2020年新课标高考物理真题专项突破力、电、磁综合问题

高考真题专项突破力、电、磁综合问题 [真题 1]2018全国卷Ⅰ如图，导体轨道 OPQS 固定，其中 PQS 是半圆弧，Q 为半圆弧的 中心，O 为圆心．轨道的电阻忽略不计．OM 是有一定电阻可绕 O 转动的金属杆．M 端位于 PQS 上，OM 与轨道接触良好．空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大 小为 B，现使OM 从 OQ 位置以恒定的角速度逆时针转到 OS 位置并固定过程Ⅰ；再使磁感 应强度的大小以一定的变化率从 B 增加到 B′过程Ⅱ．在过程Ⅰ、Ⅱ中，流过 OM 的电荷 B′ 量相等，则 B 等于 5 A.4 7 C.4 3 B．2 D．2 1ΔΦ1 解析 过程I回路中磁通量变化 ΔΦ1＝4Bπr2， 设OM的电阻为R， 流过OM的电荷量Q1＝ R ； 1ΔΦ2 过程Ⅱ回路中磁通量变化ΔΦ2＝2B′－Bπr2， 流过OM的电荷量Q2＝ R .Q2＝Q1， 联立解得 B′3 B ＝2，故选 B. 答案B [真题 2]多选2018全国卷Ⅰ如图，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与 电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路．将一小磁针 悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态．下列说法正确的是 A．开关闭合后的瞬间，小磁针的 N 极朝垂直纸面向里的方向转动 B．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的 N 极指向垂直纸面向里的方向 C．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的 N 极指向垂直纸面向外的方向 D．开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的 N 极朝垂直纸面向外的方向转动 解析开关闭合的瞬间，穿过线圈的磁通量向右增加，由楞次定律可判断出直导线中电流方 向为由南向北，由安培定则可判断出小磁针处的磁场方向垂直纸面向里，小磁针的N 极朝垂 直纸面向里的方向转动， 选项 A 正确； 开关闭合并保持一段时间后， 穿过线圈的磁通量不变， 直导线中感应电流为零，小磁针恢复到原来状态，选项 B、C 错误；开关断开后的瞬间，穿 过线圈的磁通量向右减小，由楞次定律可判断出直导线中电流方向为由北向南，由安培定则 可判断出小磁针处的磁场方向垂直纸面向外，小磁针的 N 极朝垂直纸面向外的方向转动，选 项 D 正确． 答案AD [真题 3]2018全国卷Ⅱ如图，在同一平面内有两根平行长导轨，导轨间存在依次相邻的矩 3 形匀强磁场区域，区域宽度均为 l，磁感应强度大小相等、方向交替向上向下．一边长为 2l 的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动， 线框中感应电流 i 随时间 t 变化的正确图线可能是 A.B． C.D． 解析找到线框在移动过程中谁切割磁感线，并根据右手定则判断电流的方向，从而判断整 个回路中总电流的方向．要分过程处理本题． 第一过程从①移动②的过程中 左边导体棒切割产生的电流方向是顺时针，右边切割磁感线产生的电流方向也是顺时针，两 E2Blv 根棒切割产生电动势方向相同所以 E＝2Blv ，则电流为i＝R＝ R ，电流恒定且方向为顺时 针，再从②移动到③的过程中左右两根棒切割磁感线产生的电流大小相等，方向相反，所以 回路中电流表现为零， 然后从③到④的过程中，左边切割产生的电流方向逆时针，而右边切割产生的电流方向也是 E2Blv 逆时针，所以电流的大小为 i＝R＝ R ，方向是逆时针 当线框再向左运动时， 左边切割产生的电流方向顺时针， 右边切割产生的电流方向是逆时针， 此时回路中电流表现为零，故线圈在运动过程中电流是周期性变化，故 D 正确． 答案D 1．多选2018江苏卷如图所示，竖直放置的“”形光滑导轨宽为 L，矩形匀强磁场Ⅰ、 Ⅱ的高和间距均为 d，磁感应强度为 B.质量为 m 的水平金属杆由静止释放，进入磁场Ⅰ和Ⅱ 时的速度相等．金属杆在导轨间的电阻为 R，与导轨接触良好，其余电阻不计，重力加速度 为 g.则金属杆 A．刚进入磁场Ⅰ时加速度方向竖直向下 B．穿过磁场Ⅰ的时间大于在两磁场之间的运动时间 C．穿过两磁场产生的总热量为 4mgd m2gR2 D．释放时距磁场Ⅰ上边界的高度 h 可能小于2B4L4 解析设进入磁场时速度为 v1，出磁场时速度为 v2，因为进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等．而在 间距中，a2＝g，是匀加速运动，所以在磁场中，做减速运动，是非匀速运动，所以刚进入磁 B2L2v 场Ⅰ时加速度方向竖直向上，A 错误；因为在磁场中，加速度大小为 a1＝ mR －g，随着速度 的减小，加速度减小，所以是加速度逐渐减小的减速运动，可以画出 x－t 图象草图如下 因为位移相等都为 d，所以 t1＞t2，B 正确；在穿过两个磁场和一个间距的过程中，根据动能 1 222 定理 mg3d－Q＝2mv2－v2 1，在间距中v1－v2＝2gd，解得Q＝4mgd，C 正确；在刚进入磁场 B2L2vmgR Ⅰ时，加速度 a1＝ mR －g＞0设向上为正，所以 v＞B2L2，在进入磁场前，v2＝2gh，所以 h m2gR2 ＞2B4L4，D 错误． 答案BC 2．2018江苏卷如图所示，两条平行的光滑金属导轨所在平面与水平面的夹角为 θ ，间距为 d.导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为 B，方向与导轨平面垂直．质量为 m 的金属棒被 固定在导轨上，距底端的距离为s，导轨与外接电源相连，使金属棒通有电流． 金属棒被松开 后，以加速度 a 沿导轨匀加速下滑，金属棒中的电流始终保持恒定，重力加速度为 g.求下滑 到底端的过程中，金属棒 1末速度的大小 v； 2通过的电流大小 I； 3通过的电荷量 Q. 解析1v2＝2as，解得 v＝ 2as 2安培力 F 安＝IdB，金属棒所受合力 F＝mgsin θ－F安 mgsin θ－a 牛顿运动定律 F＝ma，解得 I＝ dB v 3运动时间 t＝a，电荷量 Q＝It， 2asmgsin θ－a 解得 Q＝. dBa 答案1v＝ 2as2I＝ 3Q＝ 2asmgsin θ－a dBa mgsin θ－a dB 3．2018天津卷真空管道超高速列车的动力系统是一种将电能直接转换成平动动能的装 置．图甲是某种动力系统的简化模型，图中粗实线表示固定在水平面上间距为 l 的两条平行 光滑金属导轨，电阻忽略不计，ab 和 cd 是两根与导轨垂直，长度均为 l，电阻均为 R 的金属 棒，通过绝缘材料固定在列车底部，并与导轨良好接触，其间距也为 l，列车的总质量为 m. 列车启动前，ab、cd 处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下，如 图甲所示，为使列车启动，需在 M、N 间连接电动势为 E 的直流电源，电源内阻及导线电阻 忽略不计，列车启动后电源自动关闭． 1要使列车向右运行，启动时图甲中 M、N 哪个接电源正极，并简要说明理由； 2求刚接通电源时列车加速度 a 的大小； 3列车减速时，需在前方设置如图乙所示的一系列磁感应强度为 B 的匀强磁场区域，磁场宽 度和相邻磁场间距均大于 l.若某时刻列车的速度为 v0， 此时