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1、2004-2013十年高考物理大全分类解析 专题16 电磁感应综合性问题一2013年高考题1.(19分)(2013全国新课标理综1第25题)如图,两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为,间距为L。导轨上端接有一平行板电容器,电容为C。导轨处于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向垂直于导轨平面。在导轨上放置一质量为m的金属棒,棒可沿导轨下滑,且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触。已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为,重力加速度大小为g。忽略所有电阻。让金属棒从导轨上端由静止开始下滑,求: (1)电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系;(2)金属棒的速度大小随时间变化的关系。2(2013高
2、考上海物理第33题)(16分)如图,两根相距L0.4m、电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置,一端与阻值R0.15的电阻相连。导轨x0一侧存在沿x方向均匀增大的稳恒磁场,其方向与导轨平面垂直,变化率k0.5T/m,x0处磁场的磁感应强度B00.5T。一根质量m0.1kg、电阻r0.05的金属棒置于导轨上,并与导轨垂直。棒在外力作用下从x0处以初速度v02m/s沿导轨向右运动,运动过程中电阻上消耗的功率不变。求:(1)电路中的电流;(2)金属棒在x2m处的速度;(3)金属棒从x0运动到x2m过程中安培力做功的大小;(4)金属棒从x0运动到x2m过程中外力的平均功率。3。(2013高考江苏物理第13
3、题)(15分)如图所示,匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd,线圈平面与磁场垂直。 已知线圈的匝数N=100,边长ab =1.0m、bc=0.5m,电阻r=2。 磁感应强度B在01s内从零均匀变化到0.2T。 在15s内从0.2T均匀变化到-0.2T,取垂直纸面向里为磁场的正方向。求: (1)0.5s时线圈内感应电动势的大小E和感应电流的方向;(2)在15s内通过线圈的电荷量q;(3)在05s内线圈产生的焦耳热Q。4(2013高考广东理综第36题)图19(a)所示,在垂直于匀强磁场B的平面内,半径为r的金属圆盘绕过圆心O的轴承转动,圆心O和边缘K通过电刷与一个电路连接。电路中的P是加上一定正向电
4、压才能导通的电子元件。流过电流表的电流I与圆盘角速度的关系如图19(b)所示,其中ab段和bc段均为直线,且ab段过坐标原点。0代表圆盘逆时针转动。已知:R=3.0,B=1.0T,r=0.2m。忽略圆盘,电流表和导线的电阻。(1)根据图19(b)写出ab、bc段对应的I与的关系式;(2)求出图19(b)中b、c两点对应的P两端的电压Ub、Uc;(3)分别求出ab、bc段流过P的电流IP与其两端电压UP的关系式。二2012年高考题1 (2012山东理综)如图所示,相距为L的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为,上端接有定值电阻,匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B。将质量为m的导体棒由
5、静止释放,当速度达到v时开始匀速运动,此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力,并保持拉力的功率为P,导体棒最终以2v的速度匀速运动。导体棒始终与导轨垂直且接触良好,不计导轨和导体棒的电阻,重力加速度为g,下列选项正确的是AP=2mgsinBP=3mgsinC当导体棒速度达到v/2时加速度为gsinD在速度达到2v以后匀速运动的过程中,R上产生的焦耳热等于拉力所做的功2(2012上海物理)正方形导体框处于匀强磁场中,磁场方向垂直框平面,磁感应强度随时间均匀增加,变化率为k。导体框质量为m、边长为L,总电阻为R,在恒定外力F作用下由静止开始运动。导体框在磁场中的加速度大小为_;导体框中感应电流做功
6、的功率为_。3(2012上海物理)如图,质量为M的足够长金属导轨abcd放在光滑的绝缘水平面上。一电阻不计,质量为m的导体棒PQ放置在导轨上,始终与导轨接触良好,PQbc构成矩形。棒与导轨间动摩擦因数为,棒左侧有两个固定于水平面的立柱。导轨bc段长为L,开始时PQ左侧导轨的总电阻为R,右侧导轨单位长度的电阻为R0。以ef为界,其左侧匀强磁场方向竖直向上,右侧匀强磁场水平向左,磁感应强度大小均为B。在t=0时,一水平向左的拉力F垂直作用在导轨的bc边上,使导轨由静止开始做匀加速直线运动,加速度为a。(1)求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式;(2)经过多长时间拉力F达到最大值,拉力F的
7、最大值为多少?(3)某过程中回路产生的焦耳热为Q,导轨克服摩擦力做功为W,求导轨动能的增加量。4.(18分)(2012天津理综)如图所示,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=0.3的电阻。一质量m=0.1kg,电阻r=0.1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,已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1Q2=21。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
