2019届高考物理二轮复习第二部分热点训练十二电磁学综合题
- 格式:docx
- 大小:390.13 KB
- 文档页数:14
2019年高考物理试题汇编—电磁感应编辑整理:尊敬的读者朋友们:这里是精品文档编辑中心,本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的,发布之前我们对文中内容进行仔细校对,但是难免会有疏漏的地方,但是任然希望(2019年高考物理试题汇编—电磁感应)的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈,这将是我们进步的源泉,前进的动力。
本文可编辑可修改,如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅,最后祝您生活愉快业绩进步,以下为2019年高考物理试题汇编—电磁感应的全部内容。
2018普通高校招生考试试题汇编—电磁感应24.(2018全国卷1).(15分)(注意:在试题卷上作答无效)如图,两根足够长的金属导轨ab 、cd 竖直放置,导轨间距离为L 1电阻不计。
在导轨上端并接两个额定功率均为P 、电阻均为R 的小灯泡。
整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度方向与导轨所在平面垂直。
现将一质量为m 、电阻可以忽略的金属棒MN 从图示位置由静止开始释放。
金属棒下落过程中保持水平,且与导轨接触良好。
已知某时刻后两灯泡保持正常发光.重力加速度为g 。
求:(1)磁感应强度的大小:(2)灯泡正常发光时导体棒的运动速率.解析:每个灯上的额定电流为I=U =(1)最后MN 匀速运动故:B2IL=mg B =(2)U=BLv 得:2P v mg==6.如图,EOF 和为空间一匀强磁场的边界,其中EO∥E O F ''',FO∥E O '',且EO⊥OF; 为∠EOF 的角平分线,F O ''OO 'OO '间的距离为l ;磁场方向垂直于纸面向里。
一边长为l 的正方形导线框沿方向匀速通过磁场,t =0时刻恰好位于图OO '示位置。
规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正,则感应电流i 与实践t 的关系图线可能正确的是7.(2018海南).自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的,很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡献。
电磁感应1.(2019·新课标全国Ⅰ卷)空间存在一方向与直面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图(a )中虚线MN 所示,一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S ,将该导线做成半径为r 的圆环固定在纸面内,圆心O 在MN 上。
t =0时磁感应强度的方向如图(a )所示。
磁感应强度B 随时间t 的变化关系如图(b )所示,则在t =0到t =t 1的时间间隔内A .圆环所受安培力的方向始终不变B .圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C .圆环中的感应电流大小为004B rS t ρD .圆环中的感应电动势大小为200π4B r t 【答案】BC【解析】AB 、根据B-t 图象,由楞次定律可知,线圈中感应电流方向一直为顺时针,但在t 0时刻,磁场的方向发生变化,故安培力方向A F 的方向在t 0时刻发生变化,则A 错误,B 正确;CD 、由闭合电路欧姆定律得:E I R =,又根据法拉第电磁感应定律得:,又根据电阻定律得:2r R S πρ=,联立得:004B rS I t ρ=,则C 正确,D 错误。
故本题选BC 。
2.(2019·新课标全国Ⅱ卷)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 进入磁场时加速度变小恰好为零,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【答案】AD【解析】于PQ进入磁场时加速度为零,AB.若PQ出磁场时MN仍然没有进入磁场,则PQ出磁场后至MN 进入磁场的这段时间,由于磁通量φ不变,无感应电流。
由于PQ、MN同一位置释放,故MN进入磁场时与PQ进入磁场时的速度相同,所以电流大小也应该相同,A正确B错误;CD.若PQ出磁场前MN已经进入磁场,由于磁通量φ不变,PQ、MN均加速运动,PQ出磁场后,MN由于加速故电流比PQ进入磁场时电流大,故C正确D错误。
