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    2023届上海市高考物理模拟试题知识点分类训练【高考二轮复习】:电磁学解答题(中档题)

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    2023届上海市高考物理模拟试题知识点分类训练【高考二轮复习】:电磁学解答题(中档题)

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    这是一份2023届上海市高考物理模拟试题知识点分类训练【高考二轮复习】:电磁学解答题(中档题),共16页。试卷主要包含了解答题等内容,欢迎下载使用。
    2023届上海市高考物理模拟试题知识点分类训练【高考二轮复习】:电磁学解答题(中档题) 一、解答题1.(2023·上海闵行·统考二模)如图(a),竖直放置足够长的光滑平行金属导轨,导轨间距L=1m,上端用阻值为R=10Ω的电阻相连。整个装置处于磁感应强度B=1T的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向内。质量为m=0.5kg,电阻不计的金属棒ab从轨道底部以v0=10m/s开始竖直向上运动,然后又向下返回直至匀速运动。运动过程中ab始终与导轨垂直且良好接触,空气阻力不计。求:1ab刚开始运动时R中的电流大小和方向;2ab刚开始运动时的加速度a0和匀速下滑时的速度v13)比较ab上升过程的时间t与下落返回至出发点的时间t的长短;4)以ab的出发点为原点,竖直向上建立x轴,若ab在上升过程中的v-x图像如图(b)所示,求图像与坐标轴所包围的面积S2.(2023·上海金山·统考二模)如图所示,两根固定的光滑金属轨道间距为L,与水平面夹角为θ,轨道间存在垂直轨道平面向上的磁场,磁感应强度大小为B。质量均为m、电阻均为R的金属杆abcd同时从轨道上由静止释放。ab杆释放位置与轨道底部的挡板相距为d,撞击挡板后立即停止。轨道足够长且电阻忽略不计,重力加速度为g1)求ab杆释放瞬间时的加速度大小;2)分析并写出ab杆下滑过程中速度随时间变化的关系式;3)分析d取不同值时,cd杆在ab停止后继续下滑过程中可能的速度变化情况。3.(2023·上海宝山·统考一模)如图所示,两根相距0.5m的平行光滑导轨竖直放置,处在垂直于其平面的匀强磁场中,导轨的电阻不计。两根质量均为 0.04kg 的金属棒abcd都与导轨接触良好,ab棒的电阻为,用绝缘细线拉住;cd棒的电阻不计,它正以2.5m/s的速度做竖直向下的匀速直线运动,其下面部分的导轨足够长。导轨下端连接阻值为的电阻R和电键S。忽略ab棒和cd棒之间的相互作用,g10m/s21)求电键S断开时细线对ab棒的拉力大小;2)求匀强磁场的磁感强度大小;3)求合上电键S瞬间cd棒的加速度;4)试分析说明合上电键S后,cd棒将做怎样的运动?4.(2023·上海奉贤·统考二模)如图甲所示,PQ为水平面内平行放置的金属长直导轨,间距为d,处在大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中。一根质量为m、电阻为r的导体棒ef垂直于PQ放在导轨上,导体棒efPQ导轨之间的动摩擦因素为。质量为M的正方形金属框abcd,边长为L,每条边的电阻均为r,用绝缘细线悬挂在竖直平面内,ab边水平,金属框的ab两点通过细导线与导轨相连,金属框处于大小也为B、方向垂直框面向里的匀强磁场中,不计其余电阻和细导线对ab点的作用力。现用一电动机以恒定功率沿导轨方向水平牵引导体棒ef向左运动,从导体棒开始运动计时,悬挂线框的细线拉力FT随时间t的变化如图乙所示,g为重力加速度。1)写出导体棒ef运动过程中感应电流的方向;2)求t0时间以后通过ab边的电流大小;3)求t0时间以后导体棒ef运动的速度大小;4)求电动机的牵引力功率P5.(2023·上海徐汇·统考二模)如图所示,平行长直金属导轨MNPQ固定在同一水平面内,两导轨间距L=1m,左端接有阻值R=4Ω的定值电阻。导轨间存在垂直导轨平面的匀强磁场,磁感强度B=0.5T。质量m=0.5kg的导体棒ab垂直导轨放置,以v0=4m/s的初速度沿导轨向右滑行s=1.5m后减速到零。