专题20 电学计算题（一）-2021年高考北京市高三下学期4月一模物理试题汇编

2021年高考北京市高三下学期4月一模物理试题汇编 专题20 电学计算题（一） 1、（2021·北京市房山区高三下学期4月一模）如图18所示，空间分布着磁感应强度B=0.5T的水平方向匀强磁场，磁场区域的水平宽度d=0.4 m。正方形线框POMN的边长L=0.4m，质量m=0.2 kg，电阻R=0.1Ω，静止在光滑绝缘水平板上“I”位置。现用一水平向右的恒力F=0.8N，从静止开始拉线框，当PQ边刚进入磁场时，线框恰好做匀速直线运动，到达“II”位置时MN边刚好出磁场。求: (1)进入磁场时线框中感应电流Ⅰ的大小和方向； (2)进入磁场时线框的速度大小v和进入磁场前线框移动的距离x； (3)从“I”位置到“II”位置的过程中线框产生的焦耳热Q。 【答案】（1）4A；线框中是逆时针方向；（2）2m/s；0.5m；（3）0.64J。 【解析】（1）线框进入磁场时做匀速直线运动，说明F=F安，即0.8N=0.5T×I×0.4m，故线框中感应电流Ⅰ=4 A；由右手定则可以判断出感应电流由Q到P，线框中沿逆时针方向。 （2）再由欧姆定律可得，电动势E=IR=0.4V； 因为电动势E=BLv可得，进入磁场时线框的速度大小v=2m/s； 由动能定理得：Fx=×mv2，所以线框移动的距离x=0.5m； （3）线框在有磁场的区域才有电流，且线框是匀速通过的，故电流不变， 所以线框产生的焦耳热Q=I2Rt= I2R=(4A)2×0.1Ω×=0.64J。 2、（2021·北京市西城区高三下学期4月一模）如图所示，垂直于纸面的匀强磁场磁感应强度为B。纸面内有一正方形均匀金属线框abcd，其边长为L，总电阻为R，ab边与磁场边界平行。线框在向右的拉力作用下以速度v匀速进入磁场。从ab边刚进入磁场直至cd边刚要进入磁场的过程中，求： B a b c d v （1）金属线框中的感应电流I的大小和方向； （2）金属线框产生的焦耳热Q； （3）安培力的冲量大小I安。 【答案】（1）；（2）；（3）。 【解析】（9分）（1）ab边切割磁感线产生电动势 （1分） 根据闭合电路欧姆定律 解得 （1分） 根据右手定则可判断，电流方向沿adcba（或逆时针方向） （1分） （2）根据焦耳定律 （1分） 其中 （1分） 代入解得 （1分） （3）ab边受安培力 （1分） 安培力的冲量大小 （1分） 代入解得 （1分） 3、（2021·北京市丰台区高三下学期4月一模）如图所示，两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为La一根质量为m的金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直。M、P两点间接有阻值为R的电阻，其余部分电阻不计。装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上。让金属杆ab沿导轨由静止开始下滑，下降高度h时达到最大速度。 金属杆下滑时与导轨接触良好，已知重力加速度为go求： （1）金属杆由静止释放瞬间的加速度大小； （2）金属杆最大速度的大小； （3）从静止到最大速度的过程中，电阻R上产生的热量。 【答案】（1）；（2）；（3）。 【解析】 （9分）（1）杆刚释放瞬间不受安培力，由牛顿第二定律得： 则 （2）当杆受的安培力等于成力沿料面的分力时，其速度最大，设为Vm 则， 联立解得 （3）由能量守恒，杆的重力势能转化为其动能和焦耳热 将代入，解得 4、（2021·北京市丰台区高三下学期4月一模）我国的东方超环（EAST）是研究可控核聚变反应的超大型科学实验装置。装置中的中性化室将加速到很高能量的离子束变成中性粒子束，注人到发生聚变反应的等离子体中，将等离子体加热到发生聚变反应所需点火温度。没有被中性化的高能带电离子对实验装置有很大的破坏作用，因此需要利用“剩余离子偏转系统”将所有带电离子从粒子束剥离出来。 剩余离子电偏转系统的原理如图所示，让混合粒子束经过偏转电场，未被中性化的带电离子发生偏转被极板吞噬，中性粒子继续沿原有方向运动被注人到等离子体中。若粒子束中的带电离子主要由动能为、、的三种正离子组成。所有离子的电荷量均为q，质量均为m，两极板间电压为U，间距为d。 （1）若离子的动能Ek由电场加速获得，其初动能为零，求加速电压U0； （2）要使三种带电离子都被极板吞噬，求： a.离子在电场中运动的最长时间 b.偏转极板的最短长度 （3）剩余离子偏转系统还可以利用磁偏转进行带电离子的剥离。如图所示，粒子束宽度为d，吞噬板MN长度为2d。要使三种能量的离子都能打到吞噬板上，求磁感应强度大小的取值范围。 【答案】（1）；（2）a.；b.；（3）。 【解析】（12分）（1）根据动能定理，解得； （2）a.所有打在极板上的离子中，运动时间最长的离子偏转距离为d