高考物理命题潜规则解密专项45电磁感应与电路.docx
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高考物理命题潜规则解密专项45电磁感应与电路
2019高考物理命题潜规则解密:
专项45电磁感应与电路
规那么验证:
2018年广东理综物理第35题、2018年天津理综第11题、2018年浙江理综第25题、2017全国理综第23题、2017重庆理综卷第23题、2017重庆理综第23题
命题规律:
电磁感应与电路综合是高考考查的重点和热点,考查电磁感应与电路综合的试题可能为选择题,也可能为计算题,难度中等。
【典例分析】
典例1〔2018年广东理综物理第35题〕如图17所示,质量为M的导体棒AB,垂直放在相距为L的平行光滑金属轨道上。
导轨平面与水平面的夹角为θ,并处于磁感应强度大小为B、方向垂直与导轨平面向上的匀强磁场中,左侧是水平放置、间距为D的平行金属板R和RX分别表示定值电阻和滑动变阻器的阻值,不计其他电阻。
〔1〕调节RX=R,释放导体棒,当棒沿导轨匀速下滑时,求通过棒的电流I及棒的速率V。
〔2〕改变RX,待棒沿导轨再次匀速下滑后,将质量为M、带电量为+Q的微粒水平射入金属板间,假设它能匀速通过,求此时的RX。
典例2.〔18分〕(2018年天津理综第11题)如下图,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间距L=0.5M,左端接有阻值R=0.3Ω的电阻。
一质量M=0.1KG,电阻R=0.1Ω的金属棒MN放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.4T。
棒在水平向右的外力作用下,由静止开始以A=2M/S2的加速度做匀加速运动。
当棒的位移X=9M时撤去外力,棒继续运动一段距离后停下来,撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2=2∶1。
导轨足够长且电阻不计,棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。
求:
〔1〕棒在匀加速运动过程中,通过电阻R的电荷量Q;
〔2〕撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2;
〔3〕外力做的功WF。
典例3.〔22分〕〔2018年浙江理综第25题〕为了提高自行车夜间行驶的安全性,小明同学设计了一种“闪烁”装置。
如下图,自行车后轮由半径R1=5.0×10-2M的金属内圈、半径R2=0.40M的金属外圈和绝缘幅条构成。
后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根金属条,每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯泡。
在支架上装有磁铁,形成了磁感应强度B=0.10T、方向垂直纸面向外的“扇形”匀强磁场,其内半径为R1、外半径为R2、张角θ=π/6。
后轮以角速度ω=2πRAD/S相对于转轴转动。
假设不计其它电阻,忽略磁场的边缘效应。
〔1〕当金属条AB进入“扇形”磁场时,求感应电动势E,并指出AB上的电流方向;
〔2〕当金属条AB进入“扇形”磁场时,画出“闪烁”装置的电路图;
〔3〕从金属条AB进入“扇形”磁场时开始,经计算画出轮子一圈过程中,内圈与外圈之间电势差UAB随时间T变化的UAB-T图象;
〔4〕假设选择的是“1.5V、0.3A”的小灯泡,该“闪烁”装置能否正常工作?
有同学提出,通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径R2、角速度ω和张角θ等物理量的大小,优化前同学的设计方案,请给出你的评价。
典例4〔2017全国理综第23题〕如图,两根足够长的金属导轨AB、CD竖直放置,导轨间距离为L1,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。
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。
【点评】此题以电磁感应和电路切入,考查电功率、电路、电磁感应、闭合电路欧姆定律、物体平衡等知识点、综合性强,但难度不大。
典例5、〔2017重庆理综卷第23题〕有人设计了一种可测速的跑步机,测速原理如题23图所示,该机底面固定有间距为
、长度为
的平行金属电极。
电极间充满磁感应强度为
、方向垂直纸面向里的匀强磁场,且接有电压表和电阻
,绝缘橡胶带上镀有间距为
的平行细金属条,磁场中始终仅有一根金属条,且与电极接触良好,不计金属电阻,假设橡胶带匀速运动时,电压表读数为
,求:
〔1〕橡胶带匀速运动的速率;
〔2〕电阻R消耗的电功率;
〔3〕一根金属条每次经过磁场区域克服安培力做的功。
典例6〔2017重庆理综第23题〕法拉第曾提出一种利用河流发电的设想,并进行了实验研究,实验装置的示意图可用题图表示,两块面积均为S的举行金属板,平行、正对、竖直地全部浸在河水中,间距为D。
