高考物理试题分项版解析专题22计算题电与磁提升题.doc
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1、1 / 23【2019【2019 最新最新】精选高考物理试题分项版解析专题精选高考物理试题分项版解析专题 2222 计算题电计算题电与磁提升题与磁提升题1【2017天津卷】(18 分)平面直角坐标系 xOy 中,第象限存在垂直于平面向里的匀强磁场,第现象存在沿 y 轴负方向的匀强电场,如图所示。一带负电的粒子从电场中的 Q 点以速度 v0 沿 x 轴正方向开始运动,Q 点到 y 轴的距离为到 x 轴距离的 2 倍。粒子从坐标原点 O 离开电场进入磁场,最终从 x 轴上的 P 点射出磁场,P 点到 y 轴距离与 Q点到 y 轴距离相等。不计粒子重力,问:(1)粒子到达 O 点时速度的大小和方向;
2、(2)电场强度和磁感应强度的大小之比。【答案】(1),方向与 x 轴方向的夹角为 45角斜向上(2)02vv 20v BE解得:,即,粒子到达 O 点时速度方向与 x 轴方向的夹角为 45角斜向上。1tan452 / 23粒子到达 O 点时的速度大小为00245cosvvv【考点定位】带电粒子在复合场中的运动【名师点睛】本题难度不大,但需要设出的未知物理量较多,容易使学生感到混乱,要求学生认真规范作答,动手画图。2【2017天津卷】(20 分)电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度,其原理可用来研制新武器和航天运载器。电磁轨道炮示意如图,图中直流电源电动势为 E,电容器的电容为 C。
3、两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为 l,电阻不计。炮弹可视为一质量为 m、电阻为 R 的金属棒 MN,垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触。首先开关 S 接 1,使电容器完全充电。然后将 S 接至2,导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为 B 的匀强磁场(图中未画出),MN 开始向右加速运动。当 MN 上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时,回路中电流为零,MN 达到最大速度,之后离开导轨。问:(1)磁场的方向;(2)MN 刚开始运动时加速度 a 的大小;(3)MN 离开导轨后电容器上剩余的电荷量 Q 是多少。3 / 23【答案】(1)磁场的方向垂直于导轨平面向下(2
4、)(3)mRBEla mClBEClBQ222222【解析】(1)电容器充电后上板带正电,下板带负电,放电时通过 MN的电流由 M 到 N,欲使炮弹射出,安培力应沿导轨向右,根据左手定则可知磁场的方向垂直于导轨平面向下。(2)电容器完全充电后,两极板间电压为 E,根据欧姆定律,电容器刚放电时的电流:REI 炮弹受到的安培力:BIlF 根据牛顿第二定律:maF 解得加速度mRBEla 【考点定位】电磁感应现象的综合应用,电容器,动量定理【名师点睛】本题难度较大,尤其是最后一个小题,给学生无从下手的感觉:动量定理的应用是关键。3 (18 分) 【2016北京卷】如图所示,电子由静止开始经加速电场加
5、4 / 23速后,沿平行于版面的方向射入偏转电场,并从另一侧射出。已知电子质量为 m,电荷量为 e,加速电场电压为。偏转电场可看作匀强电场,极板间电压为 U,极板长度为 L,板间距为 d。0U(1)忽略电子所受重力,求电子射入偏转电场时的初速度 v0 和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离 y;(2)分析物理量的数量级,是解决物理问题的常用方法。在解决(1)问时忽略了电子所受重力,请利用下列数据分析说明其原因。已知, , , , 。22.0 10 VU 24.0 10md319.1 10kgm191.6 10Ce210 m/sg (3)极板间既有静电场也有重力场。电势反映了静电场各点的能的性质
6、,请写出电势的定义式。类比电势的定义方法,在重力场中建立“重力势”的概念,并简要说明电势和“重力势”的共同特点。G【答案】 (1) (2)不需要考虑电子所受的重力(3)电势和重力势都是反映场的能的性质的物理量,仅仅由场自身的因素决定。204UL U dpEqG(2)考虑电子所受重力和电场力的数量级,有重力2910NGmg电场力1510NeUFd由于,因此不需要考虑电子所受重力FG(3)电场中某点电势定义为电荷在该点的电势能与其电荷量 q 的比值,即pEpEq由于重力做功与路径无关,可以类比静电场电势的定义,将重力场中物体在某点的重力势能与其质量 m 的比值,叫做“重力势” ,即GEG GE m
