2020年高考物理回归复习—电学选择之线框进出磁场过程的能量问题 含答案

高考回归复习—电学选择之线框进出磁场的能量问题 1．如图所示，在倾角 的光滑绝缘斜面上存在一有界匀强磁场，磁感应强度 B=1T，磁场方向垂直 斜面向上，磁场上下边界均与斜面底边平行，磁场边界间距为 L=0.5m。斜面上有一边长也为 L 的正方形金 属线框 abcd，其质量为 m=0.1kg，电阻为 。第一次让线框 cd 边与磁场上边界重合，无初速释放 后，ab 边刚进入磁场时，线框以速率 v1 作匀速运动。第二次把线框从 cd 边离磁场上边界距离为 d 处释放， cd 边刚进磁场时，线框以速率 v2 作匀速运动。两种情形下，线框进入磁场过程中通过线框的电量分别为 q1、 q2，线框通过磁场的时间分别 t1、t2，线框通过磁场过程中产生的焦耳热分别为 Q1、Q2.已知重力加速度 g=10m/s2，则（　　） A． m/s， m B． C， m C． D． 2．如图所示，同一竖直面内的正方形导线框 的边长均为 ，电阻均为 ，质量分别为 和 。它 们分别系在一跨过两个定滑轮的轻绳两端，在两导线框之间有一宽度为 、磁感应强度大小为 、方向 垂直竖直面的匀强磁场区域。开始时，线框 的上边与匀强磁场的下边界重合，线框 的下边到匀强磁场 的上边界的距离为 。现将系统由静止释放，当线框 全部进入磁场时， 两个线框开始做匀速运动。 不计摩擦和空气阻力，重力加速度为 ，则（ ） A． 两个线框匀速运动时的速度大小为 B．线框 从下边进入 磁场到上边离开磁场所用时间为 C．从开始运动到线框 全部进入磁场的过程中，线框 所产生的焦耳热为 D．从开始运动到线框 全部进入磁场的过程中，两线框共克服安培力做功为 30θ = ° 0.5R = Ω 1 2 1v v= = 0.05d = 1 2 0.5q q= = 0.1d = 1 2: 9:10Q Q = 1 2: 6:5t t = a b、 L R 2m m 2L B b a L b a b、 g a b、 2 2 mgR B L a 2 33B L mgR a a mgL a 2mgL3．半径为 r、质量为 m、电阻为 R 的金属圆环用一根长为 L 的绝缘轻细杆悬挂于 O1 点，杆所在直线过圆 环圆心，在 O1 点的正下方有一半径为 L＋2r 的圆形匀强磁场区域，其圆心 O2 与 O1 点在同一竖直线上，O1 点在圆形磁场区域边界上，磁感应强度为 B，如图所示．现使绝缘轻细杆从水平位置由静止释放，下摆过 程中金属圆环所在平面始终与磁场垂直，已知重力加速度为 g，不计空气阻力及摩擦阻力，则（ ） A．圆环最终会静止在 O1 点的正下方 B．圆环第一次进入磁场的过程通过圆环的电荷量大小为 C．圆环在整个过程中产生的焦耳热为 D．圆环在整个过程中产生的焦耳热为 4．如图所示，Ⅰ、Ⅱ两条虚线之间存在匀强磁场，磁场方向与竖直纸面垂直。一个质量为 m、边长为 L 的正方形导体框，在此平面内沿竖直方向运动，t=0 时刻导体框的上半部分恰好进入磁场，速度为 v0。经 历一段时间后，当导体框上半部分恰好出磁场时，速度为零。此后导体框下落，再经历一段时间到达初始 位置。则导体框（　　） A．在上升过程中的加速度一直大于 g B．在上升过程中的时间比下落过程中的少 C．在上升过程中安培力做的功比下落过程中的多 D．在上升过程中电阻消耗的电能比下落过程中的大 5．如图甲所示，在光滑绝缘水平面内，两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与水平面垂直。 边长为 l 的正方形单匝金属线框 abcd 位于水平面内，cd 边与磁场边界平行。t=0 时刻线框在水平外力 F 的 2Br R π 1 ( )2 mg L r+ 1 ( 2 )2 mg L r+作用下由静止开始做匀加速直线运动，回路中的感应电流大小与时间的关系如图乙所示，下列说法正确的 是（ ） A．水平外力为恒力 B．匀强磁场的宽度为 C．从开始运动到 ab 离开磁场的时间为 D．线框穿出磁场过程中外力 F 做的功大于线框中产生的热量 6．