2023届高考物理二轮专题复习：电磁感应+电容+试题

这是一份2023届高考物理二轮专题复习：电磁感应+电容+试题，共6页。试卷主要包含了放电式等内容，欢迎下载使用。
电磁感应之电容模型模型1无外力充电式（电容器+单棒）例1 两条相互平行的光滑水平金属导轨，电阻不计，匀强磁场垂直导轨平面向上，磁感应强度为B。电容器的电容为C，击穿电压足够大，开始时电容器不带电。棒ab长为L，质量为m，电阻为R， 初速度为v0，金属棒运动时，金属棒与导轨始终垂直且接触良好。（1）          请分析电容器的工作状态，导体棒的运动情况，若导轨足够长，求导体棒最终的速度。  （2）          若电容器储存的电能满足 ，忽略电磁辐射损失，求导体棒ab在整个过程中产生的焦耳热。 模型2．放电式（电容器+单棒）例2  两条相互平行的光滑水平金属导轨，电阻不计，匀强磁场垂直导轨平面向上，磁感应强度为B。棒ab长为L，质量为m，电阻为R，静止在导轨上。电容器的电容为C，先给电容器充电，带电量为Q，再接通电容器与导体棒。金属棒运动时，金属棒与导轨始终垂直且接触良好。请分析电容器的工作状态，导体棒的运动情况，若导轨足够长，求导体棒最终的速度。  模型3.有恒力的充电式电容器例3.   水平金属导轨光滑，电阻不计，匀强磁场与导轨垂直，磁感应强度为B。棒ab长为L，质量为m，电阻为R，初速度为零，在恒力F作用下向右运动。电容器的电容为C，击穿电压足够大，开始时电容器不带电。请分析导体棒的运动情况。  4.模型迁移：（分析方法完全相同，尝试分析吧！）（1）导轨不光滑（2）恒力的提供方式不同，如导轨变成竖直放置或倾斜放置等(3)    电路结构变化   （ 2017年天津卷12题）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。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。    如图所示，两光滑平行金属导轨间距为L，直导线MN垂直跨在导轨上，且与导轨接触良好，整个装置处在垂直于纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B。电容器的电容为C，除电阻R外，导轨和导线的电阻均不计。现给导线MN一初速度，使导线MN向右运动，当电路稳定后，MN以速度v向右做匀速运动时(       )A．电容器两端的电压为零    B．电阻两端的电压为BLvC．电容器所带电荷量为CBLv  D．为保持MN匀速运动，需对其施加的拉力大小为如图所示，匀强磁场的磁感应强度，金属棒AD长，与框架宽度相同，电阻r=1.3Ω，框架电阻不计，电阻R1=2Ω， R2=3Ω当金属棒以5m/s速度匀速向右运动时，求：（1）流过金属棒的感应电流为多大？（2）若图中电容器C为0.3μF，则电容器中储存多少电荷量？  如图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计，阻值为R的导体棒垂直于导轨放置，且与导轨接触良好。导轨所在空间存在匀强磁场，匀强磁场与导轨平面垂直，t＝0时，将开关S由1掷向2，若分别用q、i、v和a表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度大小和加速度大小，则下图所示的图像中正确的是(　　) （竖直导轨）如图所示，两竖直放置的平行导轨间距为L，导轨间存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导轨的上端连接一电容值为C的电容。导轨上放有一长度为L，质量为m的导体棒，导体棒沿导轨由静止开始下滑，且在下滑过程中始终保持与导轨垂直并良好接触（电路中一切电阻均不计）。（1）若t时刻速度为v，经历极短的时间Δt后，导体棒速度增加了Δv，则t时刻通过导体棒的电流I为多大；（2）求导体棒下滑的加速度；（3）随导体棒的加速下滑，电容器储存的电荷量越大，电容器内匀强电场的场强越大，电容器储存的电场能越大，若某时刻电容器储存的电荷量的大小为Q，则此时储存在电容器中的电场的能量有多大？  平行水平长直导轨间的距离为L，左端接一耐高压的电容器C。