7、电势和重力势都是反映场的能的性质的物理量,仅由场自身的因素决5 / 23定G【考点定位】带电粒子在电场中的偏转【方法技巧】带电粒子在电场中偏转问题,首先要对带电粒子在这两种情况下进行正确的受力分析,确定粒子的运动类型。解决带电粒子垂直射入电场的类型的题,应用平抛运动的规律进行求解。此类型的题要注意是否要考虑带电粒子的重力,原则是:除有说明或暗示外,对基本粒子(例如电子,质子、 粒子、离子等)一般不考虑重力;对带电微粒(如液滴、油滴、小球、尘埃等)一般要考虑重力。4 【2016天津卷】 (20 分)电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅助制动装置,其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓车辆的速度
8、。电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论:如图所示,将形状相同的两根平行且足够长的铝条固定在光滑斜面上,斜面与水平方向夹角为。一质量为 m 的条形磁铁滑入两铝条间,恰好匀速穿过,穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒定,其引起电磁感应的效果与磁铁不动、铝条相对磁铁运动相同。磁铁端面是边长为 d 的正方形,由于磁铁距离铝条很近,磁铁端面正对两铝条区域的磁场均可视为匀强磁场,磁感应强度为 B,铝条的高度大于 d,电阻率为 。为研究问题方便,铝条中只考虑与磁铁正对部分的电阻和磁场,其他部分电阻和磁场可忽略不计,假设磁铁进入铝条间以后,减少的机械能完全转化为铝条的内能,重力加速度为 g。(1)求铝条中与磁
9、铁正对部分的电流 I;(2)若两铝条的宽度均为 b,推导磁铁匀速穿过铝条间时速度 v 的表达式;(3)在其他条件不变的情况下,仅将两铝条更换为宽度 bb 的铝条,6 / 23磁铁仍以速度 v 进入铝条间,试简要分析说明磁铁在铝条间运动时的加速度和速度如何变化。【答案】 (1) (2)v=(3)见解析sin 2mg Bd22sin 2mg B d b(2)磁铁穿过铝条时,在铝条中产生的感应电动势为 E,有 E=Bdv铝条与磁铁正对部分的电阻为 R,由电阻定律有 R=d db由欧姆定律有 I=E R联立式可得 v=22sin 2mg B d b【考点定位】安培力、物体的平衡、电阻定律、欧姆定律【名
10、师点睛】此题以电磁缓冲器为背景设置题目,综合考查了安培力、物体的平衡、电阻定律及欧姆定律等知识点,要求学生首先理解题意,抽象出物理模型,选择适当的物理规律列出方程求解;此题综合性较强,能较好地考查考生综合分析问题与解决问题的能力。5 【2016四川卷】 (19 分)如图所示,图面内有竖直线 DD,过DD且垂直于图面的平面将空间分成 I、II 两区域。区域 I 有方向竖直向上的匀强电场和方向垂直图面的匀强磁场 B(图中未画出) ;区域7 / 23II 有固定在水平面上高、倾角的光滑绝缘斜面,斜面顶端与直线 DD距离,区域 II 可加竖直方向的大小不同的匀强电场(图中未画出) ;C点在 DD上,距
11、地面高。零时刻,质量为 m、带电量为 q 的小球 P 在K 点具有大小、方向与水平面夹角的速度。在区域 I 内做半径的匀速圆周运动,经 C 点水平进入区域 II。某时刻,不带电的绝缘小球 A 由斜面顶端静止释放,在某处与刚运动到斜面的小球 P 相遇。小球视为质点,不计空气阻力及小球 P 所带电量对空间电磁场的影响。l 已知,g为重力加速度。2hl/44sl3Hl0vgl/33 / rl(1)求匀强磁场的磁感应强度 B 的大小;(2)若小球 A、P 在斜面底端相遇,求释放小球 A 的时刻 tA;(3)若小球 A、P 在时刻( 为常数)相遇于斜面某处,求此情况下区域 II 的匀强电场的场强 E,并
12、讨论场强 E 的极大值和极小值及相应的方向。/tl g【答案】 (1) ;(2) (3)场强极小值为;场强极大值为,方向竖直向上。3mgBql32 2l g()min0Emax7 8mgEq小球 A 释放后沿斜面运动加速度为 aA,与小球 P 在时刻 t1 相遇于斜面底端,有sinAmgma8 / 232 11()sin2AAhatt联立以上方程可得(32 2)Altg(3)设所求电场方向向下,在 tA 时刻释放小球 A,小球 P 在区域运动加速度为 aP,有2 01()() cos2CAAsv ttattPmgqEma2211() sin()22AAPCHhattatt联立相关方程解得2(1
13、1) (1)mgEq 对小球 P 的所有运动情形讨论可得35由此可得场强极小值为;场强极大值为,方向竖直向上。min0Emax7 8mgEq考点:平抛运动;圆周运动;牛顿第二定律的应用【名师点睛】此题是力、电、磁及运动大拼盘,综合考查带电粒子在磁场中及电场中的运动圆周运动以及平抛运动和下斜面上的匀加速运动等问题;解题时要能把这些复杂的物理过程分解为一个一个的小过程,然后各个击破;此题是有一定难度的;考查学生综合分析问题,解决问题的能力.6 【2016浙江卷】 (20 分)小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示,两根平行金属导轨相距 l=0.50 m,倾角 =53,导轨上端串接一个 R=0.05