专题12电磁感应1.(2019·新课标全国Ⅰ卷)空间存在一方向与直面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图(a )中虚线MN 所示,一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S ,将该导线做成半径为r 的圆环固定在纸面内,圆心O 在MN 上。
t =0时磁感应强度的方向如图(a )所示。
磁感应强度B 随时间t 的变化关系如图(b )所示,则在t =0到t =t 1的时间间隔内A .圆环所受安培力的方向始终不变B .圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C .圆环中的感应电流大小为004B rS t ρD .圆环中的感应电动势大小为200π4B r t 【答案】BC【解析】AB 、根据B-t 图象,由楞次定律可知,线圈中感应电流方向一直为顺时针,但在t 0时刻,磁场的方向发生变化,故安培力方向A F 的方向在t 0时刻发生变化,则A 错误,B 正确;CD 、由闭合电路欧姆定律得:E I R =,又根据法拉第电磁感应定律得:,又根据电阻定律得:2r R Sπρ=,联立得:004B rS I t ρ=,则C 正确,D 错误。
故本题选BC 。
2.(2019·新课标全国Ⅱ卷)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 进入磁场时加速度变小恰好为零,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【答案】AD【解析】于PQ进入磁场时加速度为零,AB.若PQ出磁场时MN仍然没有进入磁场,则PQ 出磁场后至MN进入磁场的这段时间,由于磁通量φ不变,无感应电流。
由于PQ、MN同一位置释放,故MN进入磁场时与PQ进入磁场时的速度相同,所以电流大小也应该相同,A正确B错误;CD.若PQ出磁场前MN已经进入磁场,由于磁通量φ不变,PQ、MN均加速运动,PQ出磁场后,MN由于加速故电流比PQ进入磁场时电流大,故C正确D错误。
2019年高考物理试题磁场1.某空间存在匀强磁场和匀强电场。
一个带电粒子(不计重力)以一定初速度射入该空间后,做匀速直线运动;若仅撤除电场,则该粒子做匀速圆周运动,下列因素与完成上述两类运动无关的是A.磁场和电场的方向B.磁场和电场的强弱C.粒子的电性和电量D.粒子入射时的速度【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理(北京卷)【答案】C拓展:本题考查了带电粒子在复合场中的运动,实际上是考查了速度选择器的相关知识,注意当粒子的速度与磁场不平行时,才会受到洛伦兹力的作用,所以对电场和磁场的方向有要求的。
2.(多选)如图,纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2,L1中的电流方向向左,L 2中的电流方向向上;L1的正上方有a、b两点,它们相对于L2对称。
整个系统处于匀强外磁场中,外磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外。
已知a、b两点的磁感应强度大小分别为和,方向也垂直于纸面向外。
则()A.流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为B.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为C.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为D.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为【来源】2018年普通高等学校招生全国统一考试物理(全国II卷)【答案】AC拓展:磁场强度是矢量,对于此题来说ab两点的磁场强度是由三个磁场的叠加形成,先根据右手定则判断导线在ab两点产生的磁场方向,在利用矢量叠加来求解即可。
3.(多选)如图,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。
将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态。
下列说法正确的是()A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动B.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向C.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理(新课标I卷)【答案】AD【拓展】此题中套在一根铁芯上的两个线圈,实际上构成一个变压器。
