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2016年高考真题电学热点问题演练

2016-03-21教学考试物理命题研究中心

教学考试(高考物理) 2016年6期
关键词:金属环金属棒感应电流

《教学考试》物理命题研究中心

2016年高考真题电学热点问题演练

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1.(2016·海南卷)如图所示,一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直面内,环的圆心与两导线距离相等,环的直径小于两导线间距。两导线中通有大小相等、方向向下的恒定电流。若 ( )

A.金属环向上运动,则环上的感应电流方向为顺时针方向

B.金属环向下运动,则环上的感应电流方向为顺时针方向

C.金属环向左侧直导线靠近,则环上的感应电流方向为逆时针方向

D.金属环向右侧直导线靠近,则环上的感应电流方向为逆时针方向

2.(2016·全国卷Ⅱ)如图所示,P是固定的点电荷,虚线是以P为圆心的两个圆。带电粒子Q在P的电场中运动,运动轨迹与两圆在同一平面内,a、b、c为轨迹上的三个点。若Q仅受P的电场力作用,其在a、b、c点的加速度大小分别为aa、ab、ac,速度大小分别为va、vb、vc,则 ( )

A.aa>ab>ac,va>vc>vb

B.aa>ab>ac,vb>vc>va

C.ab>ac>aa,vb>vc>va

D.ab>ac>aa,va>vc>vb

3.(2016·天津卷)如图所示,平行板电容器带有等量异种电荷,与静电计相连,静电计金属外壳和电容器下极板都接地。在两极板间有一个固定在P点的点电荷,以E表示两板间的电场强度,Ep表示点电荷在P点的电势能,θ表示静电计指针的偏角。若保持下极板不动,将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置,则 ( )

A.θ增大,E增大

B.θ增大,Ep不变

C.θ减小,Ep增大

D.θ减小,E不变

4.(多选)(2016·全国卷Ⅲ)如图,M为半圆形导线框,圆心为OM;N是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为ON;两导线框在同一竖直面(纸面)内;两圆弧半径相等;过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面。现使线框M、N在t=0时从图示位置开始,分别绕垂直于纸面、且过OM和ON的轴,以相同的周期T逆时针匀速转动,则 ( )

A.两导线框中均会产生正弦交流电

B.两导线框中感应电流的周期都等于T

D.两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等

5.(多选)(2016·海南卷)图甲中,理想变压器的原、副线圈的匝数比为4∶1,RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻,R1为定值电阻,电压表和电流表均为理想交流电表。原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化,如图乙所示。下列说法正确的是 ( )

A.变压器输入、输出功率之比为4∶1

B.变压器原、副线圈中的电流强度之比为1∶4

C.u随t变化的规律为u=51sin(50πt)(国际单位制)

D.若热敏电阻RT的温度升高,则电压表的示数不变,电流表的示数变大

6.(多选)(2016·四川卷)如图所示,电阻不计、间距为l的光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中,导轨左端接一定值电阻R。质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上,受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动,外力F与金属棒速度v的关系是F=F0+kv(F0、k是常量),金属棒与导轨始终垂直且接触良好。金属棒中感应电流为i,受到的安培力大小为FA,电阻R两端的电压为UR,感应电流的功率为P,它们随时间t变化图象可能正确的有 ( )

7.(2016·全国卷Ⅲ)平面OM和平面ON之间的夹角为30°,其横截面(纸面)如图所示,平面OM上方存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外。一带电粒子的质量为m,电荷量为q(q>0)。粒子沿纸面以大小为v的速度从OM的某点向左上方射入磁场,速度与OM成30°角。已知该粒子在磁场中的运动轨迹与ON只有一个交点,并从OM上另一点射出磁场。不计重力。粒子离开磁场的出射点到两平面交线O的距离为 ( )