滑行过程中导体棒与导轨始终接触良好,导体棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.5,不计导体棒与导轨电阻,重力加速度g10m/s21)求v0=4m/s时导体棒ab上电流I0的大小;2)定量分析ab滑行过程中整个装置内的能量转化情况;3)求导体棒滑行过程中最大加速度a的大小。6.(2023·上海浦东新·统考一模)如图(a)所示,两根平行的光滑金属导轨上端与阻值为的电阻相连,导轨平面与水平面夹角为,导轨间距为。水平的虚线所夹区域存在两个垂直于导轨平面向上的有界匀强磁场,其中磁场磁感应强度大小为,磁场磁感应强度大小未知。一根水平放置的导体棒从图示位置由静止释放,经时间进入。以磁场的上边界为坐标原点,沿导轨建立轴,导体棒在磁场中运动时电阻的功率与导体棒的位置坐标的关系如图(b)所示。导轨和导体棒的电阻不计,重力加速度取,求:1)棒进入磁场时受到的安培力方向及速度的大小;2)分析描述导体棒在磁场中的运动性质;3)磁场磁感应强度的大小。7.(2023·上海静安·统考一模)如图所示,间距L=1mU形金属导轨固定在绝缘水平桌面上,其一端接有阻值为0.2Ω的定值电阻R,导轨电阻忽略不计。质量均为m=0.2 kg的匀质导体棒ab静止在导轨上,两导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直,接入电路的阻值,与导轨间的动摩擦因数均为(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力),导体棒a距离导轨最右端s=2 m。整个空间存在竖直向下的匀强磁场(图中未画出),磁感应强度大小B=0.2T。现用沿导轨水平向右大小F=0.95N的恒力拉导体棒a,当导体棒a运动到导轨最右端时,导体棒b刚要滑动。取,不计空气阻力。1)分析说明导体棒a在导轨上运动的过程中,导体棒b有向什么方向运动的趋势;2)导体棒a离开轨道时的速度v的大小;3)导体棒a在导轨上运动的过程中,定值电阻R中产生的热量4)定性画出导体棒a在导轨上运动的过程中,拉力F的功率随时间变化的图像。8.(2023·上海·模拟预测)如图(a)所示,足够长的光滑平行导轨倾角,宽L = 0.6m,处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度B = 1T。上端接有的滑动变阻器和电阻性元件的伏安特性曲线如图(b)所示,一根内阻不计、质量m=0.033kg的金属棒MN跨接在导轨上。现将调至某阻值,然后金属棒由静止释放,最终沿导轨匀速下滑,在金属棒匀速下滑的过程中(sin37°=0.6cos37°=0.8g=10m/s2),求:1)金属棒MN中电流的大小和方向;2)若流经的电流之比为,求金属棒匀速下滑的速度大小;3)若调至不同阻值,回路消耗的电功率能否为0.7W,说明理由。
    参考答案:1.(1,方向由左向右;(2,方向竖直向下,;(3;(4【详解】(1)棒在磁场中运动产生的动生电动势为流过电阻的电流强度为:电流方向由左向右                                                2)对初始时刻进行受力分析:根据牛顿第二定律得其中代入数据解得方向竖直向下;                                                   对匀速下滑时的进行受力分析,如图所示由受力平衡的条件得电动势为电流为代入数据解得3)由于在上升和下降过程中安培力一直做负功,所以上升和下降经过同一位置时,上升的速度大于下降的速度,可知上升过程的平均速度大于下降过程的平均速度,而上升和下降的位移大小相同,根据可得4)由能量守恒知道,的初动能在上升过程中转化为重力势能的增量和电阻产生的焦耳热,即代入数据解得由功能关系知,物体克服安培力做功等于电能的增加量,也就是全电路的焦耳热,即克服安培力做功大小即为图中曲线和坐标轴所围成的面积,而安培力大小为每时每刻都是速度倍,因此图中曲线和坐标轴所围成的面积是图与坐标轴所包围的面积S倍,那么可得2.(1agsinθ;(2vgtsinθ;(3)见解析【详解】(1ab杆释放瞬间时受力如图所示根据牛顿第二定律有可得agsinθ2)回路中没有感应电流,两杆保持相同的速度下滑,ab的加速度保持不变,做初速为零的匀加速直线运动,则有3ab杆撞击挡板时,cd杆的速度大小为v,且v22dgsinθab杆撞击后立即停止运动,回路中开始产生感应电流,cd棒受力如图所示。