轻质导体杆cd与导轨接触良好，如图所示，在水平力F作用下以加速度a从静止开始做匀加速运动，匀强磁场B竖直向下，不计摩擦与电阻，求：(1)所加水平外力F与时间t的关系；(2)在时间t内有多少能量转化为电场能。     变式2.（竖直+电路结构变化）图中MN和PQ为竖直方向的两平行足够长的光滑金属导轨，间距为L，电阻不计。导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，两端分别接阻值为2R的电阻R1和电容为C的电容器。质量为m、电阻为R的金属杆ab始终垂直于导轨，并与其保持良好接触。杆ab由静止开始下滑，在下滑过程中最大的速度为v，整个电路消耗的最大电功率为P，则：A．电容器右极板带正电    B．电容器的最大带电量为______B．杆ab的最大速度v等于_______D．杆ab所受安培力的最大功率为_______ （斜面+外力）如图所示，两根足够长的粗糙平行直导轨与水平面成α角放置，两导轨间距为L，轨道上端接一电容为C的电容器。导轨处于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨平面斜向上。一质量为m的金属棒在沿平行斜面的恒力F作用下从静止开始沿斜面向上运动。已知重力加速度大小为g，金属棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，忽略所有电阻，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)回路中的电流强度大小．     变式5.（连接体）如图所示，处于匀强磁场中的两根足够长且电阻不计的平行金属导轨相距L，导轨平面与水平面重合，左端用导线连接电容为C的电容器（能承受的电压足够大）。已知匀强磁场的磁感应强度大小为B、方向竖直向上。一质量为m、电阻不计的直金属棒垂直放在两导轨上，一根绝缘的、足够长的轻绳一端与棒的中点连接，另一端跨过定滑轮挂一质量为m的重物。现从静止释放重物并通过轻绳水平拖动金属棒运动（金属棒始终与导轨垂直并保持良好接触，不计滑轮质量和所有摩擦）。求：（1）若某时刻金属棒速度为v，则电容器两端的电压多大？（2）求证：金属棒的运动是匀加速直线运动；（3）当重物从静止开始下落一定高度时，电容器带电量为Q，则这个高度h多大？        如图所示，有一间距为l且与水平方向成θ角粗糙的平行轨道，轨道上端接有电容器和定值电阻，S为单刀双掷开关，空间存在垂直轨道平面向上的匀强磁场，磁感应强度为B。将单刀双掷开关接到a点，一根电阻不计、质量为m的导体棒在轨道底端获得初速度v0后沿着轨道向上运动，到达最高点时，单刀双掷开关接b点，经过一段时间导体棒又回到轨道底端，且到达底端之前已经匀速，已知动摩擦因数为（<tanθ），定值电阻的阻值为R，电容器的电容为C，重力加速度为g，轨道足够长，轨道电阻不计。求： (1)导体棒上滑过程中，电容器的最大电荷量q，上滑的位移大小s；(2)求导体棒下滑到底端过程中，定值电阻产生的热量Q。       如图(甲)、(乙)、(丙)中，除导体棒ab可动外，其余部分均固定不动，(甲)图中的电容器C原来不带电．设导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，导体棒和导轨间的摩擦也不计，图中装置均在水平面内，且都处于方向垂直水平面(即纸面)向下的匀强磁场中，导轨足够长．现给导体棒ab一个向右的初速度v0，在(甲)、(乙)、(丙)三种情形下导体棒ab的最终运动状态是(　　)A．三种情形下导体棒ab最终都做匀速运动B．(甲)、(丙)中，ab棒最终将以不同速度做匀速运动；(乙)中，ab棒最终静止C．(甲)、(丙)中，ab棒最终将以相同速度做匀速运动；(乙)中，ab棒最终静止D．三种情形下导体棒ab最终都静止（2020浙江高三月考）如图所示，间距L=1m的两光滑金属导轨相互平行放置，水平导轨与倾斜导轨之间用绝缘材料平滑连接。倾斜轨道的倾角θ=37°，在倾斜轨道上端有一单刀双掷开关S，可连接E=9V，r=2Ω的电源或C=F的未充电的电容器。在倾斜导轨区域和直导轨CDGH矩形区域存在着相同的磁场，方向竖直向上，在水平导轨的右端连接了R2=10Ω的电阻。