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

上海市浦东新区三年（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．（2023·上海浦东新·统考一模）电场强度的定义式是（　　）

A． B． C． D．

2．（2023·上海浦东新·统考一模）空间有一个沿x轴分布的电场，其场强E随x变化的关系如图所示。其“阴影面积”的单位是（　　）

A．N B．J C．V D．

3．（2023·上海浦东新·统考一模）四只完全相同的灯泡分别用图（a）、（b）两种方式连接，电路两端电压分别为和V。当灯泡都正常发光时，消耗的电功率分别为和，则（　　）

A． B． C． D．无法确定

4．（2023·上海浦东新·统考一模）虚线区域内有一垂直纸面向里的匀强磁场，当闭合线圈由静止开始平移时，磁场对边的安培力方向如图所示。则线圈内磁通量变化及边受到的安培力方向分别为（　　）

A．变大，向左 B．变大，向右 C．变小，向左 D．变小，向右

5．（2023·上海浦东新·统考一模）如图（a）所示，光滑绝缘水平面上有甲、乙两个带电小球。时，乙球以的初速度冲向原来静止的甲球，在时间内它们的图线如图（b）所示。整个运动过程中两球未相碰，设、时刻两球的总电势能分别为、，则（　　）

A．时刻两球最近， B．时刻两球最近，

C．时刻两球最近， D．时刻两球最近，

6．（2022·上海浦东新·统考一模）如图所示，光滑绝缘水平面上，有两条固定的相互垂直彼此绝缘的长直导线，通以大小相同的电流。在角平分线上，对称放置四个相同的圆线圈。若两根导线上的电流同时增加，则会产生逆时针方向感应电流的是（　　）

A．线圈1 B．线圈2 C．线圈3 D．线圈4

7．（2022·上海浦东新·统考一模）如图所示是静电推进装置的原理图，发射极与吸板接在电源两端，两极间产生电场，虚线为等差等势面（相邻等势面的电势差相等），在强电场作用下，一带电液滴从发射极加速飞向吸板，a、b是其路径上的两点，不计液滴重力，则（　　）

A．液滴带正电，b点电场强度大

B．液滴带正电，a点电场强度大

C．液滴带负电，b点电场强度大

D．液滴带负电，a点电场强度大

8．（2022·上海浦东新·统考一模）已知通电长直导线周围某点产生的磁感应强度B与导线中的电流I成正比，与该点到导线的距离r成反比。即：。如图所示，两根平行长直导线相距R，通以大小、方向均相同的电流。取垂直纸面向里为正，在O—R区间内B随r变化的图线可能是（　　）

A． B．

C． D．

9．（2021·上海浦东新·统考一模）如图所示，在等量异种点电荷的电场中，竖直线为两点电荷连线的中垂线，a为连线的中点，b为中垂线上的一点，检验电荷+q在a、b两点所受电场力的大小分别为Fa、Fb，具有的电势能分别为EPa、EPb，则（　　）

A．Fa > Fb ，EPa > EPb B．Fa > Fb ，EPa = EPb

C．Fa < Fb ，EPa < EPb D．Fa < Fb ，EPa = EPb

10．（2021·上海浦东新·统考一模）如图所示，金属环从条形磁铁的正上方A处由静止开始下落（　　）

A．从A到B，穿过金属环的磁通量减少

B．从A到B，金属环受磁场力方向向下

C．从B到O，穿过金属环的磁通量增加

D．从B到O，金属环不受磁场力的作用

二、填空题

11．（2023·上海浦东新·统考一模）在“研究通电螺线管的磁感应强度”实验中，得到如图所示的图线。由图可知，螺线管内中央处的磁感应强度大小约为__________T，若螺线管内的横截面积为，则穿过中央横截面的磁通量约为__________。

12．（2023·上海浦东新·统考一模）如图，电源电动势为E，内阻为r，两个完全相同的灯泡电阻不变。当滑片P从最大阻值滑到中点的过程中，电压表V的变化量为，电流表A的变化量为，电压表的变化量为，电流表的变化量为，则___________，_______（选填“>”、“=”或“<”）。（电表均为理想电表）

13．（2022·上海浦东新·统考一模）电场中有O、A、B、C几个固定点，一电量为-q、质量为m的带电粒子仅受电场力作用，从O点由静止开始做直线运动，其v-t图像如图。粒子在t1时刻运动到A点，其速率为v1；t2时刻运动到B点，其速率为0；t3时刻运动到C点，其速率为v2。由图可推断，A、B、C三点中，__________点的电势最高；A、C两点的电势差UAC＝__________。