因FABILFAmgsinθ,则mgsinθ可得d可知d时,cd杆将匀速运动。d时,两棒的初始间距未知,cd杆可能先减速下滑,再匀速运动;也可能一直减速下滑。d时,cd杆可能先加速下滑,再匀速运动;也可能一直加速下滑。3.(10.8N;(20.8T;(310m/s2;(4)见解析【详解】(1)对于ab棒,有对于cd棒,有又因为所以 FT = 2mg = 2×0.04×10 N = 0.8 N2)因为推得B = 0.8 T3)合上电键 S 瞬间,cd 棒的受力图如图因为所以对于cd棒运用牛顿第二定律,有a = 10 m/s24)合上电键 S 后,由于 cd 棒所受的合力方向与速度方向相反,所以cd棒做减速运动;又由于对于 cd 棒的运动状态来说,有所以随着速度v的减小,加速度 a 不断减小,直到cd 棒开始做匀速直线运动。总之,合上电键 S 后,cd 棒将做加速度减小的减速运动,并将趋于匀速直线运动。4.(1)导体棒中感应电流的方向由e指向f;(2;(3;(4【详解】(1)由右手定则可知,当导体棒ef向左运动,导体棒中感应电流的方向由e指向f2)由图乙可知,时刻开始,拉力恒定,故回路中电流恒定,设边的电流为边的电流为,则由平衡条件可得由图像知三边电阻串联后再与边电阻并联,所以由并联电路的特点可得联立以上各式可得3)根据导体框的受力情况可知,时刻以后导体棒ef将做匀速直线运动,设导体棒ef和导体框组成的闭合电路的干路电流为,则由(2)中可得设导体棒ef运动的速度大小为,产生的感应电动势为,则有由闭合电路的欧姆定律有联立以上各式可得4)导体棒ef做匀速运动,设电动机的牵引力为,则由平衡条件可得电动机牵引力的功率为联立解得5.(10.5A;(2)见解析;(35.5m/s2【详解】(1)当v0=4m/s时导体棒ab上感应电动势ab上电流2)整个过程中摩擦力做功转化为摩擦生热转化为焦耳热的量3)导体棒刚开始滑行时安培力向左最大,此时加速度最大,则滑行过程中最大加速度6.(1)安培力的方向平行于轨道斜向上;;(2)导体棒在磁场中向下以做匀速直线运动;(3【详解】(1)棒进入磁场时受到的安培力应阻碍棒相对于轨道向下运动,则棒进入磁场时受到的安培力方向平行于轨道斜向上;设棒进入磁场时,电路电流为,根据图(b)可知,解得棒进入磁场时产生的感应电动势为根据闭合电路欧姆定律可得联立解得2)根据图(b)可知,内,电阻的功率保持不变,则回路电流保持不变,回路电动势保持不变,棒进入磁场时产生的感应电动势保持不变,故导体棒在磁场中向下以做匀速直线运动。3)根据图(b)可知,棒刚进入磁场时,电阻的功率为,设此时电流为,则有解得棒进入磁场时产生的感应电动势为根据闭合电路欧姆定律可得联立解得7.(1)水平向左运动的趋势;(2;(3;(4【详解】(1)导体棒a向右运动切割磁感线,产生感应电动势,根据右手定则判断电流方向,再对导体棒b分析,导体棒b电流是从外向里流,根据左手定则判断安培力方向水平向左,故导体棒b有水平向左运动的趋势;2)导体棒a离开轨道时,导体棒b刚要滑动,根据受力分析得导体棒电阻和定值电阻相等,根据并联电路电流关系和电阻关系可得根据电磁感应定律得根据闭合电路欧姆定律联立解得3)根据能量守恒得,拉力做功转化为摩擦产生的内能,导体棒a的动能和转化电路产生的焦耳热,即回路中导体棒ab和电阻R通过的电流比是2:1:1,电阻相等,由焦耳定律可知产生的焦耳热之比为联立可得定值电阻R中产生的热量4)导体棒a在导轨上运动的过程中,拉力F为恒力,故拉力的功率与运动的速度成正比,导体棒在运动过程中做加速度减小的加速运动,故拉力F的功率随时间变化的图像为8.(10.33A,方向NM;(2;(3)不能,理由见解析【详解】(1) 金属棒匀速下滑,受力如图,根据物体的平衡条件方向NM(2) 流经的电流之比为由图(b)可知感应电动势为E=BLv 所以金属棒匀速下滑的速度为(3) 调至不同阻值,金属棒匀速下滑时,总电流还是 设流经的电流为I,两端的电压为U,则 在图(b)中画出图线,图线在I轴上的截距为,斜率的绝对值为,当时,斜率最小,与的伏安特性曲线交点的U值最大,如图所示,这时回路消耗的最大电功率为故回路消耗的电功率不可能为 

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