上海市杨浦区三年（2021-2023）年高考物理一模试题按知识点分层-02电磁学（基础题）

上海市杨浦区三年（2021-2023）年高考物理一模试题按知识点分层-02电磁学（基础题）

一、单选题

1．（2022·上海杨浦·统考一模）关于通电导线在磁场中受到的磁场力，下列说法正确的是（　　）

A．磁场力方向可以不与磁场方向垂直

B．磁场力的方向一定垂直于通电导线

C．环形通电线圈在磁场中所受磁场力一定为零

D．只有垂直磁场方向放置的通电导线才受磁场力

2．（2022·上海杨浦·统考一模）若带电粒子仅在电场力作用下运动，则带电粒子可能（　　）

A．速率变大，电势能变大 B．所受电场力不变，动能不变

C．速率不变，电势能不变 D．所受电场力变小，动能不变

3．（2022·上海杨浦·统考一模）如图，空间固定一条形磁体（其轴线水平），穿过圆环的磁通量先增大再减小的是（　　）

A．圆环a沿磁体轴线由磁体N极向右移至S极

B．圆环a沿磁体轴线由磁体N极左侧向左移至无穷远

C．圆环b从磁体正下方竖直下落

D．圆环c从磁体右边的位置1下降到位置3

4．（2022·上海杨浦·统考一模）某同学在解题过程中得到这一表达式，其中B是某磁场的磁感应强度，E是某电场的电场强度。请你帮他判断x的单位是（　　）

A． B． C． D．

5．（2022·上海杨浦·统考一模）如图，采用一个电阻箱和电流表测量一节干电池的电动势和内阻，下列图像中可能正确的是（　　）

A． B．

C． D．

6．（2022·上海杨浦·统考一模）如图，悬挂在丝线下的小球B与固定在悬点正下方的小球A带同种电荷，两球均可视作点电荷。细线竖直时，B处于静止状态且丝线上的拉力大小为，两球间距为，库仑力大小为。若将B拉至图中另一位置处也能静止，此时丝线拉力大小为，两球间距为，库仑力大小为。则（　　）

A． B．

C． D．

7．（2022·上海杨浦·复旦附中一模）关于闭合电路中的内电压，下列说法正确的是 （　　）

A．外电阻增大，内电压增大

B．外电路断路时，内电压为零

C．内电压不可以用欧姆定律计算

D．内电压是从电源内部测量的正负两极间的电压

8．（2022·上海杨浦·复旦附中一模）如图，光滑绝缘水平面上的 A、B 两点分别固定两个带等量同种电荷的点电荷 M、N，O 为 AB 连线的中点，CD 为 AB 连线的垂直平分线，a、b 分别为 AB、CD 连线上的点。则 （　　）

A．任何带电粒子在 a、b、O 点都无法静止

B．若在 a 点静止释放的带电粒子能沿 AB 连线做往复运动，该粒子在 b 点静止释放，也能沿 CD 连线做往复运动

C．在 a 点静止释放的带电粒子在 AB 连线上运动，粒子的速度可能不断增大且加速度不断减小

D．在 b 点静止释放的带电粒子在 CD 连线上运动，粒子的速度可能不断增大且加速度不断减小

二、填空题

9．（2022·上海杨浦·统考一模）已知真空中单个点电荷在空间任一点产生的电势与该点到点电荷的距离成反比。如图，处于真空中的立方体一顶点处放置一电荷量为的点电荷。则立方体上各顶点中与b点电势相等的点还有___________。若在f点再放置一个电荷量为的点电荷，则立方体上各顶点中电场强度相同的成对点有___________。

10．（2022·上海杨浦·统考一模）如图，电源电动势，内阻，、为两个可调电阻。已知电动机的额定电压，线圈电阻。开关S闭合后，可调电阻取、取时，电动机恰能正常工作，则电动机正常工作时的效率_______。在电动机正常工作的前提下调节电阻、的取值，则电源输出功率能达到的最大值为________。