高考物理二轮复习专题试卷----电场试题-Word 版试卷及答案解析学号: 姓名:一、选择题1.某电场的分布如图所示,带箭头的实线为电场线,虚线为等势面.A 、B 、C 三点的电场强度分别为EA 、EB 、EC ,电势分别为、、,关于这三点的电场强度和电势的关系,以下判断正确的是( )A ϕB ϕCϕA .EA<EB ,= B .EA>EB ,>B ϕC ϕA ϕB ϕC .EA>EB ,<D .EA=EC ,=A ϕB ϕB ϕCϕ2.[2011·海南物理卷] 关于静电场,下列说法正确的是( ) A .电势等于零的物体一定不带电 B .电场强度为零的点,电势一定为零 C .同一电场线上的各点,电势一定相等D .负电荷沿电场线方向移动时,电势能一定增加3.示波管是示波器的核心部件,它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成,如图所示.如果在荧光屏上P 点出现亮斑,那么示波管中的( )A.极板应带正电 XB.极板应带正电X 'C.极板应带负电 YD.极板应带正电Y '4.如图1所示,从F 处释放一个无初速的电子向B 板方向运动,指出下列对电子运动的描述中错误的是(设电源电动势为E)( )A .电子到达B 板时的动能是E eV B .电子从B 板到达C 板动能变化量为零 C .电子到达D 板时动能是3E eV D .电子在A 板和D 板之间做往复运动5.如图2所示,静止的电子在加速电压U1的作用下从O 经P 板的小孔射出,又垂直进入平行金属板间的电场,在偏转电压U2的作用下偏转一段距离.现使U1加倍,要想使电子的 运动轨迹不发生变化,应该 ( )A .使U2加倍B .使U2变为原来的4倍C .使U2变为原来的倍D .使U2变为原来的1/26.如图10所示,D 是一只理想二极管,电流只能从a 流向b ,而不能从b 流向a.平行板电容器的A 、B 两极板间有一电荷,在P 点处于静止状态.以E 表示两极板间的电场强度,U 表示两极板间的电压,Ep 表示电荷在P 点的电势能.若保持极板B 不动,将极板A 稍向上平移,则下列说法中正确的是 ( )A .E 变小B .U 变大C .Ep 变大D .电荷仍保持静止7.(2010·泰安质检)传感器是一种采集信息的重要器件,图6所示是一种测定压力的电容式传感器.当待测压力F 作用于可动膜片电极上时,以下说法中正确的是 ( )A .若F 向上压膜片电极,电路中有从a 到b 的电流B .若F 向上压膜片电极,电路中有从b 到a 的电流C .若F 向上压膜片电极,电路中不会出现电流D .若电流表有示数,则说明压力F 发生变化 8.用控制变量法,可以研究影响平行板电容器电容的因素(如图).设两极板正对面积为S,极板间的距离为d,静电计指针偏角为θ.实验中,极板所带电荷量不变,若( )A.保持S 不变,增大d,则θ变大B.保持S 不变,增大d,则θ变小C.保持d 不变,减小S,则θ变小D.保持d 不变,减小S,则θ不变。
2019年高三第二次综合练习理综物理含答案xx.5本试卷共16页,共300分。
考试时长150分钟。
考生务必将答案答在答题卡上,在试卷上作答无效。
考试结束后,将本试卷和答题卡一并交回。
以下数据可供解题时参考:可能用到的相对原子质量:本部分共20小题,每小题6分,共120分。
在每小题列出的四个选项中,选出最符合题目要求的一项。
13.下列四种现象中与光的干涉有关的是A.雨后空中出现彩虹B.肥皂泡的表面呈现彩色C.一束白光通过三棱镜后形成彩色光带D.一束白光通过很窄的单缝后在光屏上形成彩色光带14.图为氢原子的能级示意图。
现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当这些氢原子向低能级跃迁时A.能发出3种不同频率的光B.能发出4种不同频率的光C.能发出5种不同频率的光D.能发出6种不同频率的光15.如图所示,一理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2=4:1,电阻R=55Ω。
原线圈两端接一正弦式交变电流,其电压的有效值为220V。
则原线圈中电流的大小为A.0.25A B.1.0AC.4.0A D.16A16.某质点做简谐运动,其位移随时间变化的关系式为(cm),则A.质点的振幅为16cmB.质点的振动周期为2sC.在0~1s内,质点的速度逐渐减小D.在1~2s内,质点的动能逐渐减小17.如图1所示,矩形线圈位于一变化的匀强磁场内,磁场方向垂直线圈所在的平面(纸面)向里,磁感应强度B随时间t的变化规律如图2所示。
用I表示线圈中的感应电流,取顺时针方向的电流为正。
则图3中的I-t图像正确的是18.2013年12月2日1时30分,嫦娥三号探测器由长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心发射,首次实现月球软着陆和月面巡视勘察。
嫦娥三号的部分飞行轨道示意图如图所示。
假设嫦娥三号在圆轨道和椭圆轨道上运动时,只受到月球的万有引力。