水流速度处处相同,大小为V,方向水平,金属板与水流方向平行。
地磁场磁感应强度的竖直分量为B,河水的电阻率为ρ,水面上方有一阻值为R的电阻通过绝缘导线和电键K连接到两个金属板上,忽略边缘效应,求:
该发电装置的电动势;
通过电阻R的电流强度。
电阻R消耗的电功率。
【解析】〔1〕由法拉第电磁感应定律,该发电装置的电动势E=BDV。
(2)两板间河水的电阻R=
由闭合电路欧姆定律,有I=
。
(3)由电功率公式,电阻R消耗的电功率P=I2R
得P=
【点评】此题考查法拉第电磁感应定律、电阻定律、闭合电路欧姆定律、电功率等。
【2018模拟题精选训练题】
1、〔2018年3月河南焦作一模〕如下图,两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置,间距为L=1M,CD间、DE间、CF间分别接着阻值为R=10Ω的电阻。
一阻值为R=10Ω的导体棒AB以速度V=4M/S匀速向左运动,导体棒与导轨接触良好;导轨所在平面存在磁感应强度大小为B=0.5T,方向竖直向下的匀强磁场。
以下说法中正确的选项是
A.导体棒AB中电流的流向为由B到A
B.CD两端的电压为1V
C.DE两端的电压为1V
D.FE两端的电压为1V
2、〔2018年5月湖北武汉模拟〕如下图是圆盘发电机的示意图:
铜盘安装在水平的铜轴上,它的边缘正好在两磁极之间,两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触。
假设铜盘半径为L,匀强磁场的磁感应强度为B,回路的总电阻为R,从左往右看,铜盘以角速度ω沿顺时针方向匀速转动。
那么:
A、由于穿过铜盘的磁通量不变,故回路中无感应电流
B、回路中感应电流大小不变,为
C、回路中感应电流方向不变,为C→D→R→C
D、回路中有周期性变化的感应电流
3、〔2018年3月江西省六校联考〕粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框原先整个置于有界匀强磁场内,磁场方向垂直于线框平面,其边界与正方形线框的边平行,现使线框沿四个不同方向以相同速率V匀速平移出磁场,如下图,线框移出磁场的整个过程〔〕
A.四种情况下AB两端的电势差都相同
B.①图中流过线框的电量与V的大小无关
C.②图中线框的电功率与V的大小成正比
D.③图中磁场力对线框做的功与
成正比
4.〔20分〕〔2018年3月福州质检〕如下图,固定在水平桌面上平行光滑金属导轨CD、EG之间的距离为L,D、E两点接一个阻值为R的定值电阻,整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中〔磁场范围足够大〕。
有一垂直放在导轨上的金属杆AB。
其质量为M、电阻值为R。
在平行导轨的水平拉力F的作用下做初速度为零的匀加速直线运动,F随时间变化规律为F=F0+KT。
其中F0和K为的常量。
经过T0时间撤去拉力F,轨道电阻不计。
求:
〔1〕T0时金属杆速度的大小V0;
〔2〕磁感应强度的大小B;
〔3〕T0之后金属杆AB运动速度大小V随位移大小X变化满足:
V=V0-
X,试求撤去拉力F到金属杆静止时通过电阻R的电荷量Q。
5〔15分〕〔2018年3月江苏省苏北四星级高中联考〕如下图,两根足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨相距为L=1M,导轨平面与水平面成
=30(角,上端连接
的电阻、质量为M=0.2KG、阻值
的金属棒AB放在两导轨上,与导轨垂直并接触良好,距离导轨最上端D=4M,整个装置处于匀强磁场中,磁场的方向垂直导轨平面向上、
⑴假设磁感应强度B=0.5T,将金属棒释放,求金属棒匀速下滑时电阻R两端的电压;
⑵假设磁感应强度的大小与时间成正比,在外力作用下AB棒保持静止,当T=2S时外力恰好为零.求AB棒的热功率;
⑶假设磁感应强度随时间变化的规律是
,在平行于导轨平面的外力F作用下AB棒保持静止,求此外力F的大小范围.
6.〔2018广州汕头二模〕如下图,两根平行金属导轨固定在同一水平面内,间距为L,导轨左端连接一个电阻、一根质量为M、电阻为R的金属杆AB垂直放置在导轨上、在杆的右方距杆为D处有一个匀强磁场,磁场方向垂直于轨道平面向下,磁感应强度为B、对杆施加一个大小为F、方向平行于导轨的恒力,使杆从静止开始运动,杆到达磁场区域时速度为V,之后进入磁场恰好做匀速运动、不计导轨的电阻,假定导轨与杆之间存在恒定的阻力、求:
〔1〕导轨对杆AB的阻力大小F、
〔2〕杆AB中通过的电流及其方向、
〔3〕导轨左端所接电阻的阻值R、
7、(13分)〔2018年4月上海闵行区调研〕如下图,水平方向有界匀强磁场的高度H=1M、磁感应强度B=
T。
竖直放置的“日”字型闭合导体线框ABFE,宽L=1M,质量M=0.25KG,AC、CE的长度都大于H,AB边的电阻
、CD边的电阻
、EF边的电阻
,其余电阻不计。
线框由静止下落,AB边进入磁场时恰能匀速运动,不计空气阻力,G取10M/S2。
求:
〔1〕开始下落时,线框AB边离磁场上边界的高度H1为多少?
〔2〕假设线框CD边刚进入磁场时也做匀速运动,AB边与CD边的距离H2为多少?
