专题25 电磁感应（三）-2021年高考高三下学期5月模拟物理试题汇编

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2021年高考高三下学期5月模拟物理试题汇编专题25 电磁感应（三）1、（2021·北京市房山区高三下学期5月二模）如图1所示，足够长的U形光滑导体框水平放置，宽度为L，一端连接的电阻为R。导体框所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。电阻为r的导体棒MN放在导体框上，其长度恰好等于导体框的宽度，且相互接触良好。其余电阻均可忽略不计。在水平拉力作用下，导体棒向右匀速运动，速度大小为v。（1）请根据法拉第电磁感应定律推导导体棒匀速运动时产生感应电动势的大小E=BLv；（2）求回路中感应电流I和导体棒两端的电压U；（3）若在某个时刻撤去拉力，请在图2中定性画出撤去拉力后导体棒运动的v-t图像。【答案】（1）见解析（2）；（3）【解析】（1）根据法拉第电磁感应定律，MN与导轨组成闭合回路匝数n = 1  t内MN运动的距离x = vt闭合回路xL   代入得E = BLv（2）MN运动产生电动势E = BLv根据闭合电路欧姆定律 得 路端电压 U = IR 得  （3）撤去拉力后，导体棒在安培力作用下做加速度逐渐减小的减速运动，最终速度减为0，v-t图像如图所示  2、（2021·北京市海淀区高三下学期5月期末反馈）如图所示，MN、PQ为两足够长的光滑平行金属导轨，两导轨的间距L=1.0m，导轨所在平面与水平面间夹角θ=37°，N、Q间连接一阻值R=0.3Ω的定值电阻，在导轨所在空间内有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.2T。将一根质量m=0.1kg的金属棒ab垂直于MN、PQ方向置于导轨上，金属棒与导轨接触的两点间的电阻r=0.2Ω，导轨的电阻可忽略不计。现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与导轨垂直，且与导轨接触良好，当金属棒沿导轨下滑x=4.05m时，速度达到v=5m/s。重力加速度g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。求金属棒由静止释放后沿导轨下滑x=4.05m时：（1）通过金属棒的电流方向；（2）电路中产生的电热Q；（3）通过金属棒的电荷量q；（4）所用的时间t。（第4小题保留3位小数）【答案】（1）从b流向a；（2）1.18J；（3）1.62C；（4）1.373s【解析】（1）根据右手定则可知通过金属棒的电流方向为从b流向a。（2）根据能量守恒定律可得（3）通过金属棒的电荷量为（4）对金属棒应用动量定理有根据（3）题中结论并代入数据解得t≈1.373s3、（2021·北京市海淀区高三下学期5月期末反馈）如图所示，MN、PQ为两足够长的平行金属导轨，两导轨的间距L=1.0m，导轨所在平面与水平面间夹角θ=37°，N、Q间连接一阻值R的定值电阻，在导轨所在空间内有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度的大小为B。将一根质量m=0.2kg的金属棒ab垂直于MN、PQ方向置于导轨上，金属棒、导轨的电阻可忽略不计。现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与导轨垂直，且与导轨接触良好，重力加速度g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.25。（1）当金属棒下滑速度为v时，画出金属棒沿ba方向视图的受力示意图；（2）当金属棒的下滑速度稳定时，电阻R消耗的功率为8W，求该稳定速度的大小；（3）在（2）中，若R=2Ω，并且金属棒中电流方向为由a到b，求磁感应强度的大小和方向。【答案】（1）；（2）10m/s；（3）0.4T，垂直轨道平面向下【解析】(1)受力分析，如图(2) 当金属棒的下滑速度稳定时，有电阻R消耗的功率为联立，可得该稳定速度的大小为(3)根据安培力计算公式，有联立，可得根据左手定则，可判断磁感应强度方向垂直轨道平面向下。4、（2021·北京市海淀区高三下学期5月期末）如图所示，MN、PQ为两足够长的光滑平行金属导轨，两导轨的间距L=1.0m，导轨所在平面与水平面间夹角θ=37°，N、Q间连接一阻值R=0.3Ω的定值电阻，在导轨所在空间内有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.2T。将一根质量m=0.1kg的金属棒ab垂直于MN、PQ方向置于导轨上，金属棒与导轨接触的两点间的电阻r=0.2Ω，导轨的电阻可忽略不计。