高考物理模拟电磁学计算题(三十九)
高考物理电磁学计算题(二)含答案与解析
高考物理电磁学计算题（二）组卷老师：莫老师一．计算题（共50小题）1．如图所示，足够长的粗糙绝缘斜面与水平面成θ=37°角放置，在斜面和水平面上放置两平行金属导轨，导轨垂直于斜面与水平面的交界线，导轨间距为L=5m，导轨的电阻忽略不计，间距均为5m的虚线aa'、bb'和cc'与交界线平行，在aa'、cc'和导轨围成的区域有垂直斜面向上的有界匀强磁场，磁感应强度大小为0.2T．现有两质量都为m=1kg的导体棒MN、PQ，导轨间金属棒电阻都为R=1Ω，MN、PQ间用绝缘细线按如图所示方式连接，让PQ、MN都与交界线平行，MN 棒到cc'间距为s=9m，PQ棒到交界线距离为14m，由静止释放MN棒，MN棒穿过aa'bb'区间时，PQ未进入到磁场区，MN棒恰好能匀速穿过aa'bb'区域．已知MN棒光滑，PQ棒与接触面间的动摩擦因数为μ=0.2，设斜面与平面转角圆滑，导体棒PQ经过转角时，速度大小不变且转后速度方向紧贴斜面．已知重力加速度g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，求：（1）MN棒刚进入磁场区域时，受到安培力的大小；（2）MN棒刚进入磁场区域时，导体棒上的总功率；（3）MN棒穿过aa'bb'区域过程，PQ棒下滑的距离（结果保留3位有效数字）．2．如图所示，竖直放置的平行金属板板间电压为U，质量为m、电荷量为+q的带电粒子在靠近左板的P点，由静止开始经电场加速，从小孔Q射出，从a点进入磁场区域，abde是边长为2L的正方形区域，ab边与竖直方向夹角为45°，cf与ab平行且将正方形区域等分成两部分，abcf中有方向垂直纸面向外的匀强磁场B1，defc中有方向垂直纸面向里的匀强磁场B2，粒子进入磁场B1后又从cf上的M点垂直cf射入磁场B2中（图中M点未画出），不计粒子重力。
2020年高考物理《电磁学综合计算题》专题训练及答案解析
2020年高考物理《电磁学综合计算题》专题训练1.如图所示，一对加有恒定电压的平行金属极板竖直放置，板长、板间距均为d .在右极板的中央有个小孔P ，小孔右边半径为R 的圆形区域内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场，区域边界刚好与右极板在小孔P 处相切．一排宽度也为d 的带负电粒子以速度v 0竖直向上同时进入两极板间后，只有一个粒子通过小孔P 进入磁场，其余全部打在右极板上，且最后一个到达极板的粒子刚好打在右极板的上边缘．已知这排粒子中每个粒子的质量均为m 、带电荷量大小均为q ，磁场的磁感应强度大小为2mv 0qR，不计粒子的重力及粒子间的相互作用力．求：(1)板间的电压大小U ；(2)通过小孔P 的粒子离开磁场时到右极板的距离L ； (3)通过小孔P 的粒子在电场和磁场中运动的总时间t 总．【解析】 (1)依题意，从左极板下边缘射入的粒子恰好打在右极板的上边缘 在竖直方向上有t ＝d v 0在水平方向上有a ＝qE m ＝qU md ，d ＝12at 2联立解得U ＝2mv 2q.(2)从小孔P 射入磁场的粒子，在电场中的运动时间t 1＝d2v 0经过小孔P 时，水平分速度v 1＝at 1＝v 0进入磁场时的速度大小v ＝v 20＋v 21＝2v 0，速度方向与右极板的夹角θ＝π4设粒子在磁场中做匀速圆周运动后从Q 点离开磁场，其轨迹如图所示，轨迹圆心在O ′点，则qvB ＝m v 2r ，得r ＝mv qB ＝2mv 0qB＝R 由几何关系可知粒子射出磁场时的速度方向竖直向下，由图知L ＝r ＋r cos θ＝(1＋22)R . (3)从小孔P 飞出的粒子在磁场中偏转的角度α＝3π4，粒子在磁场中运动的时间t 2＝3π42π·2πr v ＝32πR 8v 0通过小孔P 的粒子在电场和磁场中运动的总时间t 总＝t 1＋t 2＝d 2v 0＋32πR8v 0. 