11．（2022·上海杨浦·复旦附中一模）在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，半径为 R 的半球形球壳如图（a）放置，穿过它的磁通量为_______；面积为 S 的矩形线框在该磁场中的初始位置如图（b）中实线所示，线框绕 O 轴逆时针转动到与磁场垂直的虚线位置，这一过程中穿过线框的磁通量的变化量大小为______。

12．（2022·上海杨浦·复旦附中统考一模）如图为电磁流量计的示意图，圆管用非磁性材料制成，匀强磁场方向如图所示。当管中的导电液体流过磁场区域时，测出管壁上a、b两点间的电势差U就可以知道管中液体的流量——单位时间内流过管道横截面的液体体积Q。已知圆管直径为d，磁感应强度为 B，设管中各处液体的流速v相同。可推得：Q与v的比例系数为_______，Q与U的关系式为：Q＝_______。

13．（2022·上海杨浦·复旦附中统考一模）智能手机有自动调节屏幕亮度的功能，光照强度变大时屏幕变亮，反之变暗。图中电路元件 R1、R2中一个为定值电阻，另一个为光敏电阻（其有“阻值随光照强度的减小而增大”这一特性）。该电路可实现“有光照射光敏电阻时小灯泡变亮，反之变暗”这一功能。分析可得：光敏电阻应为_______（选填“R1”或“R2”），理由是：_______。

三、解答题

14．（2022·上海杨浦·统考一模）如图（1）所示，间距为的两条足够长光滑平行绝缘导轨放置在水平面内，导轨间有竖直方向且等间距间隔的匀强磁场，磁感应强度大小为B，磁场宽度及间距均为。导轨上有一正方形金属框abcd，质量为m，边长为L，ab、cd边与导轨平行。ab、cd边有电阻且阻值相同，bc和ad边电阻不计。金属框在沿导轨方向的恒定拉力F作用下从图示位置由静止起向右沿导轨运动，经过一段距离后进入第一个磁场。从bc边进入第一个磁场至bc边离开第一个磁场过程中，测得bc两端的电压随时间变化图像如图（2）所示。设，。

（1）求金属框从静止起向右运动至bc边进入第一个磁场过程中运动的距离x；

（2）求出并比较和的大小；

（3）分析并在图（3）中定性画出bc边离开第一个磁场至刚进入第二个磁场过程中ad两端的电压随时间变化图像；

（4）求bc边刚进入第二个磁场时金属框所具有的动能。

15．（2022·上海杨浦·复旦附中一模）半径为 R 的金属圆环水平固定，电阻忽略不计。圆环内存在与环面垂直的匀强磁场，磁感应强度为 B。导体棒长为 L（L＞2R），其单位长度电阻值为 r。图 （a）中导体棒与圆环相切于 O1点，t＝0 时刻起，从图示位置以速度 v 匀速向右运动，棒始终与速度方向垂直。图（b）中导体棒与圆环相切于 O2点，t＝0 时刻起，以 O2点为轴从图示位置起在水平面内顺时针匀速转过 180°，角速度为 ω；导体棒扫过整个环面时与环接触良好。

（1）分析说明图（a）中导体棒扫过整个环面过程中流过导体棒的电流变化情况；

（2）求图（b）中导体棒两端产生的感应电动势 E 与时间 t 的关系式；

（3）若图（a）、图（b）中导体棒扫过整个环面所用时间相同，试比较两种情况中导体棒运动到虚线（圆环上直径位置）处，流过两导体棒的感应电流大小。

16．（2022·上海杨浦·复旦附中一模）如图，两金属板水平正对放置，间距为 d。两板间有一竖直向下的匀强电场，电场强度为 E。在两板正中间竖直向上放出初速度相同、带电量分别为 ＋q、－2q 的两个粒子，它们质量相同。其中粒子Ⅰ抵达上板时速度不变，粒子Ⅱ只能抵达下板。重力加速度为 g。求：

（1）粒子质量 m；

（2）粒子Ⅱ在电场中运动时间的最大值；

（3）取粒子出发点为坐标原点、竖直向上为正方向，建立一维坐标系 y。以 y=0 为重力势能、电势能的零势能面，证明粒子Ⅱ运动到电场中任一位置时其机械能与电势能的总和不变。

