2027届高三物理一轮复习试题第12章第5讲专题提升：电磁感应中的动量（Word版含解析）

这是一份2027届高三物理一轮复习试题第12章第5讲专题提升：电磁感应中的动量（Word版含解析），共39页。试卷主要包含了3 V等内容，欢迎下载使用。
题组一 动量定理在电磁感应中的应用
1.(2025江苏扬州模拟)如图所示,导体框位于竖直平面内,匀强磁场垂直于纸面向里,磁感应强度大小B=2.0 T,水平导体棒MN可沿两侧足够长的光滑导轨下滑而不分离,导体棒MN质量m=0.1 kg,接入电路的电阻r=1.0 Ω;导轨宽度L=1.0 m,定值电阻R=3.0 Ω,装置的其余部分电阻可忽略不计。将导体棒MN无初速度释放,导体棒下滑h=2.0 m高度时速度达到最大,重力加速度g取10 m/s2。则导体棒( )
A.下滑的最大速度为4 m/s
B.从释放到下滑h高度所经历的时间为1 s
C.从释放到下滑h高度过程中,电阻R产生的热量为1.95 J
D.从释放到下滑h高度过程中,通过电阻R的电荷量为1 C
2.(7分)(2025浙江杭州一模)某兴趣小组为研究电动汽车能量回收装置原理,设计了如图所示的模型:两个半径不同的同轴圆柱体间存在由内至外沿半径方向的辐向磁场。有一根质量为m、长度为L、电阻为R的金属棒MN通过导电轻杆与中心轴相连,可绕轴转动,金属棒所在之处的磁感应强度大小均为B,整个装置竖直放置。中心轴右侧接一单刀双掷开关,开关接通1,由电动势为E、内阻为r的电源给金属棒供电,棒MN受到阻力Ff方向与速度相反,大小与速度成正比,Ff=kv,k为已知常数。当MN运动的路程为s时已经匀速运动。若开关接通2,则开始能量回收,给电容为C的电容器充电。初始时电容器不带电、金属棒MN静止,电路其余部分的电阻不计。
(1)在开关接通1瞬间,求棒MN所受安培力大小;
(2)开关接通1,求稳定后棒MN的最大速度vm;
(3)接第(2)问,若最大速度已知,记为vm,则:
①求金属棒MN开始转动到达到最大速度过程中,电源把多少其他形式能转化为电能;
②金属棒MN达到最大速度vm后,开关接通2,若此后阻力不计,在一段时间后金属棒将再次匀速转动,求此时电容器C上的带电荷量Q。
3.(7分)(2025山东菏泽一模)如图所示,两段足够长但不等宽的光滑平行金属导轨水平放置,b、g两点各有绝缘材料(长度忽略不计)平滑连接导轨,ac、fh段长度为l,de、jk段长度为2l。整个空间处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为B。导轨af端接有电容C=mB2l2的电容器(初始不带电),导体棒Ⅱ静止于de、jk段。导体棒Ⅰ、Ⅱ的质量分别为m、2m,电阻分别为R、2R,长度分别为l、2l,导体棒Ⅰ从靠近 af位置以初速度v0向右运动,到达bg左侧前已达到稳定速度v1(v1未知)。两导体棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好,重力加速度为g,导轨电阻和空气阻力忽略不计。求:
(1)导体棒Ⅰ到达bg时速度v1的大小;
(2)导体棒Ⅰ在bc、gh段水平导轨上运动的过程中,导体棒Ⅰ达到稳定时的速度 v2的大小;
(3)导体棒Ⅰ在bc、gh段运动过程中,导体棒Ⅰ上产生的焦耳热。
题组二 动量守恒定律在电磁感应中的应用
4.(多选)(2026海南海口月考)如图所示,两根足够长光滑平行导轨相距0.25 m,导轨左侧倾斜,右侧部分固定在水平面上,水平面上存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为0.4 T,倾斜部分附近不存在磁场。金属杆乙垂直放在水平导轨上,金属杆甲垂直放在倾斜导轨上,与水平面的高度差为0.45 m。某时刻由静止释放金属杆甲,金属杆甲加速下滑,不计转弯处能量损失,进入水平面上的磁场区域后刚好未与金属杆乙发生碰撞。已知金属杆甲、乙质量均为0.1 kg,接入电路的电阻均为0.1 Ω,导轨电阻不计,金属杆与导轨垂直且接触良好,重力加速度g取10 m/s2,以下说法正确的是( )
