1 . 分析电路中的电势变化是研究电路规律的重要方法。比如闭合电路欧姆定律可以通过分析电势的变化得出:在电源内部,电流I从负极流向正极,非静电力的作用使电势升高E(电动势),电流流过电源内阻r时电势降低
,因此电源两端电压
。
(1)如图1所示,100匝的线圈(图中只画了2匝)两端A、K与一个电阻相连,线圈的电阻r=5Ω。线圈内有垂直纸面向里的匀强磁场,线圈中的磁通量随时间均匀变化,产生的感应电流
,A、K两点间的电势差
。求:
①线圈中产生的感应电动势E。
②磁通量的变化率
。
(2)电动机的模型示意图如图2所示,MN、PQ是间距为L的固定平行金属导轨,置于磁感应强度大小为B、方向垂直导轨所在平面向下的匀强磁场中,M、P间接有电源。一根与导轨接触良好、长度也为L、阻值为R、质量为m的金属棒cd垂直导轨放置,通过轻滑轮以速率v匀速提升质量为m的重物。摩擦阻力、导轨电阻均不计,重力加速度为g。当电动机稳定工作时,求cd两端的电势差
。
(3)如图3所示,将一长方体金属薄片垂直置于匀强磁场中,在薄片的左右两个侧面间通以向右的电流时,上下两侧面间产生电势差,这一现象称为霍尔效应,在垂直上下表面的连线上e、f两点间电势差的绝对值通常称为霍尔电压。实际测量霍尔电压时的测量点往往不在垂直上下表面的连线上(如e、g两点),从而导致测量出现偏差,但仍可以采用一定的办法推测出准确的霍尔电压。某次测量,先测得e、g两点间的电势差为
,仅将磁场反向,磁感应强度的大小不变,再测得e、g两点间的电势差为U eg′,求上述情况中该金属薄片产生的霍尔电压UH。
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(1)如图1所示,100匝的线圈(图中只画了2匝)两端A、K与一个电阻相连,线圈的电阻r=5Ω。线圈内有垂直纸面向里的匀强磁场,线圈中的磁通量随时间均匀变化,产生的感应电流
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①线圈中产生的感应电动势E。
②磁通量的变化率
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(2)电动机的模型示意图如图2所示,MN、PQ是间距为L的固定平行金属导轨,置于磁感应强度大小为B、方向垂直导轨所在平面向下的匀强磁场中,M、P间接有电源。一根与导轨接触良好、长度也为L、阻值为R、质量为m的金属棒cd垂直导轨放置,通过轻滑轮以速率v匀速提升质量为m的重物。摩擦阻力、导轨电阻均不计,重力加速度为g。当电动机稳定工作时,求cd两端的电势差
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(3)如图3所示,将一长方体金属薄片垂直置于匀强磁场中,在薄片的左右两个侧面间通以向右的电流时,上下两侧面间产生电势差,这一现象称为霍尔效应,在垂直上下表面的连线上e、f两点间电势差的绝对值通常称为霍尔电压。实际测量霍尔电压时的测量点往往不在垂直上下表面的连线上(如e、g两点),从而导致测量出现偏差,但仍可以采用一定的办法推测出准确的霍尔电压。某次测量,先测得e、g两点间的电势差为
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2 . 地球高层大气空域的电离层中存在大量的自由电子和离子,使用绳系卫星可以研究电离层的特性。如图所示,由子卫星
和
组成的绳系卫星,在地球赤道上空的电离层中绕地球中心做匀速圆周运动。已知绳系卫星轨道距地面的高度为H,两颗子卫星之间的导体绳长为
,导体绳沿地球半径方向。卫星轨道所在处的地磁场磁感应强度大小为B,方向如图。地球半径为R,地球表面处的重力加速度为g,不计地球自转、电离层的运动。
(1)不计环境阻力,求绳系卫星在轨道上绕地球中心运行速度的大小v;
(2)考虑环境阻力并设其大小恒为f、方向总垂直于导体绳,为使卫星保持在原轨道上,设想在导体绳上串联接入一电动势恒定的电源,如图所示。该电源、导体绳及附近的电离层可视为闭合电路,电路等效总电阻为r,此时在电源和感应电动势的共同作用下,导体绳所受安培力恰好克服环境阻力。
a.说明导体绳中电流方向及导体绳所受安培力方向;
b.求接入电源的电动势E。
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(1)不计环境阻力,求绳系卫星在轨道上绕地球中心运行速度的大小v;
