过磁场恰好垂直CQ进入接收装置③，如果离子束在进入磁场时速度方向有一个很小的发散角2α=6°，求氩离子通过边界CQ的宽度x。（计算结果均保留2位有效数字）

5．（2023·浙江·模拟预测）如图所示装置用电场和磁场来控制电子的运动，矩形区域存在竖直向下的匀强电场，电场区域宽度为d，长5l、宽为l的矩形区域存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B；为电场和磁场的分界线，点M、N间安装一个探测装置（M、N点为的三等分点）。一个电荷量为e、质量为m的电子从A点由静止被电场加速后垂直进入磁场，最后电子从磁场边界飞出。不计电子受到的重力。
（1）求电场强度的最大值；
（2）若探测装置只能接收垂直边界方向的电子（不包含M、N两点）。调节匀强电场的电场强度，求接收装置能接收的电子中速度的最小值；
（3）若电场和磁场的分界线存在薄隔离层，电子每次穿薄隔离层有动能损耗，其动能损失是每次穿越前动能的20%，穿越后运动方向不变，调节匀强电场的电场强度，使电子垂直MN被探测装置接收（不包含M、N两点），求被探测装置接收的电子在磁场区域中运动的时间。（可能用到的数据：0.82=0.64，0.83=0.512，0.84=0.4096，0.85=0.3277）

6．（2023·浙江·模拟预测）如图所示，间距、倾角的两根平行倾斜光滑导轨与间距相同的两根平行水平光滑导轨在b、e处平滑连接，导轨全部固定且水平导轨足够长。其中、两段用特殊光滑绝缘材料替代，导轨其余部分用电阻不计的金属材料制成，在导轨的a、d两点间串接一个阻值为的电阻，倾斜导轨所在区域分布着垂直导轨平面向上的、磁感应强度为的匀强磁场，水平导轨的右侧区域分布着竖直向下的、磁感应强度亦为的匀强磁场，将长度比导轨间距略大的金属棒A和C分别垂直导轨静置于导轨上，位置如图中所示，其中金属棒C离边界的距离为，某一时刻静止释放金属棒A，在其沿倾斜导轨下滑过程中始终受到一个与其运动方向相反且大小等于其对地速度k倍的阻力作用，其中，金属棒A在到达位置前已处于匀速运动状态。已知金属棒A的质量为、电阻为，金属棒C的质量为、电阻为。
（1）金属棒A下滑过程中，a、d两点哪点电势高？
（2）求金属棒A匀速下滑的速度大小；
（3）判断金属棒A能否与金属棒C发生碰撞？若能，请计算金属棒A进入右侧区域至碰撞前产生的焦耳热；若不能，请计算金属棒A进入右侧区域至到达稳定状态的过程中产生的焦耳热。
7．（2023·浙江·模拟预测）如图所示，在平面内，y轴的左侧存在着一个垂直纸面向外、磁感应强度大小的匀强磁场，在直线的右侧存在着另一个垂直纸面向外、磁感应强度大小为（未知）的匀强磁场。在y轴与直线之间存在着一个平行y轴的匀强电场，场强方向关于x轴对称，场强大小为，在原点O处可沿x轴负向发射初速度大小为、质量为m、电量为q的带正电粒子。求：
（1）粒子第一次穿过y轴的位置坐标；
（2）若粒子经磁场和x轴下方的电场各自偏转1次后，能回到原点，求的大小；
（3）若电场场强大小可调，，最终粒子能回到原点，求满足条件的所有场强的值。

8．（2023·浙江·模拟预测）如图所示，质量为，电阻为的均匀金属棒垂直架在水平面内间距为的两光滑金属导轨的右边缘处。下方的光滑绝缘圆弧轨道与光滑水平金属导轨相切，圆弧轨道半径为、对应圆心角为、水平金属导轨间距为，。是质量、电阻、各边长度均为的“U”形金属框，金属框上c、f两点与导轨、两点接触良好，所有导轨的电阻都不计。以点为坐标原点，沿水平向右方向建立x坐标轴，整个空间存在竖直方向的磁场（未画出），磁感应强度分布规律为（取竖直向上为正方向）。闭合开关S，金属棒水平抛出，下落高度时，恰好沿圆弧轨道上端的切线落入，接着沿圆弧轨道下滑进入水平导轨；起始时刻金属框固定，当棒与其碰前瞬间解除固定，且两者碰撞粘连后形成闭合金属框，棒与导轨始终接触良好，右侧水平面光滑绝缘。重力加速度。
（1）求棒从闭合开关S到水平抛出的过程中产生的冲量；
（2）求棒与金属框碰撞后瞬间的速度大小；
（3）求闭合金属框最终静止时边的位置坐标。

