訓(xùn)練12 電磁感應(yīng)+動力學(xué)-2025年高考物理壓軸題沖刺訓(xùn)練-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

1. （2024廣東惠州第三次調(diào)研）為了確保載人飛船返回艙安全著陸，設(shè)計師在返回艙的底部安裝了4臺完全相同的電磁緩沖裝置，如圖（a）所示，圖（b）為其中一臺電磁緩沖裝置的結(jié)構(gòu)簡圖。艙體沿豎直方向固定著兩光滑絕緣導(dǎo)軌MN、PQ，導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)安裝電磁鐵（圖中未畫出），能產(chǎn)生垂直于導(dǎo)軌平面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B。導(dǎo)軌內(nèi)的緩沖滑塊K內(nèi)部用絕緣材料填充，外側(cè)繞有n匝閉合矩形線圈abcd，其總電阻為R，ab邊長為L。著陸時電磁緩沖裝置以速度v0與地面碰撞后，滑塊K立即停下，此后在線圈與軌道的磁場作用下使艙體減速，從而實現(xiàn)緩沖。導(dǎo)軌MN、PQ及線圈的ad和bc邊足夠長，返回艙質(zhì)量為m（緩沖滑塊K質(zhì)量忽略不計），取重力加速度為g，一切摩擦阻力不計。求：
（1）緩沖滑塊K剛停止運動時，艙體的加速度大小；
（2）艙體著陸時（即導(dǎo)軌MN、PQ剛觸地前瞬時）的速度v的大??；
（3）若艙體的速度大小從v0減到v的過程中，艙體下落的高度為h，則該過程中每臺電磁緩沖裝置中產(chǎn)生的焦耳熱Q。
2. （2024河南高考適應(yīng)性考試）如圖（a）所示，一個電阻不計的平行金屬導(dǎo)軌，間距，左半部分傾斜且粗糙，傾角，處于沿斜面向下的勻強磁場中；右半部分水平且光滑，導(dǎo)軌之間存在一個三角形勻強磁場區(qū)域，磁場方向豎直向下，其邊界與兩導(dǎo)軌夾角均為。右半部分俯視圖如圖（b）。導(dǎo)體棒借助小立柱靜置于傾斜導(dǎo)軌上，其與導(dǎo)軌的動摩擦因數(shù)。導(dǎo)體棒以的速度向右進入三角形磁場區(qū)域時，撤去小立柱，棒開始下滑，同時對棒施加一外力使其始終保持勻速運動。運動過程中，兩棒始終垂直于導(dǎo)軌且接觸良好。已知兩磁場的磁感應(yīng)強度大小均為，兩棒的質(zhì)量均為，棒電阻，棒電阻不計。重力加速度大小取，以棒開始下滑為計時起點。求
（1）撤去小立柱時，棒的加速度大小；
（2）Q棒中電流隨時間變化的關(guān)系式；
（3）棒達到的最大速度及所用時間。
3. （2024北京東城期末）在如圖所示Oxy坐標(biāo)系中，存在垂直O(jiān)xy平面向外的磁場。邊長為l的正三角形導(dǎo)線框abc的總電阻為R，頂點a位于x軸上，bc邊平行于Ox軸。
（1）若此示意圖表示的磁場是由一條通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的，
a.說明此直導(dǎo)線在Oxy坐標(biāo)系中的大致位置和電流方向；
b.說明當(dāng)磁場增強時，導(dǎo)線框abc中感應(yīng)電流的方向。
（2）若此示意圖表示的磁場有這樣的特點：
磁場在x方向是均勻的，即磁感應(yīng)強度不隨x坐標(biāo)發(fā)生變化，；磁場在y方向均勻變化，已知磁感應(yīng)強度隨y坐標(biāo)均勻增大，且時，。從某時刻開始，此區(qū)域中各點的磁感應(yīng)強度都隨時間均勻增大且對時間的變化率為k＇，求經(jīng)過時間t
a.線框中電流的大小I；
b.bc邊受到磁場力的方向和磁場力的大??；
c.導(dǎo)線框受到磁場力的大小F。