下列说法中正确的是A.嫦娥三号沿椭圆轨道从P点运动到Q点的过程中,速度逐渐变小B.嫦娥三号沿椭圆轨道从P点运动到Q点的过程中,月球的引力对其做负功C.若已知嫦娥三号在圆轨道上运行的半径、周期和引力常量,则可计算出月球的密度D.嫦娥三号在椭圆轨道经过P点时和在圆形轨道经过P点时的加速度相等19.在课堂中,老师用如图所示的实验研究平抛运动。
专题九电磁感应定律及综合应用电磁感应是电磁学中最为重要的内容,也是高考命题频率最高的内容之一。
题型多为选择题、计算题。
主要考查电磁感应、楞次定律、法拉第电磁感应定律、自感等知识。
本部分知识多结合电学、力学部分出压轴题,其命题形式主要是电磁感应与电路规律的综合应用、电磁感应与力学规律的综合应用、电磁感应与能量守恒的综合应用。
复习中要熟练掌握感应电流的产生条件、感应电流方向的判断、感应电动势的计算,还要掌握本部分内容与力学、能量的综合问题的分析求解方法。
预测高考重点考查法拉第电磁感应定律及楞次定律和电路等效问题.综合试题还是涉及到力和运动、动量守恒、能量守恒、电路分析、安培力等力学和电学知识.主要的类型有滑轨类问题、线圈穿越有界磁场的问题、电磁感应图象的问题等.此除日光灯原理、磁悬浮原理、电磁阻尼、超导技术这些在实际中有广泛的应用问题也要引起重视。
知识点一、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律的内容是感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比.在具体问题的分析中,针对不同形式的电磁感应过程,法拉第电磁感应定律也相应有不同的表达式或计算式.磁通量变化的形式表达式备注通过n 匝线圈内的磁通量发生变化E =n ·ΔΦΔt(1)当S 不变时,E =nS ·ΔB Δt (2)当B 不变时,E =nB ·ΔS Δt 导体垂直切割磁感线运动E =BLv 当v ∥B 时,E =0导体绕过一端且垂直于磁场方向的转轴匀速转动E =12BL 2ω线圈绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动E =nBSω·sin ωt 当线圈平行于磁感线时,E 最大为E =nBSω,当线圈平行于中性面时,E =0知识点二、楞次定律与左手定则、右手定则1.左手定则与右手定则的区别:判断感应电流用右手定则,判断受力用左手定则.2.应用楞次定律的关键是区分两个磁场:引起感应电流的磁场和感应电流产生的磁场.感应电流产生高考物理二轮复习:电磁感应定律及综合应用知识点解析及专题练习的磁场总是阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化,“阻碍”的结果是延缓了磁通量的变化,同时伴随着能量的转化.3.楞次定律中“阻碍”的表现形式:阻碍磁通量的变化(增反减同),阻碍相对运动(来拒去留),阻碍线圈面积变化(增缩减扩),阻碍本身电流的变化(自感现象).知识点三、电磁感应与电路的综合电磁感应与电路的综合是高考的一个热点内容,两者的核心内容与联系主线如图4-12-1所示:1.产生电磁感应现象的电路通常是一个闭合电路,产生电动势的那一部分电路相当于电源,产生的感应电动势就是电源的电动势,在“电源”内部电流的流向是从“电源”的负极流向正极,该部分电路两端的电压即路端电压,U =R R +rE .2.在电磁感应现象中,电路产生的电功率等于内外电路消耗的功率之和.若为纯电阻电路,则产生的电能将全部转化为内能;若为非纯电阻电路,则产生的电能除了一部分转化为内能,还有一部分能量转化为其他能,但整个过程能量守恒.能量转化与守恒往往是电磁感应与电路问题的命题主线,抓住这条主线也就是抓住了解题的关键.在闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流的问题中,机械能转化为电能,导体棒克服安培力做的功等于电路中产生的电能.说明:求解部分导体切割磁感线产生的感应电动势时,要区别平均电动势和瞬时电动势,切割磁感线的等效长度等于导线两端点的连线在运动方向上的投影.高频考点一对楞次定律和电磁感应图像问题的考查例1、(多选)(2019·全国卷Ⅰ·20)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图4(a)中虚线MN 所示.一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S ,将该导线做成半径为r 的圆环固定在纸面内,圆心O 在MN 上.t =0时磁感应强度的方向如图(a)所示;磁感应强度B 随时间t 的变化关系如图(b)所示.则在t =0到t =t 1的时间间隔内()图4A.圆环所受安培力的方向始终不变B.圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C.圆环中的感应电流大小为B0rS4t0ρD.圆环中的感应电动势大小为B0πr24t0【举一反三】(2018年全国II卷)如图,在同一平面内有两根平行长导轨,导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域,区域宽度均为l,磁感应强度大小相等、方向交替向上向下。