已知R1=10Ω，d=3m，将开关S与1相连，一质量m=0.1kg的金属导体棒ab恰好能静止在高h=3.6m的倾斜导轨上。不计其他一切电阻和阻力，取g=10m/s2.求：（1）磁感应强度B的大小；（2）将开关S掷向2后，ab棒滑到MN处的速度v；（3）          ab棒通过CDGH磁场区域过程中R2上产生的焦耳热。         如图甲所示两光滑导轨由水平、倾斜两部分平滑连接，相互平行放置两导轨相距L=1m，倾斜导轨与水平面成θ=30°角.倾斜导轨所处的某一矩形区域BB′C′C内有垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B1=1T，B、C间距离为L1=2m.倾斜导轨上端通过单刀双掷开关S连接R=0.8Ω的电阻和电容C=1F的未充电的电容器．现将开关s掷向1，接通电阻R，然后从倾斜导轨上离水平面高h=1.45m处垂直于导轨静止释放金属棒ab，金属棒的质量m=0.4kg、电阻r=0.2Ω，金属棒下滑时与导轨保持良好接触，在到达斜面底端CC′前已做匀速运动．金属棒由倾斜导轨滑向水平导轨时无机械能损失，导轨的电阻不计.当金属棒经过CC′时，开关S掷向2，接通电容器C，同时矩形区域BB′C′C的磁感应强度B1随时间变化如图乙所示.水平导轨所处某一矩形区域的CC′D′D内无磁场，C、D间距离为L2=8m.DD'右侧的水平轨道足够长且两水平轨道内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B2=2T.g=10m/s2，求：（1）金属棒刚进入矩形磁场区域BB′C′C时两端的电压；（2）金属棒通过矩形磁场区域BB'C′C的过程中电阻R产生的热量；（3）若金属棒在矩形区域CC′D′D内运动，到达DD′前电流为零．则金属棒进入DD′右侧磁场区域运动达到稳定后电容器最终所带的电荷量.      如图所示，一光滑的平行导轨固定在同一水平面内，导轨间距为L=2m。两导轨各通过一间距不计的绝缘隔层cd将其分成两段，导轨左端分别接有阻值为R=2.0Ω的电阻和电容为C=0.1F的电容器。一质量为m=1.0kg，阻值不计的金属棒放置在导轨上，整个装置置于竖直向下、磁感应强度为B=1T的匀强磁场中。棒在水平向右的外力F作用下，由静止开始以a=2m/s2的加速度做匀加速直线运动。当棒运动到绝缘层处撤去外力，其位移x=16cm。假设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，电容器储存的电能公式，求：（1）当棒运动到绝缘层处时，电容器储存的电能UC；（2）棒在匀加速运动过程中，外力F与时间的关系；（3）当棒运动到绝缘层处撤去外力F前，通过导体棒的电荷量q。          （2022年1月）如图所示，水平固定一半径r=0.2m的金属圆环，长均为r，电阻均为R0的两金属棒沿直径放置，其中一端与圆环接触良好，另一端固定在过圆心的导电竖直转轴OO′上，并随轴以角速度=600rad/s匀速转动，圆环内左半圆均存在磁感应强度大小为B1的匀强磁场。圆环边缘、与转轴良好接触的电刷分别与间距l1的水平放置的平行金属轨道相连，轨道间接有电容C=0.09F的电容器，通过单刀双掷开关S可分别与接线柱1、2相连。电容器左侧宽度也为l1、长度为l2、磁感应强度大小为B2的匀强磁场区域。在磁场区域内靠近左侧边缘处垂直轨道放置金属棒ab，磁场区域外有间距也为l1的绝缘轨道与金属轨道平滑连接，在绝缘轨道的水平段上放置“［”形金属框fcde。棒ab长度和“［”形框的宽度也均为l1、质量均为m=0.01kg，de与cf长度均为l3=0.08m，已知l1=0.25m，l2=0.068m，B1=B2=1T、方向均为竖直向上；棒ab和“［”形框的cd边的电阻均为R=0.1，除已给电阻外其他电阻不计，轨道均光滑，棒ab与轨道接触良好且运动过程中始终与轨道垂直。开始时开关S和接线柱1接通，待电容器充电完毕后，将S从1拨到2，电容器放电，棒ab被弹出磁场后与“［”形框粘在一起形成闭合框abcd，此时将S与2断开，已知框abcd在倾斜轨道上重心上升0.2m后返回进入磁场。（1）求电容器充电完毕后所带的电荷量Q，哪个极板（M或N；）带正电？（2）求电容器释放的电荷量；（3）求框abcd进入磁场后，ab边与磁场区域左边界的最大距离x。