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

上海市嘉定区三年（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·上海嘉定·统考一模）能量守恒定律是自然界最普遍的规律之一，以下不能体现能量守恒定律的是（　　）

A．库仑定律 B．焦耳定律

C．闭合电路欧姆定律 D．楞次定律

2．（2022·上海嘉定·统考一模）如图，一绝缘光滑固定斜面处于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于斜面向上，通有电流I的金属细杆水平静止在斜面上。若电流变为，磁感应强度大小变为3B，电流和磁场均反向，则金属细杆将（　　）

A．沿斜面加速上滑 B．沿斜面加速下滑 C．沿斜面匀速上滑 D．仍静止在斜面上

3．（2022·上海嘉定·统考一模）三根长直导线垂直于纸面放置，通以大小相同、方向如图所示的电流，且ad=bd=cd。若导线c在d点的磁感应强度大小为B，则d点处的合磁感应强度大小为（　　）

A．B B．B C．2B D．B

4．（2021·上海嘉定·统考一模）在“DIS描绘电场等势线”的实验中，关于电源和导电纸，下列说法正确的是（　　）

A．应选用6V的交流电源导电纸有导电物质的一面朝上

B．应选用6V的直流电源导电纸有导电物质的一面朝上

C．应选用6V的交流电源导电纸有导电物质的一面朝下

D．应选用6V的直流电源导电纸有导电物质的一面朝下

5．（2021·上海嘉定·统考一模）在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑片P向右移动时，电源的（　　）

A．总功率减小，效率减小

B．总功率减小，效率增大

C．总功率增大，效率减小

D．总功率增大，效率增大

6．（2021·上海嘉定·统考一模）磁单极子自1932年被狄拉克提出以来，科学家们一直都在努力寻找其存在的确凿证据。如果一个只有S极的磁单极子从上向下穿过如图所示的闭合超导线圈，则从上向下看，这个线圈中将出现（　　）

A．先逆时针后顺时针的感应电流

B．先顺时针后逆时针的感应电流

C．逆时针方向的持续流动的感应电流

D．顺时针方向的持续流动的感应电流

二、填空题

7．（2022·上海嘉定·统考一模）风力发电已成为我国实现“双碳”目标的重要途径之一。右图为1500千瓦的风机机组，风机叶片大约有35m长，风力发电机每转动一周，大概需要5s，由此可估算出风机叶尖速可达_______m/s：机组一天发电量约______度，可供15个家庭使用一年（结果保留整数）。

8．（2022·上海嘉定·统考一模）如图所示，直线A是电源的路端电压与电流的关系图线，直线B、C分别是电阻R1、R2两端的电压与电流的关系图线。若将这两个电阻分别接到该电源上，则电源的输出功率之比为_______；将电阻R1、R2分别接到该电源，电源的效率分别为η1、η2，则两者的大小关系为η1____η2。

9．（2022·上海嘉定·统考一模）如图a，一个正点电荷固定在绝缘水平面上x轴的原点O处，轴上各点电势与的关系如图b。可视为质点的滑块质量为0.05kg、电荷量为，从x=0.2m处由静止释放，在x=0.4m处时速度达到最大。已知滑块与水平面间的动摩擦因数，。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则在x=0.4m处滑块所受电场力大小为________N：滑块速度大小为________m/s。

10．（2022·上海嘉定·统考一模）电源是把其他形式的能转化为_________的装置，这种转化是通过_________做功实现的。

11．（2022·上海嘉定·统考一模）如图，电源电动势为12V，内阻r为1Ω，电阻R为1Ω，小灯泡L标有“6V  12W”，电动机线圈电阻RM为0.5Ω。开关闭合后，小灯泡和电动机均能正常工作，则电源的总功率为_________W；电动机的输出功率为_________W。

12．（2022·上海嘉定·统考一模）在x=0和x=5a处分别固定两个带正电的点电荷M、N，现将一点电荷P置于x=a处并由静止释放，它在电场力作用下沿x轴正方向运动（重力不计），若其速度大小随位置变化的关系如图所示，则P为___________电荷（填“正”或“负”）；点电荷M、N所带电量之比为___________。

13．（2021·上海嘉定·统考一模）如图所示的电路中，电源电动势为12V，内阻为3Ω，四个电阻的阻值已在图中标出。闭合开关S，路端电压为______V；a、b间用导线连接，电路中的总电流为________A。