4. （2024年1月安徽聯(lián)考）如圖甲所示，兩根平行光滑足夠長金屬導(dǎo)軌固定在傾角的斜面上，其間距。導(dǎo)軌間存在垂直于斜面向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度。兩根金屬棒和與導(dǎo)軌始終保持垂直且接觸良好，棒通過一絕緣細線與固定在斜面上的拉力傳感器連接（連接前，傳感器已校零），細線平行于導(dǎo)軌。已知棒的質(zhì)量為棒和棒接入電路的電阻均為，導(dǎo)軌電阻不計。將棒從靜止開始釋放，同時對其施加平行于導(dǎo)軌的外力F，此時拉力傳感器開始測量細線拉力，作出力隨時間t的變化圖像如圖乙所示（力大小沒有超出拉力傳感器量程），重力加速度g取。求：
（1）時，金屬棒的速度大??；
（2）時，外力F的大?。?br>（3）已知金屬棒在的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為，求這段時間外力F所做的功。
5. （2024河北張家口期末）商場里某款熱銷小型跑步機如圖甲所示，其測速原理簡化為圖乙所示。該跑步機底面固定有間距，長度的平行金屬板電極。電極間存在磁感應(yīng)強度大小、方向垂直底面向下的勻強磁場區(qū)域，絕緣橡膠帶上鍍有間距也為的平行細金屬條，每根金屬條的電阻。當(dāng)健身者在跑步機上跑步時，位于電極區(qū)的這根金屬條就會單獨和外電阻構(gòu)成閉合回路，已知外電阻，與外電阻并聯(lián)的理想電壓表量程為4V，求：
（1）該跑步機可測量的橡膠帶運動的最大速率；
（2）當(dāng)電壓表的示數(shù)為2V時，金屬條克服安培力做功的功率；
（3）每根金屬條從進入磁場到出磁場區(qū)域，所受安培力的沖量大小。
6. （2024陜西商洛尖子生學(xué)情診斷）如圖所示，電阻不計的U形導(dǎo)軌P放置在光滑的水平面上，導(dǎo)軌質(zhì)量M＝3kg，寬度L＝1m，導(dǎo)體棒ab放置在導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直，導(dǎo)體棒質(zhì)量m＝1kg、電阻R＝1Ω。右側(cè)區(qū)域內(nèi)存在著豎直向上的有界磁場，磁感應(yīng)強度大小B＝2T，初始時導(dǎo)體棒ab距磁場左邊界距離，距導(dǎo)軌左端距離，現(xiàn)對導(dǎo)軌施加水平向右的恒力F＝20N，使導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒ab一起做加速運動。導(dǎo)體棒ab進入磁場剛好做勻速運動（最大靜摩擦力等于滑動摩擦力），當(dāng)導(dǎo)體棒ab離開磁場的瞬間，導(dǎo)軌左端正好進入磁場，導(dǎo)軌出磁場前與導(dǎo)體棒ab達到共同速度并一起做勻速運動，重力加速度取。求：
（1）導(dǎo)體棒進入磁場時的速度大小；
（2）導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間動摩擦因數(shù)和磁場寬度d；
（3）導(dǎo)軌左端離開磁場時速度；
（4）U形導(dǎo)軌P的左端穿越磁場所用的時間。

7. （2024安徽六校教育研究會第二次素養(yǎng)測試）如圖甲所示，由粗細均勻的金屬絲繞制而成的正方形線圈固定在絕緣滑塊上，線圈和滑塊的總質(zhì)量為M=2kg，匝數(shù)為10，邊長為L=0.2m，水平面粗糙，滑塊與水平軌道之間的動摩擦因數(shù)為μ=0.5，矩形線圈總阻值R=0.1Ω ，滑塊的右側(cè)有一長為4L、寬為L的長方形磁場區(qū)域。磁場方向垂直紙面向里，且線框的上邊界與磁場區(qū)域的中間線重合?，F(xiàn)給滑塊施加一水平向右的外力，使整個裝置以恒定的速度v=0.2m/s通過磁場區(qū)域，從線框進入磁場瞬間開始計時，磁感應(yīng)強度隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示，重力加速度為g=10m/s2。求：