(2)考虑环境阻力并设其大小恒为f、方向总垂直于导体绳,为使卫星保持在原轨道上,设想在导体绳上串联接入一电动势恒定的电源,如图所示。该电源、导体绳及附近的电离层可视为闭合电路,电路等效总电阻为r,此时在电源和感应电动势的共同作用下,导体绳所受安培力恰好克服环境阻力。
a.说明导体绳中电流方向及导体绳所受安培力方向;
b.求接入电源的电动势E。
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3 . (1)如图1所示,固定于水平面的U形金属框架处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为 B,金属框两平行导轨间距为l。金属棒 MN在外力的作用下,沿框架以速度v向右做匀速直线运动,运动过程中金属棒始终垂直于两平行导轨并接触良好。请根据法拉第电磁感应定律,推导金属棒 MN切割磁感线产生的感应电动势E1的大小。
(2)变化的磁场会在空间中激发感生电场。如图2所示,空间存在一个垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为 B0,磁场区域半径为R。一半径为r的圆形导线环放置在纸面内,其圆心O与圆形磁场区域的中心重合。如果磁感应强度B随时间t的变化关系为
其中k为大于0的常量。求圆形导线环中的感应电动势E2的大小。
(3)电源是通过非静电力做功把其它形式的能转化为电势能的装置,电源的电动势是电源内部非静电力所做的功与所移动的电荷量之比。已知电子的电荷量为e。求上述金属棒中电子所受到的非静电力F₁的大小和导线环中电子所受到的非静电力F2的大小。
(2)变化的磁场会在空间中激发感生电场。如图2所示,空间存在一个垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为 B0,磁场区域半径为R。一半径为r的圆形导线环放置在纸面内,其圆心O与圆形磁场区域的中心重合。如果磁感应强度B随时间t的变化关系为
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(3)电源是通过非静电力做功把其它形式的能转化为电势能的装置,电源的电动势是电源内部非静电力所做的功与所移动的电荷量之比。已知电子的电荷量为e。求上述金属棒中电子所受到的非静电力F₁的大小和导线环中电子所受到的非静电力F2的大小。
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4 . 如图(甲)所示,相距为L的平行金属导轨置于水平面内,导轨间接有定值电阻R。质量为m的金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触,整个装置放在磁感应强度大小为B、方向垂直导轨平面向下的匀强磁场中。t=0时刻,对金属棒ab施加一与导轨平行的恒定拉力F,使其由静止开始做加速直线运动。不计金属棒与导轨的电阻及金属棒与导轨间的摩擦。
(1)从t=0时刻开始计时,在图(乙)所示的坐标系中定性画出金属棒ab的速度大小v随时间t变化的图像;并求出金属棒ab的最大速度vm。
(2)已知金属棒ab从开始运动到速度达到最大时的位移为x,求在此过程中安培力对金属棒ab所做的功WA。
(3)本题中通过安培力做功实现了能量转化。我们知道安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力对运动电荷不做功,这似乎出现了矛盾,请结合图(丙)所示情境,分析说明当金属棒ab以速度v向右运动时,自由电子所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起作用的?
(1)从t=0时刻开始计时,在图(乙)所示的坐标系中定性画出金属棒ab的速度大小v随时间t变化的图像;并求出金属棒ab的最大速度vm。
(2)已知金属棒ab从开始运动到速度达到最大时的位移为x,求在此过程中安培力对金属棒ab所做的功WA。
(3)本题中通过安培力做功实现了能量转化。我们知道安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力对运动电荷不做功,这似乎出现了矛盾,请结合图(丙)所示情境,分析说明当金属棒ab以速度v向右运动时,自由电子所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起作用的?