14．（2021·上海浦东新·统考一模）在闭合电路中，电源的端电压为U，内电阻为r，电路中的电流为I，则电源的电动势E = __________，能反映闭合电路中“能的转化和守恒”思想的关系式为__________。（用E、U、I、r表示）

15．（2021·上海浦东新·统考一模）将一带电荷量为q = +1.0×10-9C的检验电荷，从电场中的A点移到B点，电场力做功3.0×10-7J，从B点移到C点，克服电场力做功4.0×10 -7J。则A、B、C三点中，电势最高的是__________点，A、C两点间的电势差UAC = __________V。

16．（2021·上海浦东新·统考一模）“用DIS测定电源的电动势和内阻”的实验中，选用同一型号的新、旧电池各一节分别做电源，做了两次实验，得到了新、旧电池的U-I图像如图所示，旧电池的U-I图像是图线________；当实验中外电阻R均为2Ω时，新、旧电池输出功率的比值为__________。

三、实验题

17．（2023·上海浦东新·统考一模）利用手机中的磁传感器可测量埋在地下的水平高压直流长直电缆的深度。在手机上建立了空间直角坐标系后保持方位不变，且始终竖直向上，如图（a）所示。电缆上方的水平地面上有E、F、G、H四个点，如图（b）所示。长均为且垂直平分。电缆通电前将各分量调零，通电后测得四点的分量数据见表，其中。则电缆中电流沿____________（选填“”、“”、“”或“”）方向，距离地面的深度为__________m。

18．（2021·上海浦东新·统考一模）如图所示为“测定直流电动机效率”的实验装置及电路。

(1)在图中用笔划线完成实物电路图的连线___。

(2)实验中关于滑动变阻器的作用及操作正确的是(         )

A．通过调节滑动变阻器使重物匀速上升

B．通过调节滑动变阻器使通过电动机线圈的电流减小，从而提高电动机的效率

C．若开关闭合后电动机牵引不起重物，应将滑动变阻器的滑动端向右滑动

D．若开关闭合后重物一直加速上升，应将滑动变阻器的滑动端向右滑动

(3)实验中通过适当调节使重物匀速上升的目的是______________________________。

(4)某次实验中电动机牵引G = 0.5N重物匀速上升，测得重物匀速上升H = 0.70m的时间t = 2.07s，读得电流表示数I = 0.16A，电压表示数U = 2.60V，若电动机线圈电阻r = 5Ω，则此次实验中电动机的机械效率是η = ________%，损失的机械功率是__________W。

四、解答题

19．（2023·上海浦东新·统考一模）如图（a）所示，两根平行的光滑金属导轨上端与阻值为的电阻相连，导轨平面与水平面夹角为，导轨间距为。水平的虚线所夹区域存在两个垂直于导轨平面向上的有界匀强磁场Ⅰ和Ⅱ，其中磁场Ⅰ磁感应强度大小为，磁场Ⅱ磁感应强度大小未知。一根水平放置的导体棒从图示位置由静止释放，经时间进入Ⅰ。以磁场Ⅰ的上边界为坐标原点，沿导轨建立轴，导体棒在磁场中运动时电阻的功率与导体棒的位置坐标的关系如图（b）所示。导轨和导体棒的电阻不计，重力加速度取，求：

（1）棒进入磁场Ⅰ时受到的安培力方向及速度的大小；

（2）分析描述导体棒在磁场Ⅰ中的运动性质；

（3）磁场Ⅱ磁感应强度的大小。

20．（2022·上海浦东新·统考一模）如图，=37°的足够长且固定的粗糙绝缘斜面顶端放有质量M＝0.024kg的U型导体框，导体框的电阻忽略不计，导体框与斜面之间的动摩擦因数。一电阻R＝3、长度L＝0.6m的光滑金属棒CD置于导体框上，与导体框构成矩形回路CDEF，且EF与斜面底边平行。初始时CD与EF相距s0＝0.03m，让金属棒与导体框同时由静止开始释放，金属棒下滑距离s1＝0.03m后匀速进入方向垂直于斜面的匀强磁场区域，磁场边界（图中虚线）与斜面底边平行。当金属棒离开磁场的瞬间，导体框的EF边刚好进入磁场并保持匀速运动。已知金属棒与导体框之间始终接触良好，且在运动中金属棒始终未脱离导体框。磁场的磁感应强度大小B＝1T、方向垂直于斜面向上，取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。求：

