高考理综物理电磁场压轴专项练习集.doc

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=1.0，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=3.0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，角速度=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，通过周期通过电阻R电荷量（3）在线圈转动一周过程中，整个电路产生焦耳热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=10rad/s，用电表测得电路中电流I=40A，电路总电阻R=10，取=2.25（1）求该处地磁场磁感应强度B；（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Q3.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=12，R3=2，金属棒ab电阻r=2，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=11014kg，带电量q=11014C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 = 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a b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a b，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。 当R = 0时，求杆a b匀速下滑过程中产生感生电动势E大小及杆中电流方向； 求金属杆质量m和阻值r； 当R = 4时，求回路瞬时电功率每增长1W过程中合外力对杆做功W。 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6.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v0沿x轴正方向开始运动当它通过图中虚线上M（2a，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（图中未画出），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：（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=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=0lkg，电阻R=0l，与导轨之间动摩擦因数=，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v8.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，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变为90，求B和B关系已知：sin（ ）=sincoscossin，cos=12sin29.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S1处射入电容器，穿过小孔S2后从距三角形A点aP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？试卷答案1.解：（1）线圈中感应电动势最大值Em=nBS，其中S=L1L2Em=nBS=nBL1L2=20V线圈中感应电流最大值Im=5.0A电阻R两端电压最大值Um=ImR=15V（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=；代入数据，解得：q=2.5C（3）线圈中感应电流有效值I=A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=50J157J答：（1）电阻R两端电压最大值15V；（2）通过周期通过电阻R电荷量2.5C；（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=nBS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（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求出通过电阻R电荷量（3）依照E=nBS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：Im=I 由欧姆定律得：Em=ImR 又Em=BS 联立解得：B=2105T；（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依照法拉第电磁感应定律得：E=R q=t 联立解得：q=4106C （3）铜芯线转动一周，电路中产生焦耳热QQ=I2RT=答：1）求该处地磁场磁感应强度B为2105T；（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4106；（3）求铜芯线转动一周过程中，电路产生焦耳热Q为7.2109J【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=nBs即可求B；（2）依照求解；（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ba，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又 E=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+0.056=0.4V（3）由闭合电路欧姆定律得ab棒产生感应电动势为：E感=Uab+Ir=0.4+0.052V=0.5V 由法拉第电磁感应定律得感应电动势 E感=BLv 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【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. 