书山有路勤为径,学海无涯苦作舟2019高考物理真题·电磁学综合题及答案(8道题)1.如图所示,匀强磁场的磁感应强度大小为B .磁场中的水平绝缘薄板与磁场的左、右边界分别垂直相交于M 、N ,MN =L ,粒子打到板上时会被反弹(碰撞时间极短),反弹前后水平分速度不变,竖直分速度大小不变、方向相反.质量为m 、电荷量为-q 的粒子速度一定,可以从左边界的不同位置水平射入磁场,在磁场中做圆周运动的半径为d ,且d <L ,粒子重力不计,电荷量保持不变. (1)求粒子运动速度的大小v ;(2)欲使粒子从磁场右边界射出,求入射点到M 的最大距离d m ; (3)从P 点射入的粒子最终从Q 点射出磁场,PM =d ,QN =2d,求粒子从P 到Q 的运动时间t .【来源】江苏省2019年高考物理试题【答案】(1)qBd v m =;(2)m d =;(3)A.当1L nd d =+(时,π2L m t d qB =(),B.当L nd d =+(时, π2L m t d qB =-()分析:(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动由洛伦兹力提供向心力有:2v qvB m R=,解得:mv R qB = 由题可得:R d = 解得qBdv m=; (2)如图所示,粒子碰撞后的运动轨迹恰好与磁场左边界相切解得m d =(3)粒子的运动周期2πmT qB=设粒子最后一次碰撞到射出磁场的时间为t ',则 (1,3,5,)4Tt nt n '=+=A.当1L nd d =+(时,粒子斜向上射出磁场 112t T '=解得π2L m t d qB =+()B.当L nd d =+(时,粒子斜向下射出磁场 512t T '=解得π2L m t d qB =-().2.空间存在一方向竖直向下的匀强电场,O 、P 是电场中的两点.从O 点沿水平方向以不同速度先后发射两个质量均为m 的小球A 、B .A 不带电,B 的电荷量为q (q >0).A 从O 点发射时的速度大小为v 0,到达P 点所用时间为t ;B 从O 点到达P 点所用时间为2t.重力加速度为g ,求 (1)电场强度的大小;(2)B 运动到P 点时的动能.【来源】2019年全国统一高考物理试卷(新课标Ⅲ)【答案】(1)3mg E q=;(2)222k 0=2()E m v g t +分析:(1)设电场强度的大小为E ,小球B 运动的加速度为a .根据牛顿定律、运动学公式和题给条件,有 mg +qE =ma ①2211()222t a gt =② 解得3mg E q=③(2)设B 从O 点发射时的速度为v 1,到达P 点时的动能为E k ,O 、P 两点的高度差为h ,根据动能定理有2k 112E mv mgh qEh -=+④且有102tv v t =⑤ 21书山有路勤为径,学海无涯苦作舟联立③④⑤⑥式得222k 0=2()E m v g t +⑦ 3.如图所示,匀强磁场中有一个用软导线制成的单匝闭合线圈,线圈平面与磁场垂直.已知线圈的面积S =0.3m 2、电阻R =0.6Ω,磁场的磁感应强度B =0.2T.现同时向两侧拉动线圈,线圈的两边在Δt =0.5s 时间内合到一起.求线圈在上述过程中 (1)感应电动势的平均值E ;(2)感应电流的平均值I ,并在图中标出电流方向; (3)通过导线横截面的电荷量q .【来源】江苏省2019年高考物理试题【答案】(1)E =0.12V ;(2)I =0.2A (电流方向见图);(3)q =0.1C分析:(1)由法拉第电磁感应定律有: 感应电动势的平均值E t∆Φ=∆ 磁通量的变化B S ∆Φ=∆ 解得:B SE t∆=∆ 代入数据得:E =0.12V ;(2)由闭合电路欧姆定律可得: 平均电流E I R=代入数据得I =0.2A由楞次定律可得,感应电流方向如图:(3)由电流的定义式qI t=∆可得:电荷量q =I ∆t 代入数据得q =0.1C 。
2019年高考物理热点题型归纳整合-电磁感应综合问题题型一以“单杆”模型考查电磁感应综合问题1.“单杆”模型是电磁感应中常见的物理模型,此类问题所给的物理情景一般是导体棒垂直切割磁感线,在安培力、重力、拉力作用下的变加速直线运动或匀速直线运动,所涉及的知识有牛顿运动定律、功能关系、能量守恒定律等。
此类问题的分析要抓住三点:①杆的稳定状态一般是匀速运动(达到最大速度或最小速度,此时合力为零)。
②整个电路产生的电能等于克服安培力所做的功。
③电磁感应现象遵从能量守恒定律。
2.力学对象和电学对象间的桥梁——感应电流I、切割速度v3.用“四步法”分析电磁感应中的动力学问题例1.真空管道超高速列车的动力系统是一种将电能直接转换成平动动能的装置。
图是某种动力系统的简化模型,图中粗实线表示固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨,电阻忽略不计。