14．（2021·上海嘉定·统考一模）一匀强电场的方向平行于xOy平面，平面内a、b、c三点的位置如图所示，三点的电势分别为10V、18V、26V。有一负电荷从a点运动到c点，其电势能将______（填“增大”“不变”或“减小”）；若电子从b点运动到c点，电场力做功______J。

15．（2021·上海嘉定·统考一模）两根相互平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中，与导轨接触良好的导体棒AB和CD可以在导轨上自由滑动。当AB在外力F的作用下水平向右运动时，导体棒CD中感应电流的方向为_______,它会向_______运动。

三、解答题

16．（2022·上海嘉定·统考一模）如图a所示，在倾角的斜面上，固定着宽L=1m的平行粗糙金属导轨，导轨下端接一个的定值电阻，整个装置处于垂直导轨向下的匀强磁场中，磁感应强度B=1T。一质量m=0.5kg、阻值的金属棒在沿导轨向上的拉力F的作用下，从MN处由静止开始沿导轨加速向上运动。运动过程中，金属棒始终与导轨垂直且接触良好。已知金属棒与导轨间动摩擦因数，取，sin37°=0.6，cos37°=0.8。

（1）若金属棒以的加速度沿导轨向上做匀加速直线运动，则

（a）当它运动到2m处所受安培力；

（b）在图b中画出此时金属棒的受力示意图；

（c）计算该位置处拉力F的大小。

（2）若金属棒在拉力F的作用下沿导轨向上运动的图像如图c所示，试求从起点开始到发生s=2m位移的过程中，安培力所做的功以及拉力F所做的功。

17．（2022·上海嘉定·统考一模）如图甲所示，两根足够长、间距L=1m、电阻不计的光滑平行导轨水平固定，在导轨的左侧接R=2Ω的定值电阻，质量m=1kg，电阻r=0.5Ω的金属杆ab垂直导轨水平放置，磁感应强度B=2T的有界匀强磁场垂直于导轨平面。现用水平恒力F=4N向右拉动金属杆，使其由静止开始运动。若金属杆初始时距离磁场边界s1=0.5m，进入磁场瞬间撤去外力。

（1）求金属杆进入磁场瞬间的速度大小v1，并判断此时a、b两点电势的高低：

（2）进入磁场后，金属杆的速度v随它在磁场中位移s2的变化规律满足：v=v1-ks2，k的大小为1.6，则当金属杆运动至s2=1m位置处的加速度a2；

（3）以金属杆初始位置为坐标原点，试在图乙中画出金属杆在整个运动过程中，速度v随位移s的变化图线（要有解析过程，并在坐标轴上标出关键点）；

（4）描述金属杆在整个运动过程中能量的变化情况，并计算电阻R上产生的焦耳热Q。

18．（2021·上海嘉定·统考一模）如图甲所示，两条相距l=1m的水平粗糙导轨左端接一定值电阻。t=0s时，一质量m=1kg、阻值r=0.5Ω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B=1T，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v-t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=0.5，重力加速度g=10m/s2。试计算：

(1)进入磁场前，金属杆所受的外力F；

(2)金属杆到达磁场边界MN时拉力的功率Pm；

(3)电阻的阻值R；

(4)说说0~8s内功与能的转化关系。若前8s金属杆克服摩擦力做功127.5J，试求这段时间内电阻R上产生的热量。

参考答案：

1．A

【详解】A．库仑定律说明电荷之间的相互作用力，不能体现能量守恒定律，故A正确；

B．焦耳定律体现了电流做功与焦耳热的关系，体现能量守恒定律，故B错误；

C．闭合电路欧姆定律可变形为

即电源功率等于输出功率与内电阻功率之和，体现了能量守恒定律，故C错误；

D．楞次定律是把其他形式的能转化为电能的过程，体现了能量守恒定律，故D错误。

故选A。

【点睛】以物理学史内容为命题背景，考查学生的物理观念，注意能量守恒定律一定涉及做功或各种形式的能，学生须准确掌握各个定律的内容和应用范围。

2．A

【详解】最初金属细杆受到三个力作用，且合力为零，如图所示

由平衡可知，安培力

若电流变为0.5I，磁感应强度大小变为3B，则安培力

根据牛顿第二定律

故金属细杆以

的加速度沿着斜面加速上滑。

故选A。

3．D

【详解】由右手定则得，导线c在d点的磁感应强度大小为B，方向向左；同理导线a在d点的磁感应强度大小为B，方向向上；导线b在d点的磁感应强度大小为B，方向向上。则d点的合场强为