9．（2023·浙江·模拟预测）如图所示，MN是间距为d=1m的表面涂有特殊材料的倾斜金属导轨（倾角为30°）和光滑水平金属导轨的分界线，MN左侧的水平面上有匀强磁场B=0.5T，水平金属导轨间接有电阻R=4Ω，已知导体棒ab始终居中放置在导轨上并与导轨接触良好，导体棒ab质量m=1kg、长l=2m、电阻为2Ω。建立水平坐标系如图所示，导体棒ab开始静止在x=0处，现在施加水平拉力让导体棒ab运动到10m处撤去拉力，导体棒ab继续运动20m到MN，已知水平拉力F1与速度v的大小关系式为F1=。重力加速g=10m/s2，求：
（1）导体棒ab从静止开始运动10m做什么运动？
（2）导体棒运动到10m处时ab两端的电势差大小并指出ab两端电势谁高谁低；
（3）画出30m运动过程中的v-x图大致轮廓；（需要标出纵轴关键数据）
（4）当导体棒ab运动到MN时立刻施加平行倾斜金属导轨向上的拉力F2=0.1v+5（N），已知导体棒ab在倾斜金属导轨上运动时受到的摩擦力与速度大小关系式为f=0.05v（N），求导体棒ab在倾斜金属导轨上运动20m时速度大小以及摩擦力做的功。（不考虑导体棒经过MN处动能损失）

10．（2023·浙江·模拟预测）2021年7月20日，世界首套时速600公里高速磁浮交通系统在青岛亮相，这是当前速度最快的地面交通工具，如图甲所示。超导磁悬浮列车是通过周期性变换磁极方向而获得推进动力。其原理如下：固定在列车下端的矩形金属框随车平移，金属框与轨道平行的一边长为d。轨道区域内存在垂直于金属框平面磁场，如图乙所示磁感应强度随到MN边界的距离大小而按图丙所呈现的正弦规律变化，其最大值为。磁场以速度、列车以速度沿相同的方向匀速行驶，且，从而产生感应电流，金属线框受到的安培力即为列车行驶的驱动力。设金属框电阻为R，轨道宽为l，求：
（1）线框在运动过程中产生的感应电动势最大值；
（2）如图丙所示，时刻线框左右两边恰好和磁场I两边界重合，写出线框中感应电流随时间变化的表达式；
（3）从时刻起列车匀速行驶s距离的过程中，矩形金属线框产生的焦耳热。

11．（2023·浙江·一模）如图所示，间距为、倾角为的两根平行倾斜光滑导轨与间距相同的两根平行水平光滑导轨在、处平滑连接，导轨全部固定，其中、两段用绝缘材料制成，其余部分用电阻不计的金属材料制成。两点间有一个电容为的电容器，整个导轨区域存在竖直方向的磁感应强度为的匀强磁场（图中未标注）将长度比导轨间距略大、质量均为、电阻均为的导体棒和B静止置于导轨上，锁定导体棒B，给导体棒施加一个在倾斜导轨平面内且垂直于导体棒的外力，使其沿倾斜导轨向下做初速度为0的匀加速直线运动。外力作用时间，导体棒恰好以的速度运动至处并进入水平导轨，此时撤去外力，同时释放导体棒。两根导体棒在到达前发生弹性相碰，碰撞刚结束，马上移去导体棒。整个过程中两根导体棒始终与导轨垂直，水平导轨右侧部分足够长。导体棒初始所在位置离倾斜导轨末端的距离，试求：
（1）外力作用期间，其大小随时间的变化关系式；
（2）从释放导体棒至发生弹性碰撞前，导体棒上产生的焦耳热；
（3）最终稳定时，电容器所带电量。

12．（2023·浙江·模拟预测）如图所示，平面直角坐标系中，在轴上方和下方存在场强大小相等、方向相反（均平行与轴）的匀强电场，在轴下方和间存在垂直坐标平面向外的匀强磁场，一质量为、电荷量为的带正电粒子，经过轴上的点时的速率为，方向沿轴正方向，然后经过轴上的点进入磁场，经偏转垂直虚线进入下方电场，不计粒子重力，，，求：
（1）粒子到达点时的速度大小和方向；
（2）电场强度和磁感应强度的大小；
（3）粒子从点出发后至第5次经过轴所经历的时间及此时经过轴的位置坐标。

13．（2023·浙江·模拟预测）如图所示，在平面直角坐标xOy中，在第三象限有一电压U=1.0×104V的加速电场，第二象限有一圆弧状静电分析器，静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场，其圆心在坐标原点O处。在第一象限及y