某种超导磁悬浮列车是利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起，同时通过周期性地变换磁极方向 而获得推进动力。其推进原理可以简化为如图所示的模型：PQ 和 MN 是固定在水平地面上的两根足够长 的平直导轨，导轨间分布着竖直（垂直纸面）方向等间距的匀强磁场 B1 和 B2。二者方向相反。矩形金属 框固定在实验车底部（车箱与金属框绝缘）。其中 ad 边宽度与磁场间隔相等。当磁场 B1 和 B2 同时以速度 v 沿导轨向右匀速运动时。金属框受到磁场力，并带动实验车沿导轨运动，已知金属框垂直导轨的 ab 边的 边长 L、金属框总电阻 R，列车与线框的总质量 m， ，悬浮状态下，实验车运动时受到的阻力 恒为其对地速度的 K 倍。则下列说法正确的是（　　） A．列车在运动过程中金属框中的电流方向一直不变 B．列车在运动过程中金属框产生的最大电流为 C．列车最后能达到的最大速度为 D．列车要维持最大速度运动，它每秒钟消耗的磁场能为 8 3 l 02 15t 1 2B B B= = 2BLv R 2 2 m 2 2 4 4 B L vv KR B L = + 2 2 2 m4 ( )B L v v R −7．如图，正方形金属线框自某一高度在空气中竖直下落（空气阻力不计），然后进入并完全穿过与正方 形等宽的匀强磁场区域，进入时线框动能为 Ek1，穿出时线框动能为 Ek2。从刚进入到刚穿出磁场这一过程， 线框产生的焦耳热为 Q，克服安培力做的功为 W1，重力做的功为 W2，线框重力势能的减少量为∆Ep，则下 列关系正确的是（ ） A．Q=W1 B．Q = W 2 W 1 C．Q =∆Ep Ek1 Ek2 D．W2=W1 (Ek2 Ek1) 8．如图甲所示，正方形金属线圈 abcd 位于竖直平面内，其质量为 m，电阻为 R．在线圈的下方有一匀强 磁场，MN 和 M＇N＇是磁场的水平边界，并与 bc 边平行，磁场方向垂直于纸面向里．现使金属线框从 MN 上方某一高度处由静止开始下落，图乙是线圈由开始下落到完全穿过匀强磁场区域瞬间的 v—t 图象， 图中字母均为已知量．重力加速度为 g，不计空气阻力．下列说法正确的是（ ） A．金属线框刚进入磁场时感应电流方向为 a→d→c→b→a B．金属线框的边长为 v1(t2 一 t1) C．磁场的磁感应强度为 D．金属线框在 0～t4 时间内所产生的热量为 9．如图甲所示，由一根导线绕成的矩形线圈的匝数 n＝10 匝，质量 m＝0.04 kg、高 h＝0.05 m、总电阻 R ＝0.5 Ω、竖直固定在质量为 M＝0.06 kg 的小车上，小车与线圈的水平长度 l 相同。线圈和小车一起沿光滑 水平面运动，并以初速度 v0＝2 m/s 进入垂直纸面向里的有界匀强磁场，磁感应强度 B＝1.0 T，运动过程中 线圈平面和磁场方向始终垂直。若小车从刚进磁场位置 1 运动到刚出磁场位置 2 的过程中速度 v 随车的位 移 x 变化的图象如图乙所示，则根据以上信息可知（ ） - + - + - 1 1 2 1 1 ( ) mgR v t t v− 2 2 1 2 1 2 3 12 ( ) ( )2mgv t t m v v− + −A．小车的水平长度 l＝10cm B．小车的位移 x＝15cm 时线圈中的电流 I＝1.5A C．小车运动到位置 3 时的速度为 1.0m/s D．小车由位置 2 运动到位置 3 的过程中，线圈产生的热量 Q＝0.0875J 10．某实验小组制作一个金属安检仪原理可简化为图示模型.正方形金属线圈 abed 平放在粗糙水平传送带 上，被电动机带动一起以速度 v 匀速运动，线圈边长为 L，电阻为 R，质量为 m，有一边界宽度也为 L 的 矩形磁场垂直于传送带，磁感应强度为 B，且边界与 线圈 bc 边平行.已知线圈穿过磁场区域的过程中速度 不变，下列说法中正确的是（ ） A．线圈进入磁场时回路中感应电流的方向与穿出时相反 B．线圈进入磁场时所受静摩擦力的方向与穿出时相反 C．线进入磁场区域的过程中通过导线某一横截面的电荷量为 D．线圈经过磁场区域的过程中电动机多消耗的电功率为 11．