现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与导轨垂直，且与导轨接触良好。重力加速度g取10m/s2，已知sin37°=0.6，cos37°=0.8。求金属棒沿导轨：（1）开始下滑时的加速度大小a；（2）下滑过程中的最大速度大小v；（3）以最大速度下滑时，电阻R的电功率大小P。【答案】（1）6m/s2；（2）7.5m/s；（3）2.7W【解析】（1）金属棒沿导轨开始下滑时，根据牛顿第二定律有mgsin37°=ma解得a= gsin37°=6m/s2（2）当金属棒的加速度为0时，速度达到最大，此时有mgsin37°=BIL由法拉第电磁感应定律及闭合电路欧姆定律有联立解得 v=7.5m/s（3）电阻R的电功率P=I2R=2.7W5、（2021·福建省龙岩市高三下学期5月三模）如图所示，两根足够长且电阻不计的平行金属导轨MNPQ和M1N1P1Q1，固定在倾角为θ的斜面上，MN与M1N1距离为l，PQ与P1Q1距离为。金属棒A、B质量均为m、阻值均为R、长度分别为l与。金属棒A、B分别垂直放在导轨MM1和PP1上，且恰好都能静止在导轨上。整个装置处于垂直于导轨平面向上、磁感应强度大小为B0的匀强磁场中。现固定住金属棒B，用沿导轨向下的外力F作用在金属棒A上，使金属棒A以加速度a沿斜面向下作匀加速运动。此后A棒一直在MN与M1N1上运动，B棒一直在PQ与P1Q1上静止或运动，重力加速度为g，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求：（1）外力F与作用时间t的函数关系式；（2）当A棒的速度为时，撤去F并解除对B的固定，一段时间后A棒在MN与M1N1上匀速运动，求A棒匀速运动的速度大小。【答案】（1）；（2）【解析】（1）金属棒A、B刚好都能静止在导轨上，对金属棒，有金属棒A沿斜面向下作匀加速运动，对金属棒A，有由安培力公式有对金属棒与导轨构成的回路，根据欧姆定律，有金属棒A切割磁感线，根据法拉第电磁感应定律，有又因为联立解得（2）A棒匀速时，安培力为零，电流为零，两棒产生的电动势大小相等，有在撤去F到A棒匀速的过程中，对A，根据动量定理，有对B，根据动量定理，有联立可解出6、（2021·河北省实验中学高三下学期调研）如图甲所示，两条相距的水平粗糙导轨左端接一定值电阻。时，一质量、阻值的金属杆，在水平外力的作用下由静止开始向右运动，5s末到达MN、MN右侧为一匀强磁场，磁感应强度，方向垂直纸面向内。当金属杆到达MN后，保持外力的功率不变，金属杆进入磁场，8s末开始做匀速直线运动。整个过程金属杆的图像如图乙所示。若导轨电阻忽略不计，杆和导轨始终垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数，重力加速度。试计算：（1）进入磁场前，金属杆所受的外力；（2）电阻的阻值；（3）若前8s金属杆克服摩擦力做功127.5J，试求这段时间内电阻上产生热量；（结果保留两位小数）（4）在（3）的基础上，试求5-8s内外力的冲量大小。【答案】（1）6N；（2）=1.1Ω；（3） 20.28J；（4） 22.125N·s【解析】（1）未进入磁场前，金属棒做匀加速直线运动其受力情况如图所示根据牛顿第二定律可得（2）设金属杆到达MN瞬间速度为金属杆进入磁场后其功率  最后以做匀速直线运动此时金属杆的受力如图所示因为匀速，则三式联立（3）整个过程外力对金属杆所做的功一部分克服摩擦力和安培力做功，另一部分转化成金属杆的动能。金属杆克服安培力做功，将其他形式的能转化成电能，最终转化成热能，进入磁场前金属杆的位移又可得则（4）根据其中由第三问得解得7、（2021·天津市红桥区高三下学第二次质检）如图所示，两足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距为L，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R的导体棒在距磁场上边界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I。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）金属棒的最大速度vm，磁感应强度的大小B；（2）电流稳定后，导体棒运动速度的大小v；（3）若金属棒进入磁场后恰经t时间达到稳定，求这段时间的位移s大小。【答案】（1），B=；（2）v=；（3）s=(mgt+m)【解析】（1）由题意得导体棒刚进入磁场时的速度最大，设为vm，由机械能守恒定律得解得电流稳定后，导体棒做匀速运动，此时导体棒受到的重力和安培力平衡，则有：解得：（2）感应电动势感应电流解得（3）感应电动势最大值感应电流最大值解得金属棒进入磁场t时间运动的过程由动量定理有即解得s=(mgt+m)