（1）正方形線框進入磁場時，線框中的電流是多少？
（2）正方形線框剛要全部進入磁場時滑塊與地面間摩擦力應(yīng)為多大？
（3）正方形線框從剛進入磁場到剛好離開磁場的過程中，外力做的功為多少？
8. （2024貴州高考適應(yīng)性考試）如圖（a），足夠長的固定光滑平行金屬導(dǎo)軌CD、EF相距為L，兩導(dǎo)軌及其所構(gòu)成的平面均與水平面成角。導(dǎo)軌所在區(qū)域有方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場，其磁感應(yīng)強度大小為B。在C、E兩點通過導(dǎo)線和單刀雙擲開關(guān)K接有一匝數(shù)為n、面積為S的固定水平圓形線圈M，在M區(qū)域內(nèi)有豎直向下的勻強磁場，其磁感應(yīng)強度隨時間變化的規(guī)律如圖（b）所示。時刻，開關(guān)K接1，此時將質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab水平放置在導(dǎo)軌頂端，ab恰好靜止不動。時刻，開關(guān)K改接2，ab開始運動。ab始終與兩導(dǎo)軌接觸良好且保持水平，其接入電路的電阻為R，電路中其余電阻不計。忽略空氣阻力，重力加速度大小為g。求：
（1）時刻，通過ab的電流大小和方向；
（2）時刻，M所在區(qū)域磁感應(yīng)強度的大?。?br>（3）ab在導(dǎo)軌上所能達到的最大速度的大小。
9．(2024年浙江省新陣地教育聯(lián)盟質(zhì)檢)（11分）如圖所示，界線MN以下存在一個方向水平的磁場（垂直于紙面向里），取MN上一點O作為原點，豎直向下建立y軸，磁場的磁感應(yīng)強度B隨y坐標(biāo)（以m為單位）的分布規(guī)律為。一邊長為，質(zhì)量為，電阻的正方形金屬abcd從MN上方靜止釋放，后金屬框的cd邊到達界線MN，此時給金屬框施加一個豎直方向的外力F，直至金屬框完全進入磁場時撤去該外力。已知金屬框在進入磁場的過程中電流保持恒定，且金屬框運動過程中上下邊始終水平，左右邊始終豎直，g取，求：
（1）金屬框進入磁場過程的電流大??；
（2）金屬框進入磁場過程經(jīng)歷的時間；
（3）金屬框進入磁場的過程中外力F做功值；
（4）金屬框在磁場中下落的最終速度大小。
10. （2024黑龍江六校聯(lián)盟2月聯(lián)考）如圖甲為某種電驅(qū)動和電磁剎車的裝置原理圖，匝數(shù)為n=10匝，不計內(nèi)阻的金屬圓形線圈水平放置，圓半徑為，線圈內(nèi)存在豎直向上的勻強磁場，磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化關(guān)系為，線圈與水平放置的平行導(dǎo)軌相連，兩導(dǎo)軌電阻不計且足夠長，間距L=1.0m?，F(xiàn)用三根并排固定在一起的導(dǎo)體棒模擬小車，三根導(dǎo)體棒用ab、cd兩根絕緣材料固定，相鄰導(dǎo)體棒間距d=0.2m，導(dǎo)體棒長度也為L=1.0m，與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。導(dǎo)體棒連同固定材料總質(zhì)量m=4.48kg，每根導(dǎo)體棒的電阻為，該“小車”在導(dǎo)軌上運動時所受摩擦阻力f=0.24v（N），v為小車運行的速率。（已知：幾個電池相同時，并聯(lián)后的總電動勢等于單個電池的電動勢，而總內(nèi)阻等于各個電池內(nèi)阻的并聯(lián)值）