（1）棒CD在磁场中运动时棒中感应电流I的大小和方向；

（2）棒CD的质量m以及金属棒在磁场中运动时导体框的加速度a；

（3）从开始到导体框离开磁场的过程中，回路产生的焦耳热Q；

（4）用文字简要说明，导体框由静止释放至EF边到达磁场下边界的过程中，有哪些力对它做功及对应的能量转化情况。

21．（2021·上海浦东新·统考一模）如图所示，光滑金属导轨固定在与水平面成θ = 37°的斜面上（斜面未画出），导轨各相邻段互相垂直，导轨顶端接有阻值R = 3Ω的电阻。已知宽轨间距L1 = 1m，宽轨长S1 = 1m，窄轨间距L2 = 0.5m，窄轨长S2 = 2m。pq连线以下区域有垂直于斜面向下的匀强磁场，磁感强度大小B = 2.0T，bp = cq = 0.27m。现有一根长度等于L1，电阻为r = 2Ω 、质量m = 0.2kg的金属棒从宽轨顶端由静止释放，金属棒到达宽轨底部和窄轨底部之前都已经做匀速直线运动。导轨电阻不计，重力加速度g = 10m/s2，sin37°= 0.6，cos37°= 0.8。求：

(1)金属棒刚进入磁场时通过电阻R的电流I1的大小和方向；

(2)金属棒刚离开宽轨时速度v2的大小；

(3)在金属棒的整个运动过程中，回路中产生的焦耳热Q。

参考答案：

1．C

【详解】电场强度是指试探电荷在电场中所受的电场力与试探电荷电荷量的比值，即

故选C。

2．C

【详解】结合匀强电场中电势差与场强的关系式

可知，图线与x轴所围的面积表示电势差，单位为V。

故选C。

3．A

【详解】灯泡都正常发光，根据电路结构，两电路总电流关系为

电路总功率分别为

，

得

即

故选A。

4．C

【详解】当闭合线圈由静止开始平移时，磁场对边的安培力方向如图所示，可知线框面积有增大的趋势，阻碍磁通量减小，根据楞次定律可知，线圈内磁通量变小，则边受到的安培力向左，使面积有增大趋势。故C正确ABD错误。

故选C。

5．A

【详解】由图（b）可知，时间内乙球向左减速，甲球向左加速，可知两球带同种电荷，两球间存在斥力，时刻两球速度相同，相距最近，由动量守恒定律可得

解得

整个过程电场力做负功，电势能增加，增加量为

其中

之后在斥力的作用下，甲继续向左加速，乙向左减速至速度为零后向右加速，t3时刻两球没有相距最近，过程中，电势能的增加量为

其中

，

代入数据可得

故t1时刻两球的总电势能较大，即

故选A。

6．D

【详解】AC．结合安培定则和磁场的矢量叠加可分析出，线圈1、3内的磁通量为零，当导线中电流增大时，线圈1、3内的磁通量仍为零，故无感应电流产生，故AC错误；

B．同理知线圈2内的磁场垂直纸面向外，当导线中电流增大时，线圈2内的磁通量垂直纸面向外增加，根据楞次定律可得线圈2中会产生顺时针方向的感应电流，故B错误；

D．同理知线圈4内的磁场垂直纸面向里，当导线中电流增大时，线圈4内的磁通量垂直纸面向里增加，根据楞次定律可得线圈4中会产生逆时针方向的感应电流，故D正确。

故选D。

7．B

【详解】由题可得发射极与吸板之间的电场方向从发射极指向吸板，因为在强电场作用下，一带电液滴从发射极加速飞向吸板，即液滴所受电场力与电场方向相同，故液滴带正电，且等差等势面越密集的地方电场强度越大，由图可以看出a点电场强度大，故ACD错误，B正确。

故选B。

8．D

【详解】由安培定则和磁场矢量叠加知O—R区间的中点处，磁感应强度为零，且O到0.5R之间的合磁感应强度方向向外，因取垂直纸面向里为正，故O到0.5R之间的合磁感应强度为负，且逐渐减小；同理可知0.5R到R之间的合磁感应强度方向向里，即为正，且逐渐增大。