〔3〕在满足
(1)
(2)前提下,假设线框EF边刚进磁场时也做匀速运动,那么从开始下落到EF边离开磁场过程中,线框中产生的焦耳热Q为多少?
8.〔20分〕如下图,竖直平面内有足够长、不计电阻的两组平行光滑金属导轨,宽度均为L=0.5M,上方连接一个阻值R=1Ω的定值电阻,虚线下方的区域内存在垂直纸面向里的磁感应强度B=2T的匀强磁场。
完全相同的两根金属杆1和2靠在导轨上,金属杆长与导轨等宽且与导轨接触良好,电阻均为R=0.5Ω。
将金属杆1固定在磁场的上边缘〔仍在此磁场内〕,金属杆2从磁场边界上方H0=0.8M处由静止释放,进入磁场后恰作匀速运动。
〔G取10M/S2〕求:
〔1〕金属杆的质量M;
〔2〕假设金属杆2从磁场边界上方H1=0.2M处由静止释放,进入磁场下落一段距离后做匀速运动。
在金属杆2加速的过程中整个回路产生了1.4J的电热。
求此过程中流过电阻R的电荷量Q;
〔3〕假设金属杆2仍然从磁场边界上方H1=0.2M处由静止释放,在金属杆2进入磁场的同时释放金属杆1,试求两根金属杆各自的最大速度。
8.〔19分〕〔2018年5月吉林市质检〕如下图,两足够长的平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L=1M,导轨平面与水平面夹角
,导轨电阻不计。
磁感应强度为B1=2T的匀强磁场垂直导轨平面向上,长为L=1M的金属棒AB垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,金属棒的质量为M1=2KG、电阻为R1=1Ω。
两金属导轨的上端连接右侧电路,电路中通过导线接一对水平放置的平行金属板,两板间的距离和板长均为D=0.5M,定值电阻为R2=3Ω,现闭合开关S并将金属棒由静止释放,重力加速度为G=10M/S2,求:
〔1〕金属棒下滑的最大速度为多大?
〔2〕当金属棒下滑达到稳定状态时,整个电路消耗的电功率P为多少?
〔3〕当金属棒稳定下滑时,在水平放置的平行金属间加一垂直于纸面向里的匀强磁场B2=3T,在下板的右端且非常靠近下板的位置有一质量为M2=3×10—4KG、带电量为Q=-1×10-4C的液滴以初速度V水平向左射入两板间,该液滴可视为质点。
要使带电粒子能从金属板间射出,初速度V应满足什么条件?
9、〔18分〕〔2018年5月江西上饶二模〕如下图,处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距LM,导轨平面与水平面成θ=37°角,下端连接阻值为R的电阻、匀强磁场方向与导轨平面垂直、质量为0、2KG、电阻不计的金属棒放在两导轨上,棒与导轨垂直并保持良好接触,它们之间的动摩擦因数为0、25、
〔1〕求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小;
〔2〕当金属棒下滑速度达到稳定时,电阻R消耗的功率为8W,求该速度的大小;
〔3〕在上问中,假设R=2Ω,金属棒中的电流方向由A到B,求磁感应强度的大小与方向、
〔G=10M/S2,SIN37°=0.6,COS37°=0.8〕
10、〔16分〕〔2018南京一模〕如下图,光滑水平面上有正方形线框
,边长为L、电阻为R、质量为M。
虚线
和
之间有一竖直向上的匀强磁场,磁感应强为B,宽度为H,且H》L。
线框在恒力
作用下开始向磁场区域运动,
边运动S后进入磁场,
边进入磁场前某时刻,线框已经达到平衡状态。
当
边开始离开磁场时,撤去恒力
,重新施加外力
,使得线框做加速度大小为
的匀减速运动,最终离开磁场。
〔1〕
边刚进入磁场时两端的电势差;
〔2〕
边从进入磁场到
这个过程中安培力做的总功;
〔3〕写出线框离开磁场的过程中,
随时间
变化的关系式。
11、〔浙江省2018年2月四校联考〕如下图,水平设置的三条光滑平行金属导轨
、
、
位于同一水平面上,
与
、
与
相距均为
=1M,导轨
间横跨一质量为
=1KG的金属棒MN,棒与三条导轨垂直,且始终接触良好。
棒的电阻
=2Ω,导轨的电阻忽略不计。
在导轨
间接一电阻为R=2Ω的灯泡,导轨
间接一理想电压表。
整个装置放在磁感应强度B=2T的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向下。
现对棒MN施加一水平向右的拉力F,使棒从静止开始运动。
试求:
〔1〕假设施加的水平恒力F=8N,那么金属棒达到稳定时速度为多大?
〔2〕假设施加的水平外力功率恒定,且棒达到稳定时的速度为1.5M/S,那么水平外力的功率为多大?
此时电压表读数为多少?
〔3〕假设施加的水平外力使棒MN由静止开始做加速度为2M/S2的匀加速直线运动,且经历
=1S时间,灯泡中产生的热量为12J,试求此过程中外力做了多少功?
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- 高考 物理 命题 潜规则 解密 专项 45 电磁感应 电路