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2024-01-22更新
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426次组卷
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2卷引用:2024届北京市人大附中北京经济技术开发区学校高三下学期第一次统测(2月)物理试卷
名校
5 . (1)如图1所示,两根足够长的平行导轨,间距
,磁感应强度
,一根直金属杆MN以
的速度向右匀速运动,杆MN始终与导轨垂直且接触良好。杆MN的电阻
,导轨的电阻可忽略。求杆MN中产生的感应电动势
。
(2)如图2所示,一个匝数
的圆形线圈,面积
,电阻
。在线圈中存在面积
垂直线圈平面(指向纸外)的匀强磁场区域,磁感应强度B2随时间t变化的关系如图3所示。求圆形线圈中产生的感应电动势
。
(3)有一个
的电阻,将其两端a、b分别与图1中的导轨和图2中的圆形线圈相连接。试求以上两种情况中,电阻R两端的电势差Uab。
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(2)如图2所示,一个匝数
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(3)有一个
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名校
6 . 在电磁感应现象中,感应电动势分为动生电动势和感生电动势两种。产生感应电动势的那部分导体就相当于“电源”,在“电源”内部非静电力做功将其它形式的能转化为电能。
(1)电动汽车具有零排放、噪声低、低速阶段提速快等优点。电动机是电动汽车的核心动力部件,其原理可以简化为如图甲所示的装置:无限长平行光滑金属导轨相距
,导轨平面水平,电源电动势为
,内阻不计。垂直于导轨放置一根质量为
的导体棒
,导体棒在两导轨之间的电阻为
,导轨电阻可忽略不计。导轨平面与匀强磁场垂直,磁场的磁感应强度大小为
,导体棒运动过程中,始终与导轨垂直且接触良好。闭合开关S,导体棒由静止开始运动,运动过程中切割磁感线产生动生电动势,该电动势总要削弱电源电动势的作用,我们把这个电动势称为反电动势
,此时闭合回路的电流大小可用
来计算。
a.在图乙中定性画出导体棒运动的
图像,并通过公式推导分析说明电动汽车低速比高速行驶阶段提速更快的原因;
b.电动汽车行驶过程中会受到阻力作用,阻力
与车速
的关系可认为
,其中
为未知常数。某品牌电动汽车的电动机最大输出功率
,最高车速
,车载电池最大输出电能
。若该车以速度
在平直公路上匀速行驶时,电能转化为机械能的总转化率为90%,求该电动汽车在此条件下的最大行驶里程
。
(2)均匀变化的磁场会在空间激发感生电场,该电场为涡旋电场,其电场线是一系列同心圆,单个圆上的电场强度大小处处相等,如图丙所示。在某均匀变化的磁场中,将一个半径为
的金属圆环置于相同半径的电场线位置处。从圆环的两端点
引出两根导线,与阻值为
的电阻和内阻不计的电流表串接起来,如图丁所示。金属圆环的电阻为
,圆环两端点
间的距离可忽略不计,除金属圆环外其他部分均在磁场外。此时金属圆环中的自由电子受到的感生电场力
即为非静电力。若电路中电流表显示的示数为
,电子的电荷量为
,求:
a.金属圆环中自由电子受到的感生电场力
的大小;
b.分析说明在感生电场中能否像静电场一样建立“电势”的概念。
(1)电动汽车具有零排放、噪声低、低速阶段提速快等优点。电动机是电动汽车的核心动力部件,其原理可以简化为如图甲所示的装置:无限长平行光滑金属导轨相距
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a.在图乙中定性画出导体棒运动的
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b.电动汽车行驶过程中会受到阻力作用,阻力
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(2)均匀变化的磁场会在空间激发感生电场,该电场为涡旋电场,其电场线是一系列同心圆,单个圆上的电场强度大小处处相等,如图丙所示。在某均匀变化的磁场中,将一个半径为
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a.金属圆环中自由电子受到的感生电场力
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b.分析说明在感生电场中能否像静电场一样建立“电势”的概念。
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7 . 如图所示,空间存在竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B,两条足够长的光滑平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间距为L,左端接有电阻R。一质量为m、电阻为r的金属棒MN放置在导轨上。金属棒在水平向右的拉力F作用下,以速度v沿导轨做匀速直线运动。求:
(1)金属棒中产生的感应电动势E;
(2)拉力F的大小;
(3)从撤去拉力F到金属棒停止运动的过程中,安培力对金属棒的冲量大小I。
(1)金属棒中产生的感应电动势E;
(2)拉力F的大小;
(3)从撤去拉力F到金属棒停止运动的过程中,安培力对金属棒的冲量大小I。
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2022高三·北京·专题练习
8 . 微元思想是中学物理中的重要思想。所谓微元思想,是将研究对象或者物理过程分割成无限多个无限小的部分,先取出其中任意部分进行研究,再从局部到整体综合起来加以考虑的科学思维方法。
如图所示,两根平行的金属导轨MN和PQ放在水平面上,左端连接阻值为R的电阻。导轨间距为L,电阻不计。导轨处在竖直向上的匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度为B。一根质量为m、阻值为r的金属棒放置在水平导轨上。现给金属棒一个瞬时冲量,使其获得一个水平向右的初速度v0后沿导轨运动。设金属棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好,导轨足够长,不计一切摩擦。
(1)金属棒的速度为v时受到的安培力是多大?
(2)金属棒向右运动的最大距离是多少?
如图所示,两根平行的金属导轨MN和PQ放在水平面上,左端连接阻值为R的电阻。导轨间距为L,电阻不计。导轨处在竖直向上的匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度为B。一根质量为m、阻值为r的金属棒放置在水平导轨上。现给金属棒一个瞬时冲量,使其获得一个水平向右的初速度v0后沿导轨运动。设金属棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好,导轨足够长,不计一切摩擦。
(1)金属棒的速度为v时受到的安培力是多大?