ab和cd是两根与导轨垂直、长度均为l、电阻均为R的金属棒,通过绝缘材料固定在列车底部,并与导轨良好接触,其间距也为l,列车的总质量为m。
列车启动前,ab、cd处于碰感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下,如图1所示。
为使列车启动,需在M、N间连接电动势为E的直流电源,电源内阻及导线电阻忽略不计,列车启动后电源自动关闭。
(1)要使列车向右运行,启动时图中M、N哪个接电源正极,并简要说明理由;(2)求刚接通电源时列车加速度a 的大小;(3)列车减速时,需在前方设置如图所示的一系列磁感应强度为B 的匀强磁场区域,磁场宽度和相邻磁场间距均大于l 若某时刻列车的速度为v 0,此时ab 、cd 均在无磁场区域,试讨论:要使列车停下来,前方至少需要多少块这样的有界磁场?【答案】(1)M 接电源正极(2)(3)【解析】(1)M 接电源正极,列车要向右运动,安培力方向应向右,根据左手定则,接通电源后,金属棒中电流方向由a 到b ,由c 到d ,故M 接电源正极。
(2)由题意,启动时ab 、cd 并联,设回路总电阻为,由电阻的串并联知识得①; 设回路总电阻为I ,根据闭合电路欧姆定律有② 设两根金属棒所受安培力之和为F ,有③ 根据牛顿第二定律有F =ma ④,联立①②③④式得⑤ (3)设列车减速时,cd 进入磁场后经时间ab 恰好进入磁场,此过程中穿过两金属棒与导轨所围回路的磁通量的变化为,平均感应电动势为,由法拉第电磁感应定律有⑥,其中⑦; 设回路中平均电流为,由闭合电路欧姆定律有⑧ 设cd 受到的平均安培力为,有⑨以向右为正方向,设时间内cd 受安培力冲量为,有⑩同理可知,回路出磁场时ab 受安培力冲量仍为上述值,设回路进出一块有界磁场区域安培力冲量为,有⑪设列车停下来受到的总冲量为,由动量定理有⑫ 联立⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫式得⑬2BEla mR=0230=I mv R I B l 总R 总2RR =总E I R =总=F BIL 2BEla mR=t ∆∆Φ1E 1E t∆Φ=∆2Bl ∆Φ='I 1'2E I R='F ''F I lB =t ∆I 冲'I F t =-∆冲0I 02I I =冲I 总00I mv =-总0220=I mv R I B l 总讨论:若恰好为整数,设其为n ,则需设置n 块有界磁场,若不是整数,设的整数部分为N ,则需设置N +1块有界磁场。
专题12 磁场一、考法分析和解题技法二、真题再现考例1 (2018全国II 卷,T20)(多选)如图,纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L 1、L 2,L 1中的电流方向向左,L 2中的电流方向向上;L 1的正上方有a 、b 两点,它们相对于L 2对称。
整个系统处于匀强外磁场中,外磁场的磁感应强度大小为B 0,方向垂直于纸面向外。
已知a 、b 两点的磁感应强度大小分别为013B 和012B ,方向也垂直于纸面向外。
则( )A. 流经L 1的电流在b 点产生的磁感应强度大小为0712BB. 流经L 1的电流在a 点产生的磁感应强度大小为0112BC. 流经L 2的电流在b 点产生的磁感应强度大小为0112BD. 流经L 2的电流在a 点产生的磁感应强度大小为0712B 【答案】AC【考法】对磁场的理解:磁感应强度B的矢量合成。
考例2 (2017课标卷Ⅰ,T19)(多选)如图,三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距,均通有电流I,L1中电流方向与L2中的相同,与L3中的相反.下列说法正确的是()A.L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直B.L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直C.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶ 3D.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为3∶3∶1【答案】BC【解析】如图,由磁场的叠加知,L2与L3中的电流在L1处产生的合磁场的方向在L2、L3连线的中垂线上,由左手定则知,L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面平行.选项A错误.L1与L2中的电流在L3处产生的合磁场的方向与L1、L2的连线平行,由左手定则知,L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直.选项B正确.由几何关系知,设电流在另外导线处产生磁场的磁感应强度为B,而L1、L2所在处两个磁场方向的夹角均为120°,则B合=B,而L3所在处两个磁场方向的夹角为60°,则B′合=3B,由F=ILB 知,L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶ 3.选项C正确,选项D错误.【考法】安培力作用下导体的平衡。