A.甲下滑至磁场区域时的感应电动势为0.3 V
B.金属杆乙的最大速度为2 m/s
C.通过回路某截面的电荷量最大值为1.5 C
D.金属杆乙加速运动过程中,相对于金属杆甲的位移大小为1.5 m
5.(7分)如图所示,在磁感应强度大小为B的匀强磁场区域内,垂直于磁场方向的水平面中有两根固定的足够长的平行金属导轨,在导轨上面平放着两根导体棒ab和cd,两棒彼此平行且间距为d,构成一矩形回路。导轨间距为L,两导体棒的质量均为m,接入电路的电阻均为R,导轨电阻可忽略不计。导体棒可在导轨上无摩擦地滑行,初始时刻ab棒静止,给cd棒一个向右的初速度v0,求:
(1)当cd棒速度减为0.6v0时,ab棒的速度v及加速度a的大小;
(2)ab、cd棒间的距离从d增大到最大的过程中,通过回路的电荷量q及两棒间的最大距离x。
综合提升练
6.(2025陕晋青宁卷)如图所示,光滑水平面上存在竖直向上、宽度d大于2L的匀强磁场,其磁感应强度大小为B。甲、乙两个合金导线框的质量均为m,长均为2L,宽均为L,电阻分别为R和2R。两线框在光滑水平面上以相同初速度 v0=4B2L3mR并排进入磁场,忽略两线框之间的相互作用。则( )
A.甲线框进磁场和出磁场的过程中电流方向相同
B.甲、乙线框刚进磁场区域时,所受合力大小之比为1∶1
C.乙线框恰好完全出磁场区域时,速度大小为0
D.甲、乙线框从刚进磁场区域到完全出磁场区域产生的焦耳热之比为4∶3
7.(多选)(2025湖南卷)如图所示,关于x轴对称的光滑导轨固定在水平面内,导轨形状为抛物线,顶点位于O点。一足够长的金属杆初始位置与y轴重合,金属杆的质量为m,单位长度的电阻为r0。整个空间存在竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B。现给金属杆一沿x轴正方向的初速度v0,金属杆运动过程中始终与y轴平行,且与电阻不计的导轨接触良好。下列说法正确的是( )
A.金属杆沿x轴正方向运动过程中,金属杆中电流沿y轴负方向
B.金属杆可以在沿x轴正方向的恒力作用下做匀速直线运动
C.金属杆停止运动时,与导轨围成的面积为mv0r0B2
D.若金属杆的初速度减半,则金属杆停止运动时经过的距离小于原来的一半
8.(10分)(2025河北卷改编)某电磁助推装置设计如图,超级电容器经调控系统为电路提供1 000 A的恒定电流,水平固定的平行长直导轨处于垂直水平面的匀强磁场中,a可视为始终垂直导轨的导体棒,b为表面绝缘的无人机。初始时a静止于MM'处,b静止于a右侧某处。现将开关S接1端,a与b正碰后锁定并一起运动,损失动能全部储存为弹性势能。当a运行至NN'时将S接2端,同时解除锁定,所储势能瞬间全部转化为动能,a与b分离。已知电容器电容C为10 F,导轨间距为0.5 m,磁感应强度大小为1 T,MM'到NN'的距离为5 m,a、b质量分别为2 kg、8 kg,a在导轨间的电阻为0.01 Ω。碰撞、分离时间极短,各部分始终接触良好,不计导轨电阻、摩擦和储能耗损,忽略电流对磁场的影响。
(1)若分离后某时刻a的速度大小为10 m/s,求此时通过a的电流大小。
(2)忽略a、b所受空气阻力,当a与b的初始间距为1.25 m时,求b分离后的速度大小,分析其是否为b能够获得的最大速度;并求a运动过程中电容器的电压减小量。
培优拔高练
9.(13分)(2025山东卷)如图所示,平行轨道的间距为L,轨道平面与水平面夹角为α,二者的交线与轨道垂直,以轨道上O点为坐标原点,沿轨道向下为x轴正方向建立坐标系。轨道之间存在区域Ⅰ、Ⅱ,区域Ⅰ(-2L≤x