2023年高考试题分类汇编电磁感应交流电（69页word版）高中物理.docx

2023-2023年高考试题分类汇编：电磁感应、交流电 〔2023年上海物理〕24．〔14分〕如图，光滑的平行金属导轨水平放置，电阻不计，导轨间距为l，左侧接一阻值为R的电阻。区域cdef内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场，磁场宽度为s。一质量为m，电阻为r的金属棒MN置于导轨上，与导轨垂直且接触良好，受到F＝0.5v＋0.4〔N〕〔v为金属棒运动速度〕的水平力作用，从磁场的左边界由静止开始运动，测得电阻两端电压随时间均匀增大。〔l＝1m，m＝1kg，R＝0.3W，r＝0.2W，s＝1m〕 〔1〕分析并说明该金属棒在磁场中做何种运动； 〔2〕求磁感应强度B的大小； 〔3〕假设撤去外力后棒的速度v随位移x的变化规律满足v＝v0－x，且棒在运动到ef处时恰好静止，那么外力F作用的时间为多少？ 〔4〕假设在棒未出磁场区域时撤去外力，画出棒在整个运动过程中速度随位移的变化所对应的各种可能的图线。 解析：〔1〕金属棒做匀加速运动，R两端电压UµIµeµv，U随时间均匀增大，即v随时间均匀增大，加速度为恒量； 〔2〕F－＝ma，以F＝0.5v＋0.4 代入得〔0.5－〕v＋0.4＝a a与v无关，所以a＝0.4m/s2，〔0.5－〕＝0 得B＝0.5T 〔3〕x1＝at2，v0＝x2＝at，x1＋x2＝s，所以at2＋at＝s 得：0.2t2＋0.8t－1＝0，t＝1s， 〔4〕可能图线如下： 〔08全国卷1〕20.矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直低面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如以下图.假设规定顺时针方向为感应电流I的正方向，以下各图中正确的选项是 答案：D 解析：0-1s内B垂直纸面向里均匀增大，那么由楞次定律及法拉第电磁感应定律可得线圈中产生恒定的感应电流，方向为逆时针方向，排除A、C选项；2s-3s内，B垂直纸面向外均匀增大，同理可得线圈中产生的感应电流方向为顺时针方向，排除B选项，D正确。 a b 〔08全国卷2〕21． 如图，一个边长为l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场； 一个边长也为l的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直； 虚线框对角线ab与导线框的一条边垂直，ba的延长线平分导线框．在t=0时， 使导线框从图示位置开始以恒定速度沿ab方向移动，直到整个导线框离开磁场区域．以i表示导线框中感应电流的强度，取逆时针方向为正．以下表示i-t关系的图示中，可能正确的选项是 答案：C 解析：从正方形线框下边开始进入到下边完全进入过程中，线框切割磁感线的有效长度逐渐增大，所以感应电流也逐渐拉增大，A项错误；从正方形线框下边完全进入至下边刚穿出磁场边界时，切割磁感线有效长度不变，故感应电流不变，B项错；当正方形线框下边离开磁场，上边未进入磁场的过程比正方形线框上边进入磁场过程中，磁通量减少的稍慢，故这两个过程中感应电动势不相等，感应电流也不相等，D项错，故正确选项为C。 〔08全国卷2〕24．〔19分〕如图，一直导体棒质量为m、长为l、电阻为r，其两端放在位于水平面内间距也为l的光滑平行导轨上，并与之密接；棒左侧两导轨之间连接一可控制的负载电阻〔图中未画出〕；导轨置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨所在平面。开始时，给导体棒一个平行于导轨的初速度v0。在棒的运动速度由v0减小至v1的过程中，通过控制负载电阻的阻值使棒中的电流强度I保持恒定。导体棒一直在磁场中运动。假设不计导轨电阻，求此过程中导体棒上感应电动势的平均值和负载电阻上消耗的平均功率。 