【答案】 (1)U ＝2mv 20q (2)(1＋22)R (3)d 2v 0＋32πR8v 02．如下图甲所示，一边长L ＝0.5 m ，质量m ＝0.5 kg 的正方形金属线框，放在光滑绝缘的水平面上，整个装置处在方向竖直向下、磁感应强度B ＝0.8 T 的匀强磁场中．金属线框的一个边与磁场的边界MN 重合，在水平拉力作用下由静止开始向右运动，经过t ＝0.5 s 线框被拉出磁场．测得金属线框中的电流I 随时间变化的图象如图乙所示，在金属线框被拉出磁场的过程中．(1)求通过线框导线截面的电量及该金属框的电阻； (2)写出水平力F 随时间t 变化的表达式；(3)若已知在拉出金属框的过程中水平拉力做功1.10 J ，求此过程中线框产生的焦耳热． 【解析】(1)根据题图乙知，在t ＝0.5 s 时间内通过金属框的平均电流I ＝0.50 A ，于是通过金属框的电量q ＝I t ＝0.25 C.由平均感应电动势E ＝BL 2t ，平均电流I ＝E R ，通过金属框的电量q ＝I t ，得q ＝BL 2R ，于是金属框的电阻R ＝BL 2q＝0.80 Ω.(2)由题图乙知金属框中感应电流线性增大，说明金属框运动速度线性增加，即金属框被匀加速拉出磁场．又知金属框在t ＝0.5 s 时间内运动距离L ＝0.5 m ，由L ＝12at 2得加速度a ＝2L t2＝4 m/s 2.由图乙知金属框中感应电流随时间变化规律为I ＝kt ，其中比例系数k ＝2.0 A/s.于是安培力F A 随时间t 变化规律为F A ＝BIL ＝kBLt由牛顿运动定律得F －F A ＝ma ，所以水平拉力F ＝F A ＋ma ＝ma ＋kBLt代入数据得水平拉力随时间变化规律为F ＝2＋0.8t (单位为“N”)(3)根据运动情况知金属框离开磁场时的速度v ＝2aL ＝2 m/s.由能量守恒知，此过程中金属框产生的焦耳热Q ＝W F －12mv 2＝0.1 J.【答案】(1)0.25 C 0.80 Ω (2)F ＝2＋0.8t (单位为“N”) (3)0.1 J3.如图所示，A 、B 间存在与竖直方向成45°角斜向上的匀强电场E 1，B 、C 间存在竖直向上的匀强电场E 2，A 、B 的间距为1.25 m ，B 、C 的间距为3 m ，C 为荧光屏．一质量m ＝1.0×10－3kg ，电荷量q ＝＋1.0×10－2C 的带电粒子由a 点静止释放，恰好沿水平方向经过b 点到达荧光屏上的O 点．若在B 、C 间再加方向垂直于纸面向外且大小B ＝0.1 T 的匀强磁场，粒子经b 点偏转到达荧光屏的O ′点(图中未画出)．g 取10 m/s 2.求：(1)E 1的大小；(2)加上磁场后，粒子由b 点到O ′点电势能的变化量及偏转角度．【解析】(1)粒子在A 、B 间做匀加速直线运动，竖直方向受力平衡，则有qE 1cos 45°－mg ＝0 ①解得E 1＝ 2 N/C ＝1.4 N/C(2)粒子从a 到b 的过程中，由动能定理得：qE 1d AB sin 45°＝12mv 2b②解得v b ＝5 m/s加磁场前粒子在B 、C 间做匀速直线运动，则有：qE 2＝mg ③加磁场后粒子在B 、C 间做匀速圆周运动，如图所示：由牛顿第二定律得：qv b B ＝m v 2bR④解得：R ＝5 m由几何关系得：R 2＝d 2BC ＋(R －y )2⑤解得：y ＝1.0 m粒子在B 、C 间运动时电场力做的功为：W ＝－qE 2y ＝－mgy ＝－1.0×10－2 J⑥由功能关系知，粒子的电势能增加了1.0×10－2J 设偏转角度为θ，则sin θ＝d BCR＝0.6 ⑦解得：θ＝37°【答案】 (1)1.4 N/C (2)1.0×10－2J 37°4．