(2)金属棒向右运动的最大距离是多少?
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真题
9 . 指南针是利用地磁场指示方向的装置,它的广泛使用促进了人们对地磁场的认识。现代科技可以实现对地磁场的精确测量。
(1)如图1所示,两同学把一根长约10m的电线两端用其他导线连接一个电压表,迅速摇动这根电线。若电线中间位置的速度约10m/s,电压表的最大示数约2mV。粗略估算该处地磁场磁感应强度的大小B地;
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/9/8/99185754-7144-45fb-9b3e-eb441abc26d7.png?resizew=172)
(2)如图2所示,一矩形金属薄片,其长为a,宽为b,厚为c。大小为I的恒定电流从电极P流入、从电极Q流出,当外加与薄片垂直的匀强磁场时,M、N两电极间产生的电压为U。已知薄片单位体积中导电的电子数为n,电子的电荷量为e。求磁感应强度的大小B;
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/9/8/9715539c-7674-4bc2-8d3f-b22cec522b29.png?resizew=163)
(3)假定(2)中的装置足够灵敏,可用来测量北京地区地磁场磁感应强度的大小和方向,请说明测量的思路。
(1)如图1所示,两同学把一根长约10m的电线两端用其他导线连接一个电压表,迅速摇动这根电线。若电线中间位置的速度约10m/s,电压表的最大示数约2mV。粗略估算该处地磁场磁感应强度的大小B地;
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/9/8/99185754-7144-45fb-9b3e-eb441abc26d7.png?resizew=172)
(2)如图2所示,一矩形金属薄片,其长为a,宽为b,厚为c。大小为I的恒定电流从电极P流入、从电极Q流出,当外加与薄片垂直的匀强磁场时,M、N两电极间产生的电压为U。已知薄片单位体积中导电的电子数为n,电子的电荷量为e。求磁感应强度的大小B;
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/9/8/9715539c-7674-4bc2-8d3f-b22cec522b29.png?resizew=163)
(3)假定(2)中的装置足够灵敏,可用来测量北京地区地磁场磁感应强度的大小和方向,请说明测量的思路。
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2022-09-07更新
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7345次组卷
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15卷引用:2022年新高考北京物理高考真题
2022年新高考北京物理高考真题(已下线)专题11 电磁感应——2020-22年三年北京卷高考汇编(已下线)专题10 磁场——2020-22年三年北京卷高考汇编(已下线)专题21 电学计算题——2018-22年五年北京卷高考汇编(已下线)专题20 电学计算题——2020-22年三年北京卷高考汇编(已下线)专题11 磁场——2018-22年五年北京卷高考汇编(已下线)专题12 电磁感应——2018-22年五年北京卷高考汇编(已下线)北京市普通高中学业水平选择性考试物理压轴题汇编(已下线)专题23 电学计算(二)-学易金卷:3年(2021-2023)高考物理真题和1年模拟分项汇编(北京专用)(已下线)专题3.4 带电粒子在复合场运动(练)-2023年高考物理二轮复习讲练测(新高考专用)(已下线)专题11 磁场的性质带电粒子在磁场及复合场中的运动(已下线)专题20 电学综合计算题-学易金卷:五年(2019-2023)高考物理真题分项汇编(全国通用)(已下线)专题47 法拉第电磁感应定律-学易金卷:十年(2014-2023)高考物理真题分项汇编(全国通用)(已下线)专题42 磁现象和磁场-学易金卷:十年(2014-2023)高考物理真题分项汇编(全国通用)(已下线)2019人教版课后习题 必修3 第十三章 复习与提高A变式题
名校
解题方法
10 . 发电机和电动机具有装置上的类似性,源于它们机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景。
在竖直向下的磁感应强度为
的匀强磁场中,两根光滑平等金属轨道MN、PQ固定在水平面内,相距为
,电阻不计。电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上,与轨道接触良好,以速度v(v平行于MN)向右做匀速运动。图1轨道端点
间接有阻值为r的电阻,导体棒ab受到水平向右的外力作用。图2轨道端点
间接有直流电源,导体棒ab通过滑轮匀速提升重物,电路中的电流为I。求
(1)图1中a、b两点间的电压;
(2)在
时间内,图1“发电机”产生的电能;
(3)在
时间内,图2“电动机”输出的机械能。
在竖直向下的磁感应强度为
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(1)图1中a、b两点间的电压;
(2)在
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(3)在
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