故选D。

9．B

【详解】根据等量异种电荷的电场线分布可知，a点的场强大于b点的场强，则检验电荷+q在a、b两点所受电场力的大小关系为

Fa>Fb

因为图中虚线为等势线，则a、b两点电势相等，则电荷在a、b两点的电势能相等，即

EPa = EPb

故选B。

10．C

【详解】A．从A到B，穿过金属环的磁通量增加，选项A错误；

B．从A到B，根据“来拒去留”可知，金属环受磁场力方向向上，选项B错误；

C．根据条形磁铁内外的磁感线分布可知，线圈在O点时内外磁感线抵消的最少，则磁通量最大，即从B到O，穿过金属环的磁通量增加，选项C正确；

D．从B到O，穿过金属环的磁通量增加，根据楞次定律可知，金属环受向上的磁场力的作用，选项D错误。

故选C。

11．         

【详解】[1]螺线管内中央区域附近磁感应强度不变，由图可知，中央处的磁感应强度大小约为。

[2]穿过中央横截面的磁通量约为

12．     r     >

【详解】[1]电压表测量的是路端电压U，电流表A测量的是干路电流I，改变滑动变阻器的值，相当于改变外电路电阻，根据

可知

即比值为电源的内阻，保持不变；

[2]将电源和干路的灯泡等效成电动势为E′，内电阻为r′的一个电源，其他电阻等效成电路外电阻，电压表A1测量的是路端电压U1，电流表A测量的是等效干路电流I，改变滑动变阻器的值，相当于改变外电路电阻，根据

可知

同理可知将干路灯泡和电源串联后再和滑动变阻器并联看成等效电源，内阻为，有

根据并联电路电阻关系可知

则

13．     A    

【详解】[1]由 v-t图像可以看出，从O点到A点，带电粒子做加速运动，因为粒子带负电，故从O点到A点粒子逆着电场线运动，则电势升高，即

同理可以看出从A点到B点粒子做减速运动，则从A点到B点粒子顺着电场线运动，则电势降低，即

同理可以看出从B点到C点粒子做反方向的加速运动，即从B点到C点粒子逆着电场线运动，则电势升高，即

而由图像可以看出，则说明

故电势最高的是A点；

[2]因为带电粒子仅受电场力作用，则从A点到C点由动能定理得

所以AC两点的电势差为

14．     U+Ir     EI= UI +I2r

【详解】[1]根据闭合电路的电动势等于内外电路的电压之后，有

[2]根据全电路的能量守恒，电源提供的电能在内电路和外电路上消耗，有

EI= UI +I2r

15．     C     -100

【详解】[1][2]根据

则

则A、B、C三点中，电势最高的是C点；A、C两点间的电势差

UAC =UAB+UBC=-100V

16．     B     2.04（或）

【详解】[1]旧电池的内阻较大，则U-I图像的斜率较大，则旧电池的U-I图像是B；

[2]将电阻R=2Ω的U-I图像画在电源的U-I图像上，如图

则新电池的输出功率

P1=I1U1=1.00×0.50=0.50W

旧电池的输出功率

P2=I2U2=0.70×0.35=0.245W

则

17．          1.2

【详解】[1]如图所示为通电直导线周围的磁感线示意图

由题中数据可知，E、F两点水平方向的磁感应强度大小相等，方向均沿+x方向，竖直方向的磁感应强度大小相等，E点沿+z方向分量与F点沿-z方向分量相等，结合G、H两点在y、z方向磁感应强度均为零可知E、F点位置如图所示，G、H在EF的中垂线上，故电缆中电流沿方向。

[2]F点的磁感应强度分解如图所示

可得

EF长为，由几何关系可得

解得距离地面的深度为

18．          AC     使绳子拉力等于重物重力     40.64%     0.12

【详解】(1)[1]电压表需测量电动机两端电压，实物连线图如下图

(2)[2]A．为测定直流电动机效率，需测量出电动机的输出功率，当重物匀速上升时，电动机的输出功率等于重物重力的功率，则应通过调节滑动变阻器使重物匀速上升，故A正确；

B．本实验的目的是测定直流电动机效率，滑动变阻器的作用主要是使重物匀速上升，而不是提高电动机的效率，故B错误；

C．若开关闭合后电动机牵引不起重物，则说明电动机功率过小，故应增大电流来使电动机功率增大，若电流增大，则电路总电阻减小，即应将滑动变阻器的滑动端向右滑动，故C正确；