解析：导体棒所受的安培力为：F=BIl………………① 〔3分〕 由题意可知，该力的大小不变，棒做匀减速运动，因此在棒的速度从v0减小到v1的过程中，平均速度为：……………………② 〔3分〕 当棒的速度为v时，感应电动势的大小为：E=Blv………………③ 〔3分〕 棒中的平均感应电动势为：………………④ 〔2分〕 综合②④式可得：………………⑤ 〔2分〕 导体棒中消耗的热功率为：………………⑥ 〔2分〕 负载电阻上消耗的热功率为：…………⑦ 〔2分〕 由以上三式可得：…………⑧ 〔2分〕 〔08北京卷〕22．〔16分〕均匀导线制成的单位正方形闭合线框abcd，每边长为L，总电阻为R，总质量为m。将其置于磁感强度为B的水平匀强磁场上方h处，如以下图。线框由静止自由下落，线框平面保持在竖直平面内，且cd边始终与水平的磁场边界平行。当cd边刚进入磁场时， 〔1〕求线框中产生的感应电动势大小; 〔2〕求cd两点间的电势差大小; 〔3〕假设此时线框加速度恰好为零，求线框下落的高度h所应满足的条件。 解析：〔1〕cd边刚进入磁场时，线框速度v= 线框中产生的感应电动势E=BLv＝BL (2)此时线框中电流 I= cd两点间的电势差U=I()= (3)安培力 F=BIL= 根据牛顿第二定律mg-F=ma,由a=0 解得下落高度满足 h= 〔08天津卷〕25．(22分)磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具。它的驱动系统简化为如下模型，固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框，电阻为R，金属框置于xOy平面内，长边MN长为l，平行于y轴，宽为d的NP边平行于x轴，如图1所示。列车轨道沿Ox方向，轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度B沿Ox方向按正弦规律分布，其空间周期为λ，最大值为B0，如图2所示，金属框同一长边上各处的磁感应强度相同，整个磁场以速度v0沿Ox方向匀速平移。设在短暂时间内，MN、PQ边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略，并忽略一切阻力。列车在驱动系统作用下沿Ox方向加速行驶，某时刻速度为v(v<v0)。 (1)简要表达列车运行中获得驱动力的原理； (2)为使列车获得最大驱动力，写出MN、PQ边应处于磁场中的什么位置及λ与d之间应满足的关系式： (3)计算在满足第(2)问的条件以下车速度为v时驱动力的大小。 解析： (1)由于列车速度与磁场平移速度不同，导致穿过金属框的磁通量发生变化，由于电磁感应，金属框中会产生感应电流，该电流受到的安培力即为驱动力。 (2)为使列车获得最大驱动力，MN、PQ应位于磁场中磁感应强度同为最大值且反向的地方，这会使得金属框所围面积的磁通量变化率最大，导致框中电流最强，也会使得金属框长边中电流受到的安培力最大。因此，d应为的奇数倍，即 或 〔〕① (3)由于满足第(2)问条件：那么MN、PQ边所在处的磁感应强度大小均为B0且方向总相反，经短暂的时间，磁场沿Ox方向平移的距离为，同时，金属框沿Ox方向移动的距离为。 因为v0>V，所以在时间内MN边扫过磁场的面积 在此时间内，MN边左侧穿过S的磁通移进金属框而引起框内磁通量变化 ② 同理，该时间内，PQ边左侧移出金属框的磁通引起框内磁通量变化 ③ 故在内金属框所围面积的磁通量变化 ④ 根据法拉第电磁感应定律，金属框中的感应电动势大小 ⑤ 根据闭合电路欧姆定律有 ⑥ 根据安培力公式，MN边所受的安培力 PQ边所受的安培力 根据左手定那么，MN、PQ边所受的安培力方向相同，此时列车驱动力的大小 (7) 联立解得 (8) 〔08四川卷〕17．在沿水平方向的匀强磁场中，有一圆形金属线圈可绕沿其直径的竖直轴自由转动。开始时线圈静止，线圈平面与磁场方向既不平行也不垂直，所成的锐角为α。在磁场开始增强后的一个极短时间内，线圈平面 A．