由图可知，当R = 0 时，杆最后以v = 2 m/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 设最大速度为v，杆切割磁感线产生感应电动势 E = BLv 由闭合电路欧姆定律： 1分杆达到最大速度时满足 2分解得：v = 1分由图像可知：斜率为，纵截距为v0=2m/s，得到：= v0 1分 k 1分 解得：m = 0.2kg 1分r = 2 1分 由题意：E = BLv 1分得 1分1分由动能定理得W = 1分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=v0t1h=at12依照牛顿第二定律得：qE=ma联立式得：E=（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：qEh=再依照 qvB=m联立式得：，r=（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，由图可得：cos=，=45因此 x=2hrcos45=2hy=r+rsin45=（1+）答：（1）电场强度大小E为；（2）粒子在磁场中运动轨道半径为；（3）粒子离开磁场时位置坐标为（2h），（1+）【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，应用牛顿第二定律与类平抛运动分位移公式结合，可求出电场强度大小E；（2）依照动能定理求出粒子进入磁场时速度大小，由牛顿第二定律求出轨道半径；（3）再作出粒子运动轨迹，由几何知识求出粒子离开磁场时位置坐标6.解：粒子运动轨迹如图所示：（1）粒子从O到M做类平抛运动，设时间为t，则有：2a=v0t，a=t2，解得：E=，t=；（2）设粒子运动到M点时速度为v，与x方向夹角为，则：vy=at=t=v0，速度：v=v0，则：tan=，解得：=30，由几何知识可知，粒子转过圆心角：=3602（9030）=240，粒子在磁场中运动时间：t=T=；（3）由题意知，粒子从P点进入磁场，从N点离开磁场，粒子在磁场中以O点为圆心做匀速圆周运动，设半径为R，由牛顿第二定律得：qvB=m，代入数据得粒子做圆周运动半径为：R=由几何关系知：=PMN=30，因此N点纵坐标为：yN=+a=+a，横坐标为：xN=2a，故N点坐标为：（2a， +a）；（4）当矩形磁场为图示虚线矩形时面积最小则矩形两个边长分别为：L1=2R=，L2=R+Rsin=，因此矩形磁场最小面积为：Smin=L1L2=；答：（1）电场强度大小为：；（2）粒子在匀强磁场中运动时间为：；（3）N点坐标为：（2a， +a）；（4）矩形匀强磁场区域最小面积为：【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【专项】带电粒子在复合场中运动专项【分析】（1）带电粒子在电场中做类平抛运动，由平抛规律就可得到电场强度；（2）依照粒子做圆周运动周期公式求出粒子运动时间（2）射出电场后做匀速直线运动，进入在磁场中做匀速圆周运动，运用类平抛运动规从电场中射出速度方向垂线一，垂足为P，则P点为粒子射入磁场入射点，N为从磁场中射出初射点以O为圆心，ON为半径做圆如下图；该圆即是粒子运动轨迹；做NP 平行线与圆相切，再做MO两条平行线与圆相切，可做出运动轨迹（4）做NP平行线与圆相切，再做MO两条平行线与圆相切，则这三条切线和MN围成面积即是最小面积7.解：（1）金属棒刚刚开始时，棒受到重力、支持力和摩擦力作用，垂直于斜面方向：N=mgcos沿斜面方向：mgsinN=ma代入数据解得：a=0.25g=2.5m/s2（2）当金属棒匀速下滑时速度最大，达到最大时有mgsinN=F安又 F安=BIdI=R总= 联立以上方程得金属棒下滑最大速度为：vm=m/s=0.8m/s电动势：E=Bdvm=0.50.50.8=0.2V电流： A灯泡两端电压：UL=EIR=0.210.1=0.1V灯泡功率： W答：（1）棒由静止刚释放瞬间下滑加速度大小是2.5m/s2；（2）灯L发光亮度稳定期灯L实际功率是0.05W，棒速率是0.8m【考点】导体切割磁感线时感应电动势；电功、电功率【分析】（1）金属棒刚刚开始时，棒受到重力、支持力和摩擦力作用，由牛顿第二定律即可求出加速度；（2）金属棒ab先加速下滑，加速度减小，后匀速下滑，速度达到最大由欧姆定律、感应电动势和安培力公式推导出安培力表达式，依照平衡条件求解最大速度和灯L实际功率P8.解：（1）峰区内圆弧半径旋转方向为逆时针方向（2）由对称性，峰区内圆弧圆心角每个圆弧长度每段直线长度周期代入得（3）谷区内圆心角=12090=30谷区内轨道圆弧半径由几何关系由三角关系代入得答：（1）闭合平衡轨道在峰区内圆弧半径r为，离子旋转方向是逆时针；（2）轨道在一种峰区内圆弧圆心角是，及离子绕闭合平衡轨道旋转周期T为；（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变为90，B和B关系是【考点】带电粒子在匀强磁场中运动【分析】（1）依照带电粒子在匀强磁场中匀速圆周运动半径公式和左手定则求解（2）离子在峰区运动轨迹是圆弧，在谷区做匀速直线运动，依照几何关系求出圆弧所对圆心角，依照求出离子绕闭合平衡轨道一周时间，即离子绕闭合平衡轨道旋转周期T（3）依照几何关系求出谷区圆弧所对圆心角，峰区和谷区圆弧弦长相等，列出等式求出B与B之间关系；9.解：（1）带电粒子在电场中运动时，由动能定理得，qU=，解得粒子进入磁场时速度大小为v=（2）粒子轨迹图如图所示，粒子从进入磁场到AP间离开，由牛顿第二定律可得，粒子在磁场中运动时间为t=，由以上两式可得轨道半径R=，磁感应强度B=（3）粒子从进入磁场到从AC间离开，若粒子恰能到达BC边界，如图所示，设此时磁感应强度为B1，依照几何关系有此时粒子轨道半径为，由牛顿第二定律可得，由以上两式可得，粒子从进入磁场到从AC间离开，若粒子恰能到达AC边界，如图所示，设此时磁感应强度为B2，由牛顿第二定律可得，由以上两式解得综上所述要使粒子能从AC间离开磁场，磁感应强度应满足：答：（1）粒子到达小孔S2时速度为（2）粒子运动半径为，磁感应强度大小为（3）磁感应强度应满足【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）粒子在加速电场中，电场力做功，由动能定理求出速度v，依照运动学公式求出因此时间（2）粒子从进入磁场到从AD间离开，依照半径公式，周期公式结合几何关系即可求解；（3）粒子从进入磁场到从AC间离开，画出运动轨迹，找出临界状态，依照半径公式结合几何关系即可求解；10.解：（1）由题意知粒子运营轨迹如图所示，设在区域、中粒子做圆周运动半径分别为r、R，由图知：R+Rcos=1.5d，联立得：R=d，由洛伦兹力提供向心力有：，同理区域中有：联立解得：（2）由（1）及图知区域磁场最小宽度为：（3）在区域中有：，可得：粒子在区域中运动时间为：，在区域中运动时间为：在区域中运动时间为：因此粒子运动总时间为：答：（1）区域中磁场磁感应强为3B；（2）区域磁场最小宽度L为；（3）粒子从离开A点到第一次回到A点时间t为【考点】带电粒子在匀强磁场中运动【分析】（1）依照题意画出粒子运动轨迹，由几何关系分别求出粒子在区域、中半径，再依照洛伦兹力提供向心力列式即可求解；（2）由图依照几何关系求出区域磁场最小宽度；（3）粒子在磁场中匀速圆周运动，在无场区做匀速直线运动，分别求出在区域、中时间，再求出总时间即可；