参考答案：

1．B

【详解】AB．磁场力方向一定与磁场方向垂直，一定与通电导线垂直，选项A错误，B正确；

C．环形通电线圈在非匀强磁场中受磁场力不一定为零，选项C错误。

D．只要通电导线与磁场方向不平行就一定受磁场力，选项D错误。

故选B。

2．C

【详解】A．带电粒子仅在电场力作用下运动，若电场力做正功，则速率变大，动能变大，电势能变小，选项A错误；

B．若在匀强电场中运动，则粒子所受电场力不变，但是电场力一定做功，则动能不可能不变，选项B错误；

C．若带电粒子在点电荷电场中做匀速圆周运动，则速率不变，动能不变，电势能不变，选项C正确；

D．若带电粒子在电场中所受电场力变小，则电场力一定做功，动能不可能不变，选项D错误；

故选C。

3．A

【详解】A．磁体内部的磁场方向与磁体外部的磁场方向相反，圆环a由条形磁体的N极通过条形磁体移到S极，由于磁体内部的磁感线均穿过圆环a，且磁体外部穿过的磁感线条数先减少后增多，故此过程磁通量先增加后减小，故A符合题意；

B．圆环a沿磁体轴线由磁体N极左侧向左移至无穷远，穿过圆环a的磁感线条数变少，通过圆环a的磁通量变小，故B不符合题意；

C．垂直于地面的圆环b从条形磁体的中央位置竖直下落，离磁体越远，磁场越弱，穿过圆环b的磁感线条数变少，磁通量随之变小，故C不符合题意；

D．圆环c从1到2过程中，磁通量减小。到2位置时，磁感线几乎与圆环平行，磁通量最小，从2到3圆环c磁通量增大，故D不符合题意。

故选A。

4．B

【详解】E的单位是V/m；B的单位N/(A∙m)，则x的单位

故选B。

5．A

【详解】A．由闭合电路的欧姆定律可知

当R=0时

选项A正确；

B．根据

当I=0时R→∞，选项B错误；

C．根据

则R-I-1图像在R负半轴有截距，选项C错误；

D．根据

可知则I-1-R图像在I-1正半轴有截距，选项D错误。

故选A。

6．C

【详解】B．根据库仑定律

因 则

选项B错误；

CD．对小球受力分析如图

设细绳长为L，则由比例关系

可得

B球在竖直位置时

可得

选项C正确，D错误；

A．因

则

选项A错误。

故选C。

7．B

【详解】AB．根据闭合电路欧姆定律可知

当外电阻增大，回路电流强度减小，内电压减小，A错误；

B．外电路断路时，整个回路电流强度为零，因此内电压为零，B正确；

C．内电压可以利用欧姆定律计算，C错误；

D．内电压是内电阻分得的电压，不是从电源内部测量的正负两极间的电压，D错误。

故选B。

8．D

【详解】A．带电粒子在O点处时，所受合力为零，因此可以静止在O点，A错误；

B．若在a 点静止释放与M、N带同种电荷的粒子，该粒子能沿 AB 连线做往复运动，若在a 点静止释放与M、N带异种电荷的粒子，该粒子直接向M粒子运动，不会往复运动，若在 b 点静止与释放与M、N带异种电荷的粒子，也能沿 CD 连线做往复运动，但若在 b 点静止与释放与M、N带同种电荷的粒子，粒子沿DC方向，向无穷远处运动，B错误；

C．在 a 点静止释放的带电粒子在 AB 连线上运动，若向O点运动，粒子的速度不断增大且加速度不断减小，通过O点向B点运动时，速度不断减小，加速度不断增加，然后往复运动，若从a向M粒子运动，速度和加速度都不断增加，C错误；

D．由于在CD连线上，从O点向外，电场强度先增大后减小，可能b点处于最大值的外侧，若从b点释放与MN同种电荷，将沿着DC方向运动，加速度逐渐减小，而速度逐渐增加，D正确。