14、 的电阻。在导轨间长 d=0.56 m 的区域内,存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度 B=2.0 T。质量 m=4.0 kg 的金属棒 CD 水平置于导轨上,用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆 GH 相连。9 / 23CD 棒的初始位置与磁场区域的下边界相距 s=0.24 m。一位健身者用恒力 F=80 N 拉动 GH 杆,CD 棒由静止开始运动,上升过程中 CD 棒始终保持与导轨垂直。当 CD 棒到达磁场上边界时健身者松手,触发恢复装置使 CD 棒回到初始位置(重力加速度 g=10 m/s2,sin 53=0.8,不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的质量) 。求(1)CD 棒进入磁场时速
15、度 v 的大小;(2)CD 棒进入磁场时所受的安培力 FA 的大小;(3)在拉升 CD 棒的过程中,健身者所做的功 W 和电阻产生的焦耳热Q。【答案】 (1)2.4 m/s (2)48 N (3)64 J 26.88 J【解析】 (1)由牛顿定律2sin12 m/sFmgam进入磁场时的速度22.4 m/svas(2)感应电动势EBlv感应电流BlvIR安培力AFIBl代入得2A()48 NBlvFR【考点定位】法拉第电磁感应定律;牛顿第二定律;功【名师点睛】此题是关于电磁感应现象中的力及能量的问题。解题时要认真分析物理过程,搞清物体的受力情况及运动情况,并能选择合适的物理规律列出方程解答;此
16、题难度中等,意在考查学生综合运用物理规律解题的能力。7 【2016浙江卷】 (22 分)为了进一步提高回旋加速器的能量,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10 / 23的速率在闭合平衡轨道上周期性旋转。扇形聚焦磁场分布的简化图如图所示,圆心为 O 的圆形区域等分成六个扇形区域,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的匀强磁场,磁感应强度为 B,谷区内没有磁场。质量为 m,电荷量为 q 的正离子,以不变的速率 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的半径 r,并判断离子旋转的方向是顺时针还是逆
17、时针;(2)求轨道在一个峰区内圆弧的圆心角 ,及离子绕闭合平衡轨道旋转的周期 T;(3)在谷区也施加垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为 B ,新的闭合平衡轨道在一个峰区内的圆心角 变为 90,求 B和 B 的关系。已知:sin( )=sin cos cos sin ,cos=122sin2【答案】 (1)旋转方向为逆时针方向(2) (3)mv qB2 3(23 3)mTqB31 2BB (3)谷区内的圆心角1209030 谷区内的轨道圆弧半径mvrqB 由几何关系sinsin22rr由三角关系3062sin=sin15 =24代入得31 2BB 11 / 23【考点定位】带电粒子在匀强磁场中
18、的运动【名师点睛】此题是关于带电粒子在匀强磁场中的运动问题。解题时要分析粒子受到的洛伦兹力的情况,找到粒子做圆周运动的圆心及半径,画出几何图形,并借助与几何关系分析解答。此题有一定的难度,考查学生的综合能力。8 【2016全国新课标卷】如图,两条相距 l 的光滑平行金属导轨位于同一水平面(纸面)内,其左端接一阻值为 R 的电阻;一与导轨垂直的金属棒置于两导轨上;在电阻、导轨和金属棒中间有一面积为S 的区域,区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场,磁感应强度大小B1 随时间 t 的变化关系为,式中 k 为常量;在金属棒右侧还有一匀强磁场区域,区域左边界 MN(虚线)与导轨垂直,磁场的磁感应强度大小为
19、 B0,方向也垂直于纸面向里。某时刻,金属棒在一外加水平恒力的作用下从静止开始向右运动,在 t0 时刻恰好以速度 v0 越过 MN,此后向右做匀速运动。金属棒与导轨始终相互垂直并接触良好,它们的电阻均忽略不计。求1Bkt(1)在 t=0 到 t=t0 时间间隔内,流过电阻的电荷量的绝对值;(2)在时刻 t(tt0)穿过回路的总磁通量和金属棒所受外加水平恒力的大小。【答案】 (1) (2)0kt SqR0 00B lfB lvkSR联立可得kSqtR由可得,在 t=0 到 t=的时间间隔内,流过电阻 R 的电荷量 q 的绝对值为0t0kt SqR12 / 23式中仍如式所示,由可得,在时刻 t(
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