维持不动 B．将向使α减小的方向转动 C．将向使α增大的方向转动 D．将转动，因不知磁场方向，不能确定α会增大还是会减小 答案：B 解析：由楞次定律可知，当磁场开始增强时，线圈平面转动的效果是为了减小线圈磁通量的增加，而线圈平面与磁场间的夹角越小时，通过的磁通量越小，所以将向使减小的方向转动． 〔08江苏卷〕8．如以下图的电路中，三个相同的灯泡a、b、c和电感L1、L2与直流电源连接，电感的电阻忽略不计．电键K从闭合状态突然断开时，以下判断正确的有 A.a先变亮，然后逐渐变暗 B.b先变亮，然后逐渐变暗 C.c先变亮，然后逐渐变暗 D.b、c都逐渐变暗 答案：AD 解析：考查自感现象。电键K闭合时，电感L1和L2的电流均等于三个灯泡的电流，断开电键K的瞬间，电感上的电流i突然减小，三个灯泡均处于回路中，故b、c灯泡由电流i逐渐减小，B、C均错，D对；原来每个电感线圈产生感应电动势均加载于灯泡a上，故灯泡a先变亮，然后逐渐变暗，A对。此题涉及到自感现象中的“亮一下〞现象，平时要注意透彻理解。 〔08江苏卷〕15．(16分)如以下图，间距为L的两条足够长的平行金属导轨与水平面的夹角为θ，导轨光滑且电阻忽略不计．场强为B的条形匀强磁场方向与导轨平面垂直，磁场区域的宽度为d1，间距为d2．两根质量均为m、有效电阻均为R的导体棒a和b放在导轨上，并与导轨垂直． (设重力加速度为g) (1)假设a进入第2个磁场区域时，b以与a同样的速度进入第1个磁场区域，求b穿过第1个磁场区域过程中增加的动能△Ek． (2)假设a进入第2个磁场区域时，b恰好离开第1个磁场区域；此后a离开第2个磁场区域时，b 又恰好进入第2个磁场区域．且a．b在任意一个磁场区域或无磁场区域的运动时间均相．求b穿过第2个磁场区域过程中，两导体棒产生的总焦耳热Q． (3)对于第(2)问所述的运动情况，求a穿出第k个磁场区域时的速率 答案〔1〕穿过地1个磁场区域过程中增加的动能； 〔2〕； 〔3〕 解析：(1) a和b不受安培力作用，由机械能守恒定律知， 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……① (2) 设导体棒刚进入无磁场区域时的速度为v1刚离开无磁场区域时的速度为v2， 由能量守恒知： 在磁场区域中，　　　……② 在无磁场区域中，　　……③ 解得　　　　　　　　　　　　　……④ 　(3) 在无磁场区域： 根据匀变速直线运动规律　　　　　　……⑤ 　　　且平均速度　　　　　　　　　　　　　……⑥ 　　　有磁场区域： 　　　棒a受到的合力　　　　　　　　……⑦ 　　　感应电动势　　　　　　　　　　　　　　　……⑧ 　　　感应电流　　　　　　　　　　　　　　　　……⑨ 　　　解得　　　　　　　　　　　……⑩ 　　　根据牛顿第二定律，在t到t+△t时间内 　　　　　　　　　　　　　　　　　　……⑾ 　　　那么有　　　　　　……⑿ 　　　解得　　　　　　　　……⒀ 【高考考点】电磁感应和能量关系 【易错提醒】第〔2〕小问的题目比拟长，不容易看懂，要耐心审题 【备考提示】电磁感应和能量关系运动是整个物理学的核心，在每年的压轴题经常会出现。通常有多个问，一般第〔1〕小问不难，后面的几问比拟难，但不要放弃，要有分部得分意识，因此在复习中要培养学生分析物理问题的能力和分部得分意识。 〔08重庆卷〕18.如题18图，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈.当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，假设线圈始终不动，那么关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是 A. FN先小于mg后大于mg,运动趋势向左 B. FN先大于mg后小于mg,运动趋势向左 C. FN先大于mg后大于mg,运动趋势向右 D. FN先大于mg后小于mg,运动趋势向右 答案：D 解析：此题考