D．若开关若开关闭合后重物一直加速上升，则说明电动机输出功率过大，故应减小电流来使输出功率减小，所以电路总电阻应增大，即应将滑动变阻器的滑动端向左滑动，故D错误。

故选AC。

(3)[3]实验中通过适当调节使重物匀速上升的目的是为了使电动机的输出功率等于重力的功率，即使绳子拉力等于重物重力。

(4)[4]电动机输出功率为

电动机总功率为

则电动机的机械效率为

[5]损失的机械功率为

19．（1）安培力的方向平行于轨道斜向上；；（2）导体棒在磁场Ⅰ中向下以做匀速直线运动；（3）

【详解】（1）棒进入磁场Ⅰ时受到的安培力应阻碍棒相对于轨道向下运动，则棒进入磁场Ⅰ时受到的安培力方向平行于轨道斜向上；设棒进入磁场Ⅰ时，电路电流为，根据图（b）可知，

解得

棒进入磁场Ⅰ时产生的感应电动势为

根据闭合电路欧姆定律可得

联立解得

（2）根据图（b）可知，内，电阻的功率保持不变，则回路电流保持不变，回路电动势保持不变，棒进入磁场Ⅰ时产生的感应电动势保持不变，故导体棒在磁场Ⅰ中向下以做匀速直线运动。

（3）根据图（b）可知，棒刚进入磁场Ⅱ时，电阻的功率为，设此时电流为，则有

解得

棒进入磁场Ⅱ时产生的感应电动势为

根据闭合电路欧姆定律可得

联立解得

20．（1），从D端流向C端；（2），；（3）；（4）答案见解析

【详解】（1）根据题意，由右手定则可得，金属棒CD中的感应电流方向是从D端流向C端；另外，金属棒在没有进入磁场时做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得

代入数据解得

由运动学规律可得

代入数据解得

金属棒在磁场中切割磁场产生感应电动势，由法拉第电磁感应定律可得

由闭合回路的欧姆定律可得

（2）导体棒刚进入磁场时受到的安培力

金属棒CD进入磁场以后因为瞬间受到安培力的作用，根据楞次定律可知金属棒的安培力沿斜面向上，之后金属棒在匀强磁场区域内匀速运动，可得

代入数据解得

此时导体框向下做匀加速运动，根据牛顿第二定律可得

代入数据解得

（3）设磁场区域的宽度为x，则金属棒在磁场中运动的时间为

金属棒与导体框同时由静止开始释放后，金属棒在磁场外运动的时间为

代入数据解得

导体框在磁场外运动的时间为

代入数据解得

由题意当金属棒离开磁场时金属框的上端EF刚好进入磁场，则有时间关系

联立以上可得

由题意当金属棒离开磁场时金属框的上端EF刚好进入线框，金属框进入磁场时匀速运动，此时的导体线框受到向上的安培力和滑动摩擦力，因此可得

代入数据解得

则在金属棒与导体框同时由静止开始释放后，到导体框离开磁场时，回路中产生的焦耳热与同一时间内回路中的部分电路克服安培力做的功大小相等

代入数据解得

（4）导体框所受的重力做正功、安培力做负功、滑动摩擦力做负功。其中重力势能通过重力做功、克服安培力做功和克服滑动摩擦力做功转化为导体框的动能，其中克服安培力做的功转化为回路中的电能并最后转化为内能，克服滑动摩擦力做的功转化为内能。

其它得分标准：机械能转化为内能。

21．(1)电流方向c→R→b，；(2)；(3)

【详解】(1)由右手定则（或楞次定律）可判断感应电流方向c→R→b ；       

设金属棒刚进入磁场时的速度为v1，金属棒从顶端开始运动到进入磁场的过程只有重力做功，机械能守恒，即

代入数值得

解得

v1 = 1.8m/s

刚进入磁场时，由闭合电路欧姆定律可得

又

E1=BL1v1

可得

(2)依题意，金属棒刚离开宽轨时作匀速运动，由

E2=BL1v2

FA=BI2L1

得

因金属棒做匀速运动，由平衡条件可得

FA = mg sinθ

即

则

(3)设金属棒在窄轨上最终匀速运动速度大小为v3

E3=BL2v3

FA′=BI3L2

因金属棒做匀速运动，由平衡条件可得

FA′= mg sinθ

解得

金属棒在轨道上运动的整个过程，由能量守恒可知棒减少的重力势能转化为动能和焦耳热Q，则