8.(2016·全国卷Ⅰ)如图所示,两固定的绝缘斜面倾角均为θ,上沿相连。两细金属棒ab(仅标出a端)和cd(仅标出c端)长度均为L,质量分别为2m和m;用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca,并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上,使两金属棒水平。右斜面上存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上。已知两根导线刚好不在磁场中,回路电阻为R,两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为μ,重力加速度大小为g,已知金属棒ab匀速下滑。求:

(1)作用在金属棒ab上的安培力的大小;

(2)金属棒运动速度的大小。

9.(2016·海南卷)如图所示,A、C两点分别位于x轴和y轴上,∠OCA=30°,OA的长度为L。在△OCA区域内有垂直于xOy平面向里的匀强磁场。质量为m、电荷量为q的带正电粒子,以平行于y轴的方向从OA边射入磁场。已知粒子从某点入射时,恰好垂直于OC边射出磁场,且粒子在磁场中运动的时间为t0,不计重力。

(1)求磁场的磁感应强度的大小;

(2)若粒子先后从两不同点以相同的速度射入磁场,恰好从OC边上的同一点射出磁场,求该粒子这两次在磁场中运动的时间之和;

参考答案

1.D 【解析】由安培定则及对称性可知,圆环圆心处磁感应强度为零。从圆环圆心向左直到左侧直导线,磁感应强度方向垂直于纸面向外,并且逐渐增大。从圆环圆心向右直到右侧直导线,磁感应强度方向垂直于纸面向里,并且逐渐增大。当金属环上下运动时,磁通量时刻为零,没有感应电流;当金属环向左侧直导线靠近时,磁通量垂直于纸面向外且在增大,由楞次定律得,感应电流为顺时针方向;当金属环向右侧直导线靠近时,磁通量垂直于纸面向里且在增大,由楞次定律得,感应电流为逆时针方向,故D项正确。

5.BD 【解析】理想变压器的输入功率等于输出功率,故A项错误;理想变压器原、副线圈的电流与匝数成反比,故B项正确;从图乙可知交流电的周期为0.02s,所以u随t变化的规律为u=51sin(100πt),故C项错误;温度升高,热敏电阻阻值减小,电流表示数变大,电压表示数为输入的交流电的电压有效值,故不变,D项正确。

综上所述,B、C项符合题意。

7.D 【解析】设射入磁场的入射点为A,延长入射速度v所在直线交ON于一点C,则轨迹圆与AC相切;由于轨迹圆只与ON有一个交点,所以轨迹圆与ON相切,所以轨迹圆的圆心必在∠ACD的角平分线上,作出轨迹圆如图所示,其中O′为圆心,B为出射点。

【解析】(1)由ab、cd棒被平行于斜面的导线相连,故ab、cd速度总是相等,cd也做匀速直线运动。设导线的张力的大小为FT,右斜面对ab棒的支持力的大小为FN1,作用在ab棒上的安培力的大小为F,左斜面对cd棒的支持力大小为FN2,对于ab棒,受力分析如左图所示,由力的平衡条件得

对于cd棒,受力分析如右图所示,由力的平衡条件得

联立①②③④式得F=mg(sinθ-3μcosθ)。

(2)设金属棒运动速度大小为v,ab棒上的感应电动势为

安培力F=ILB⑦

【解析】(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动,在时间t0内其速度方向改变了90°,故其周期

设磁感应强度大小为B,粒子速度大小为v,圆周运动的半径为r。由洛伦兹力公式和牛顿定律得

匀速圆周运动速度满足

(2)设粒子从OA边两个不同位置射入磁场,能从OC边上的同一点P射出磁场,粒子在磁场中运动的轨迹如图甲所示。设两轨迹所对应的圆心角分别为θ1和θ2。由几何关系有θ1=180°-θ2⑤

粒子两次在磁场中运动的时间分别为t1与t2,则

(3)如图乙所示,由题给条件可知,该粒子在磁场区域中的轨迹圆弧对应的圆心角为150°。设O′为圆弧的圆心,圆弧的半径为r0,圆弧与AC相切于B点,从D点射出磁场,由几何关系和题给条件可知,此时有

设粒子此次入射速度的大小为v0,由圆周运动规律

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