故选D。

9．     d、f     g、e两点和b、d两点

【详解】[1]因b、d、f三点到点电荷+q的距离相等，则立方体上各顶点中与b点电势相等的点还有d、f两点；

[2]若在f点再放置一个电荷量为的点电荷，则立方体上各顶点中电场强度相同的成对点有g、e两点和b、d两点。

10．          32W

【详解】[1]将可变阻电阻与电源视为一个整体，设该整体两端的电压为，以为电动机正常工作，有

其电流为

通过的电流为

通过电动机的电流为

所以其效率为

[2]将可变阻电阻与电源视为一个整体，设该整体两端的电压为，以为电动机正常工作，有

其电流为

路端电压为

电源输出功率为

通过以上各式，代数整理得

根据基本不等式有

整理后有当时，该式取等号，即取得最大值，但电阻的最小值为0，故当其取为零时，输出功率取得最大值，其值为

11．         

【详解】[1]根据磁通量的公式，可得穿过半球形球壳的磁通量为

[2]根据磁通量的公式，取此时磁感线穿过的面的磁通量为正，没有转动前，通过线框的磁通量为

由于转动后，磁感线从另一面穿过，则此时磁通量为负，即有

这一过程中穿过线框的磁通量的变化量大小为

12．         

【详解】[1]流量是指单位时间流过截面的体积，即

则Q与v的比例系数为；

[2]导电液体流过磁场区域稳定时，电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡，则有

解得

则流量为

13．     R1     见解析

【详解】[1][2]若R1是光敏电阻，则照射 R1的光照强度增大时，R1阻值减小，则电路总电阻减小，总电流增大，电源内电压升高，路端电压减小，R2 两端电压减小，流过 R2 的电流减小，流过 R1 和小灯泡的电流增大，小灯泡的实际功率变大，小灯泡变亮，因此光敏电阻应为R1。

14．（1）；（2），；（3） ；（4）

【详解】（1）由图2可知，bc边刚进磁场时，bc端的电压为U1，设此时线框的速度为v1，bc两端的电压等于bc边切割磁感线产生的感应电动势，有

则

由动能定理可得

金属框从静止起向右运动至bc边进入第一个磁场过程中运动的距离

（2）由于bc两端的电压

可知，Ubc与v成正比，由图2可得v-t图像如图所示

利用v-t图像所包围的面积等于位移，由于和时间内的位移都等于L，即图中S1=S2，可知

t1时刻速度为

线框从t1到t2仅受拉力F作用，作匀加速运动，则

（3）由图2可知，t2时刻bc边刚要出第1个磁场，线框除了受F外，还受向左的安培力作用，此时bc两端电压为U1，速度与刚进入磁场时相同，bc边刚进入第一个磁场时，也受到向左的安培力，则两次受到的安培力大小相同，线框的加速度相同；线框全部进入第一个磁场时不受安培力作用，全部出第一个磁场时也不受安培力作用，则bc边离开第一个磁场至刚进入第二个磁场过程中，ad两端的电压与图1中bc两端电压相同，ad两端的电压随时间变化图像如图所示：

（4）由（3）可知，bc边刚进入第二个磁场时速度为

动能为

15．（1）电流不变；（2），；（3）

【详解】（1）设导体棒切割磁感线的有效长度为 l，流过导体棒的电流

则电流不变；

（2）当时

当时

导体棒内产生的感应电动势

（）

（3）用时相同

可得

图（a）

图（b）

因为

所以

16．（1）；（2）；（3）见解析

【详解】（1）粒子Ⅰ抵达上板时速度不变，可判断粒子Ⅰ带负电，带电量为－2q

所受合外力为零

（2）粒子Ⅱ带电量为 +q，在电场中运动的加速度

临界状态——粒子Ⅱ抵达上极板时速度减为零

粒子Ⅱ做类竖直上抛运动，以向上为正

（3）在出发点 y=0：设粒子Ⅱ的初动能

粒子Ⅱ在电场中运动到某一位置的动能

粒子Ⅱ在电场中运动到某一位置的重力势能

机械能

粒子Ⅱ在电场中运动到某一位置的电势能

机械能与电势能的总和不变。