8、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。5(2012福建理综)如图甲,在圆柱形区域内存在一方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场,在此区域内,沿水平面固定一半径为r的圆环形光滑细玻璃管,环心0在区域中心。一质量为m、带电量为q(q0)的小球,在管内沿逆时针方向(从上向下看)做圆周运动。已知磁感应强度大小B随时间t的变化关系如图乙所示,其中T0=。设小球在运动过程中电量保持不变,对原磁场的影响可忽略。(1)在t=0到t=T0 这段时间内,小球不受细管侧壁的作用力,求小球的速度大小v0;(2)在竖直
9、向下的磁感应强度增大过程中,将产生涡旋电场,其电场线是在水平面内一系列沿逆时针方向的同心圆,同一条电场线上各点的场强大小相等。试求t=T0 到t=1.5T0 这段时间内:细管内涡旋电场的场强大小E;电场力对小球做的功W。6.(2012广东理综物理)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,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R
10、x,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,若它能匀速通过,求此时的Rx。7.(22分)(2012浙江理综)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。如图所示,自行车后轮由半径r1=5.010-2m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=/6 。后轮以角速度 =2rad/s相对于转轴转动。若不计其它电阻,忽略磁场的
11、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)若选择的是“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、角速度和张角等物理量的大小,优化前同学的设计方案,请给出你的评价。【三2011年高考题1(2011福建理综)如图,足够长的U型光滑金属导轨平面与水平面成角(090),其中MN与PQ平行且间距为L,
12、导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,导轨电阻不计。金属棒由静止开始沿导轨下滑,并与两导轨始终保持垂直且良好接触,棒接入电路的电阻为R,当流过棒某一横截面的电量为q时,金属棒的速度大小为,则金属棒在这一过程中A. ab运动的平均速度大小为 B.平行导轨的位移大小为C.产生的焦耳热为D.受到的最大安培力大小为2。(2011海南物理)如图,ab和cd是两条竖直放置的长直光滑金属导轨,MN和MN是两根用细线连接的金属杆,其质量分别为m和2m。竖直向上的外力F作用在杆MN上,使两杆水平静止,并刚好与导轨接触;两杆的总电阻为R,导轨间距为。整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向与导轨所在平面
13、垂直。导轨电阻可忽略,重力加速度为g。在t=0时刻将细线烧断,保持F不变,金属杆和导轨始终接触良好。求(1)细线烧断后,任意时刻两杆运动的速度之比;(2)两杆分别达到的最大速度。四2010年高考题1(2010福建理综)如图所示,两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为的绝缘斜面上,导轨上端连接一个定值电阻。导体棒a和b放在导轨上,与导轨垂直并良好接触。斜面上水平虚线PQ以下区域内,存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场。现对a棒施以平行导轨斜向上的拉力,使它沿导轨匀速向上运动,此时放在导轨下端的b棒恰好静止。当a棒运动到磁场的上边界PQ处时,撤去拉力,a棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动,此时b
14、棒已滑离导轨。当a棒再次滑回到磁场边界PQ处时,又恰能沿导轨匀速向下运动。已知a棒、b棒和定值电阻的阻值均为R,b棒的质量为m,重力加速度为g,导轨电阻不计。求(1) a棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中,a棒中的电流强度I,与定值电阻R中的电流强度IR之比;(2) a棒质量ma;(3) a棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力F。【点评】此题考查法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、平衡条件、安培力等重点知识,属于电磁感应中的力电综合问题。2(2010江苏物理)如图所示,两足够长的光滑金属导轨竖直放置,相距为,一理想电流表与两导轨相连,匀强磁场与导轨平面垂直.一质量为m、有效电阻为的导体棒在距磁
15、场上边界h处静止释放.导体棒进入磁场后,流经电流表的电流逐渐减小,最终稳定为。整个运动过程中,导体棒与导轨接触良好,且始终保持水平,不计导轨的电阻。求: (1) 磁感应强度的大小;(2) 电流稳定后,导体棒运动速度的大小v;(3) 流经电流表电流的最大值Im。【点评】此题考查法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、平衡条件、安培力、机械能守恒定律等重点知识,3(2011全国理综)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。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。4(2011重庆理综卷)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