故ABC错误，D正确。

故选D。

4．B

【详解】实验中应选用6V的直流电源，导电纸有导电物质的一面朝上。

故选B。

5．B

【详解】当滑动变阻器的滑片P向右移动时，R变大，则总电流I减小，根据

P=IE

可知，电源的总功率减小；根据

因R变大，则电源效率变大。

故选B。

6．D

【详解】只有S极的磁单极子从上向下穿过如图所示的闭合超导线圈时，穿过线圈的磁通量先向上增加，后向下减小，根据楞次定律可知，从上向下看线圈中产生顺时针方向的持续流动的感应电流。

故选D。

7．     44

     36000

【详解】[1]由线速度公式，风机叶尖速度为

[2]机组一天发电量约为

8．     3：4     大于

【详解】[1]由两图线的交点读出，R1接在电源上时电压U1 = 0.75U0，通过R1的电流I1 = 0.25I0，则电源的输出功率

R2接在电源上时U2 = 0.5U0，I2 = 0.5I0，电源的输出功率

则电源的输出功率之比为

[2]电源的效率

η

则知电源的效率与路端电压成正比，R1接在电源上时路端电压大，效率较高，故η1 > η2。

9．          0.2

【详解】[1]在x=0.4m处时滑块速度达到最大，可知此处滑块所受合外力为零，则此处滑块所受电场力大小为

[2]在x=0.4m处即，由图可知此处电势为φ1=2.5×105V，滑块电势能为

在x=0.2m处即，由图可知此处电势为φ2=5×105V，设滑块在x=0.4m处的速度大小为v，根据动能定理有

解得

10．     电能     非静电力

【详解】[1][2]根据能量守恒可知，电源是把其他形式的能转化为电能的装置，这种转化是通过非静电力做功实现的。

11．     36     5.5

【详解】[1]根据闭合电路欧姆定律有

解得

电源的总功率为

[2]通过小灯泡的电流为

通过电动机的电流为

电动机的输出功率为

12．     正     9:4

【详解】[1]由图可知，速度先增大后减小，说明电荷P在电荷M、N附近受到斥力，则P为正电荷。

[2]P在处速度最大，合力为零，则

解得

13．     9     1.1

【详解】[1]外电路电阻为

则总电流

路端电压

U=IR=9V

[2]a、b间用导线连接，外电路电阻为

则总电流

14．     减小    

【详解】[1]负电荷从a点运动到c点，电势升高，则电势能减小。

[2] b、c两点的电势差为

则电子从b点运动到c点，电场力做功为

15．     C→D     右

【详解】[1][2]导体棒AB向右运动，根据右手定则可知，产生了由B到A的感应电流，则导体棒CD中感应电流的方向为C→D；由左手定则可知，CD受安培力向右，它会向右运动。

16．（1）（a）0.5N；（b） ；（c）4.8N；（2）-1J；12.6J

【详解】（1）（a）根据运动学公式得运动到2m处有

解得

根据电磁感应定律和闭合电路欧姆定律得

，

磁场垂直于导体棒，根据安培力的表达式得

（b）金属棒根据左手定则可判断安培力方向为沿斜面向下，故此时金属棒的受力示意图如图

（c）根据牛顿第二定律

，

联立解得

（2）根据安培力的表达式

安培力所做的功

根据运动的图像可知，从起点开始到发生s=2m位移的过程中

联立得安培力所做的功

从起点开始到发生s=2m位移的过程中，根据动能定理得

解得拉力F所做的功

17．（1）2m/s，a点电势高于b点；（2）；（3）见解析；（4）见解析

【详解】（1）根据动能定理有

解得

根据右手定则可判断，通过金属杆的电流方向为b指向a，金属杆相当电源，所以a点电势高于b点。

（2）当金属杆运动至s2=1m位置处的速度为

金属棒产生的电动势为

感应电流为

当金属杆运动至s2=1m位置处的加速度a2，则有

解得

（3）画出金属杆在整个运动过程中，速度v随位移s的变化图线如下图示

0～s1：

v2=2as

s1～s2：

v=v1-ks2，图像为一次函数

当v=0时，由

0=2-1.6s2

得

s2=1.25m

则

s=s1+s2=0.5m+1.25m=1.75m

（4）在没进入磁场之前外力做功转化为金属杆的动能，进入磁场之后金属杆的动能通过安培力做功转化为整个电路的焦耳热。根据能量守恒定律有

解得

18．(1)6N；(2)；(3)R=1.1Ω；(4)

【详解】(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

F-f=ma

可得

F=6N

(2)设金属杆到达MN瞬间速度为v1

(3)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

R=1.1Ω

(4)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