热点十二 电磁学综合题带电粒子在复合场中运动问题情境变化多,与现代科技联系紧密,近年新课标全国卷中对带电粒子在复合场中的运动考查角度主要有三;一是将带电粒子在匀强电场中的类平抛运动和带电粒子在匀强磁场中的运动综合在一起命题;二是考查带电粒子在电场、磁场的叠加场中的运动;三是考查考虑重力的带电质点的电场、磁场、重力场的复合场中的运动。
考向一 带电粒子在电场中的运动如图1所示,一对带电平行金属板A 、B 与竖直方向成30°角放置,B 板中心有一小孔正好位于平面直角坐标系xOy 上的O 点,y 轴沿竖直方向。
一比荷为1.0×105C/kg 的带正电粒子P 从A 板中心O ′处静止释放后沿O ′O 做匀加速直线运动,以速度v 0=104 m/s ,方向与x 轴正方向成30°夹角从O 点进入匀强电场,电场仅分布在x 轴的下方,场强大小E =43×103V/m ,方向与x 轴正方向成60°角斜向上,粒子的重力不计。
试求:图1(1)AB 两板间的电势差U AB 。
(2)粒子P 离开电场时的坐标。
(3)若在P 进入电场的同时,在电场中适当的位置由静止释放另一与P 完全相同的带电粒子Q ,可使两粒子在离开电场前相遇。
求所有满足条件的释放点的集合(不计两粒子之间的相互作用力)。
[解析] (1)由动能定理qU AB =12mv 20可得U AB =mv 202q =v 202q m=(104)22×105V =500 V(2)粒子P 在进入电场后做类平抛运动,设离开电场时到O 的距离为L ,如图所示,则L cos 30°=v 0tL sin 30°=12qE mt 2解得L =1 m ,所以P 离开电场时的坐标为(1,0)(3)由于粒子Q 与P 完全相同,所以只需在P 进入电场时速度方向的直线上的OM 范围内任一点释放粒子Q ,可保证两者在离开电场前相碰,所在的直线方程为y =-33x OM =L cos 30°=32m 故M 的横坐标为x M =OM ·cos 30°=0.75 m 。
[答案] (1)500 V (2)(1,0) (3)y =-33x ,且0≤x ≤0.75 m 考向二 带电粒子在匀强磁场中的运动如图2所示,两同心圆圆心为O ,半径分别为r 和2r ,在它们围成的环形区域内存在着磁感应强度为B 、方向垂直纸面向里的匀强磁场。
大量质量为m 、电量为+q 的带电粒子以不同的速率从P 点沿各个方向射入磁场区域,不计粒子重力及其相互作用。
图2(1)若某带电粒子从P 点沿PO 方向射入磁场,恰好未能进入内部圆形区域,求该粒子在磁场中运动的时间。
(2)若有些带电粒子第一次穿过磁场后恰能经过O 点,求这些粒子中最小的入射速率。
[解析] (1)该粒子恰好没有进入内部圆形区域,说明粒子轨迹与内圆相切,设粒子做圆周运动的半径为R 1,圆心为Q 1,轨迹如图,则有:(R 1+r )2=R 21+(2r )2①设粒子偏转角为θ,由几何关系可得 tan θ2=2r R 1②由①、②解得θ=106°又由粒子在磁场中运动周期为T =2πR 1v③粒子在磁场中运动的时间t =106°360°×T ④粒子由洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:qvB =m v 2R 1⑤由①~⑤得:t =53πm90qB(2)最小速率的带电粒子应与大圆相切入射,轨迹如图所示,设粒子做圆周运动的半径为R 2,圆心为O 2,粒子速度为v ′,则由几何关系得:(2r -R 2)2=R 22+r 2⑥由牛顿第二定律可得:qv ′B =m v ′2R 2⑦由⑥和⑦式解得:v ′=3qBr4 m 。
[答案] (1)53πm 90qB (2)3qBr4 m考向三 带电粒子在组合场、复合场中运动如图3所示,在第一象限内有垂直纸面向里和向外的匀强磁场,磁感应强度分别为B 1=0.2 T 、B 2=0.05 T ,分界线OM 与x 轴正方向的夹角为α。
在第二、三象限内存在着沿x 轴正方向的匀强电场,电场强度E =1×104V/m 。
现有一带电粒子由x 轴上A 点静止释放,从O 点进入匀强磁场区域。
已知A 点横坐标x A =-5×10-2m ,带电粒子的质量m =1.6×10-24kg ,电荷量q =+1.6×10-15C 。