（1）在平行導(dǎo)軌區(qū)域加一豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B0=0.6T，閉合開關(guān)S，求：
①閉合S瞬間bc棒所受安培力的大??；
②該“小車”能達到的最大速度；
（2）當(dāng)“小車”以第（1）問中的最大速度運行時，某時刻斷開開關(guān)S，并將平行導(dǎo)軌區(qū)域的磁場立即改為如圖乙所示的磁場，導(dǎo)軌間存在矩形勻強磁場區(qū)域，區(qū)域?qū)挾葹閐=0.2m，相鄰磁場區(qū)域間的距離為2d，磁感應(yīng)強度均為B1=3.0T，方向垂直軌道平面向下，且開關(guān)S剛斷開時bc恰開始進入首個B1磁場區(qū)，求“小車”減速向前運動的距離x和減速過程中產(chǎn)生的總焦耳熱Q。
11．（2024北京摸底）世界多國都在加緊研制真空管道超高速磁懸浮列車，某研發(fā)團隊想要探究其電磁剎車的效果，在遙控小車底面安裝N匝正方形線框abcd，邊長為L，線框總電阻為R。其平面與水平軌道平行，小車總質(zhì)量為m，其俯視圖如圖所示，小車到站需要減速時，在前方虛線PP’和QQ’之間設(shè)置一豎直向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強為B。寬度為H，且H>L.若小車關(guān)閉引擎即將進入磁場前的速度為v0，在行駛過程中小車受到軌道阻力可忽略不計，不考慮車身其他金屬部分的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。求：
（1）cd邊剛進入磁場時線框內(nèi)感應(yīng)電流的大小和方向：
（2）cd邊剛進入磁場時，小車的加速度大?。?br>（3）若小車完全進入磁場時速度為v02，求在此過程中通過線圈的電荷量和線圈產(chǎn)生的焦耳熱。
12. （2024年2月廣東大聯(lián)考）動能回收系統(tǒng)（KineticEnergyRecverySystem）是新能源汽車時代一項重要的技術(shù)，其主要原理是利用電磁制動回收動能以替代傳統(tǒng)的剎車制動模式，其能源節(jié)省率高達37%。其原理為，當(dāng)放開油門進行輕制動時，汽車由于慣性會繼續(xù)前行，此時回收系統(tǒng)會讓機械組拖拽發(fā)電機線圈，切割磁場并產(chǎn)生電流對電池進行供電。設(shè)汽車的質(zhì)量為M，若把動能回收系統(tǒng)的發(fā)電機看成理想模型：線圈匝數(shù)為N，面積為S，總電阻為r，且近似置于一磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中。若把整個電池組等效成一外部電阻R，則：
（1）若汽車系統(tǒng)顯示發(fā)電機組此時的轉(zhuǎn)速為n，則此時能向外提供多少有效充電電壓？
（2）某廠家研發(fā)部為了把能量利用達到最大化，想通過設(shè)計“磁回收”懸掛裝置對汽車行駛過程中的微小震動能量回收，實現(xiàn)行駛更平穩(wěn)，更節(jié)能的目的。其裝置設(shè)計視圖如圖甲、乙所示，其中，避震筒的直徑為D，震筒內(nèi)有輻向磁場且匝數(shù)為n?的線圈所處位置磁感應(yīng)強度均為，線圈內(nèi)阻及充電電路總電阻為，外力驅(qū)動線圈，使得線圈沿著軸線方向往復(fù)運動，其縱向震動速度圖像如圖丙所示，忽略所有的摩擦。試寫出此避震裝置提供的電磁阻力隨時間的表達式。

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