如图所示，在光滑的水平面上方有两个磁感应强度大小均为 B、方向相反的水平匀强磁场区域，磁场 宽度均为 L。一个边长为 L、电阻为 R 的单匝正方形金属线框，在水平外力作用下沿垂直磁场方向运动， 从如图实线位置Ⅰ进入磁场开始到线框运动到分别有一半面积在两个磁场中的位置Ⅱ时，线框的速度始终 为 v，则下列说法正确的是（　　） 2BL R 2 2 22B L v RA．在位置Ⅱ时外力 F 为 B．在位置Ⅱ时线框中的总电流为 C．此过程中回路产生的电能为 D．此过程中通过导线横截面的电荷量为 0 12．如图所示，在竖直纸面内有四条间距均为 L 的水平虚线 L1、L2、L3、L4，在 L1、L2 之间与 L3，L4 之间 存在磁感应强度大小为 B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场。现有一矩形线圈 abcd，长边 ad=3L，宽边 cd=L，质量为 m，电阻为 R，将其从图示位置（cd 边与 L1 重合）由静止释放，cd 边经过磁场边界线 L3 时 恰好开始做匀速直线运动，整个运动过程中线圈始终处于同一竖直面内，cd 边始终水平，已知重力加速度 g=10 m/s2，则（　　） A．ab 边经过磁场边界线 L1 后线圈要做一段减速运动 B．ab 边经过磁场边界线 L3 后线圈要做一段减速运动 C．cd 边经过磁场边界线 L2 和 L4 的时间间隔大于 D．从线圈开始运动到 cd 边经过磁场边界线 L4 过程中，线圈产生的热量为 2mgL－ 13．如图所示，空间中存在一匀强磁场区域，匀强磁场的磁感应强度大小为 磁场方向与竖直面垂直，磁 场的上、下边界均为水平面且间距为 ，纸面（竖直平面）内磁场上边界的上方有一质量为 、电阻为 2 24B L v R BLv R 2 32B L v R 2 32B L mgR 3 2 2 4 42 m g R B L B L m的正方形导线框 ，其边长为 上下两边均与磁场边界平行。将线框以初速度 水平抛出，线框恰 能匀速进入磁场，重力加速度为 ，不计空气阻力，则（　　） A．线框抛出时 边距离磁场上边界的高度为 B．线框进入磁场的过程中通过线框某横截面的电荷量 C．线框通过磁场的过程中水平位移为 D．线框通过磁场的过程中 边产生的热量为 14．如图所示，在竖直平面内有一上下边界均水平，垂直线框所在平面的匀强磁场，磁感应强度 B=2.5T。 正方形单匝金属线框在磁场上方 h=0.45m 处，质量为 0.1kg，边长为 0.4m，总阻值为 1Ω。现将线框由静止 释放，下落过程中线框 ab 边始终与磁场边界平行，ab 边刚好进入磁场和刚好离开磁场时的速度均为 2m/s， 不计空气阻力，重力加速度取 10m/s2 则（　　） A．cd 边刚进入磁场时克服安培力做功的功率为 9W B．匀强磁场区域的高度为 0.65m C．穿过磁场的过程中线框电阻产生的焦耳热为 0.65J D．线框通过磁场上边界所用时间为 0.3s R abcd L 0v g ab 2 2 4 42 m gR B L 2 2 BL R 2 3 02B L v mgR cd 2mgL15．如图甲所示，在竖直方向上有四条间距相等的水平虚线 L1、L2、L3、L4，在 L1L2 之间、L3L4 之间存在 匀强磁场，大小均为 1T，方向垂直于虚线所在平面．现有一矩形线圈 abcd，宽度 cd=L=0.5 m，质量为 0.1 kg，电阻为 2 Ω，将其从图示位置由静止释放(cd 边与 L1 重合)，速度随时间的变化关系如图乙所示，t1 时 刻 cd 边与 L2 重合，t2 时刻 ab 边与 L3 重合，t3 时刻 ab 边与 L4 重合，已知 t1～t2 的时间间隔为 0.6 s，整个运 动过程中线圈平面始终处于竖直方向．(重力加速度 g 取 10m/s2)则（ ） A．在 0～t1 时间内，通过线圈的电荷量为 0.25C B．线圈匀速运动的速度大小为 8m/s C．线圈的长度为 1m D．0～t3 时间内，线圈产生的热量为 4.2J 16．如图所示，相距为 d 的两水平虚线 L1 和 L2 分别是水平向里的匀强磁场的上下两个边界，磁场的磁感 应强度为 B，正方形线框 abcd 边长为 L(L