图3(1)如果α=30°,在OM 上有一点P ,OP =3×10-2m ,粒子从进入O 点计时,经多长时间经过P 点?(2)要使带电粒子能始终在第一象限内运动,求α的取值范围?(已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)[解析] (1)在电场中加速过程,根据动能定理,有:qEx A =12mv 2,解得:v =2qEx Am=2×1.6×10-15×1×104×5×10-21.6×10-24m/s =1×106m/s ;粒子在磁场中运动时,根据牛顿第二定律,有:qvB =m v 2r,解得:r =mv qB;故r 1=mv qB 1=1.6×10-24 kg×106 m/s 1.6×10-15C×0.2 T =5×10-3m r 2=mv qB 2=1.6×10-24 kg×106 m/s 1.6×10-15C×0.05 T=2×10-2m 粒子通过直线边界OM 时,进入时速度与边界线的夹角等于离开时速度与边界线的夹角,故经过B 1磁场时沿着OM 前进r 1距离,经过B 2磁场时沿着OM 前进r 2距离,由于OP =3×10-2m =2r 1+r 2,故轨迹如图所示:故粒子从进入O 点计时,到达P 点经过的时间为:t =60°+60°360°T 1+60°360°T 2=13×2πm qB 1+16×2πm qB 2=2π×1.6×10-243×1.6×10-15×0.2 s +π×1.6×10-243×1.6×10-15×0.05s =3.14×10-8s (2)由于r 2=4r 1,画出临界轨迹,如图所示:由几何关系解得:sin β=r 2r 1+r 2=45,β=arcsin 45=53°故α≤90°-β2=63.5°。
[答案] (1)3.14×10-8s (2)α≤63.5° 考向四 电磁感应定律的综合应用如图4所示,倾角为θ=30°的平行金属导轨固定在水平面上,导轨的顶端接定值电阻R ,与导轨宽度相等的导体棒AB 垂直导轨放置,且保持与导轨有良好的接触,图1中虚线1和2之间有垂直导轨平面向上的匀强磁场。
现给导体棒沿导轨向上的初速度,该导体棒穿过磁场区域后能向上运动到的最高位置是虚线3处,然后沿导轨向下运动到底端。
已知导体棒向上运动经过虚线1和2时的速度大小之比为2∶1,导体棒沿导轨向下运动时由虚线2到虚线1做匀速直线运动,虚线2、3之间的距离为虚线1、2之间距离的2倍,整个运动过程中导体棒所受的阻力恒为导体棒重力的16,除定值电阻外其余部分电阻均可忽略。
图4(1)求导体棒沿导轨向上运动经过虚线2的速度大小v 1与沿导轨向下运动经过虚线2的速度大小v 2之比。
(2)求导体棒沿导轨向上运动刚经过虚线1和刚经过虚线2的加速度大小之比。
(3)求导体棒沿导轨向上运动经过磁场过程中与沿导轨向下运动经过磁场过程中定值电阻R 上产生的热量之比Q 1∶Q 2。
[解析] (1)设虚线2、3之间的距离为x ,导体棒由虚线2运动到虚线3的过程中,由牛顿第二定律得mg sin 30°+16mg =ma 1,解得a 1=23g ,又由0-v 21=-2a 1x 可得v 1=43gx 导体棒由虚线3运动到虚线2的过程中,由牛顿第二定律得mg sin 30°-16mg =ma 2,解得a 2=13g ,又由v 22=2a 2x 可得v 2=23gx ,因此v 1∶v 2=2∶1。
(2)设导体棒的长度为l ,导体棒沿导轨向上运动经过虚线1的速度为v 0,加速度大小为a 3,此时的感应电动势为E 1=Blv 0,由欧姆定律得回路中的电流为I 1=E 1R =Blv 0R此时导体棒所受的安培力大小为F 1=BI 1l =B 2l 2v 0R方向沿导轨向下由牛顿第二定律得mg sin 30°+16mg +F 1=ma 3,解得a 3=23g +F 1m由题意知导体棒沿导轨向下运动经过虚线2时的速度大小为v 2,此时的感应电动势为E 2=Blv 2,回路中的电流为I 2=E 2R =Blv 2R此时导体棒所受的安培力大小为F 2=BI 2l =B 2l 2v 2R,方向沿导轨向上由力的平衡条件可得mg sin 30°=16mg +F 2,解得F 2=13mg =B 2l 2v 2R又因为v 1∶v 2=2∶1,v 0∶v 1=2∶1,可得v 0∶v 2=22∶1整理可得a 3=2+223g设导体棒向上运动刚好经过虚线2时的加速度大小为a 4,则由牛顿第二定律得mg sin 30°+16mg +B 2l 2v 1R =ma 4,整理可得a 4=2+23g ,解得a 3∶a 4=2∶1。
(3)设虚线1和虚线2之间的距离为d ,导体棒沿导轨向上运动穿过磁场区域时,由功能关系得mg sin 30°·d +16mgd +Q 1=12mv 20-12mv 21导体棒向上由虚线2运动到虚线3的过程中,由功能关系得12mv 21=mg sin 30°·2d +16mg ·2d ,联立解得Q 1=103mgd导体棒沿导轨向下由虚线2运动到虚线1的过程中,Q 2=W 2=F 2d =13mgd解得Q 1∶Q 2=10∶1。
[答案] (1)2∶1 (2)2∶1 (3)10∶11.如图5所示,在y 轴右侧整个空间有无限大匀强电场区。
区域Ⅰ,电场强度为E 1,方向沿x 轴负方向,在直线x =-1 m 与y 轴之间的整个空间有匀强电场区域Ⅱ,电场强度为E 2,方向沿y 轴负方向,两个电场的电场强度大小相等,即E 1=E 2,一带正电的粒子从电场Ⅰ中由静止释放。