控制带电粒子的运动在现代科学实验、生产生活、仪器电器等方面有广泛的应用．现有这样一个简化模型：如图所示，y 轴左、右两边均存在方向垂直纸面向里的匀强磁场，右边磁场的磁感应强度始终为左边的2倍．在坐标原点O 处，一个电荷量为＋q 、质量为m 的粒子a ，在t ＝0时以大小为v 0的初速度沿x 轴正方向射出，另一与a 相同的粒子b 某时刻也从原点O 以大小为v 0的初速度沿x 轴负方向射出．不计粒子重力及粒子间的相互作用，粒子相遇时互不影响．(1)若a 粒子能经过坐标为(32l ，12l )的P 点，求y 轴右边磁场的磁感应强度B 1； (2)为使粒子a 、b 能在y 轴上Q (0，－l 0)点相遇，求y 轴右边磁场的磁感应强度的最小值B 2；(3)若y 轴右边磁场的磁感应强度为B 0，求粒子a 、b 在运动过程中可能相遇的坐标值． 【解析】(1)设a 粒子在y 轴右侧运动的半径为R 1，由几何关系有(R 1－12l )2＋(32l )2＝R 21甲由于B 1qv 0＝m v 20R 1解得B 1＝mv 0ql(2)B 2最小，说明Q 点是a 、b 粒子在y 轴上第一次相遇的点，由图乙可知，a 、b 粒子同时从O 点出发，且粒子在y 轴右侧运动的圆周运动半径乙R 2＝l 02又B 2qv 0＝m v 20R 2解得B 2＝2mv 0ql 0(3)由图丙可见，只有在两轨迹相交或相切的那些点， 才有相遇的可能性，所以有y 轴上的相切点和 y 轴左侧的相交点．经分析可知，只要a 、b 粒子从O 点出发的时间差满足一定的条件，这些相交或相切的点均能相遇．丙粒子在y 轴右侧的运动半径r 1＝mv 0B 0q 粒子在y 轴左侧的运动半径r 2＝2mv 0B 0q①y 轴上的相切点坐标为 [0，－2kmv 0B 0q](k ＝1,2,3，…)②y 轴左侧的相交点相遇 由丙图可知，OA ＝AC ＝OC ＝r 2 可得x A ＝－r 2sin 60°＝－3mv 0B 0qy A ＝－r 2cos 60°＝－mv 0B 0qy 轴左侧的相遇点的坐标[－3mv 0B 0q，－(2n －1)mv 0B 0q](n ＝1,2,3，…)【答案】(1)mv 0ql (2)2mv 0ql 0(3)[0，－2kmv 0B 0q](k ＝1,2,3…)和[－3mv 0B 0q，－(2n －1)mv 0B 0q](n ＝1,2,3，…)5.某课外探究小组的同学们利用学校实验室内的绝缘材料自制了一条细导轨OABCDP(如图所示)，其中OAB 段和DP 段为粗糙的水平导轨，B 点和D 点在同一水平面上但不重合，P端离沙地的高度h ＝0.8 m ；BCD 段为圆环形导轨，半径R ＝0.5 m ，其中BC 段光滑、CD 段很粗糙．将一个中心有孔的钢球(孔径略大于细导轨直径)套在导轨端点O 处，钢球的带电荷量q ＝＋3.7×10－4C ，质量m ＝0.2 kg .某次实验中，在导轨OA 段加上水平向右的、场强E ＝1×104V /m 的匀强电场时，钢球即开始沿导轨运动，经过C 点时速度为3 m /s ，最终恰好停在P 点．已知AB 段长L 1＝1.0 m ，DP 段长L 2＝1.0 m ，钢球与水平导轨间的动摩擦因数均为μ＝0.2.(1)求钢球经过C 点时对导轨的弹力； (2)求OA 段导轨的长度d ；(3)为了让钢球从导轨右端抛出，并且落在沙地上的位置最远，需在P 端截去多长的一段水平导轨？钢球落在沙地上的最远位置与D 点的水平距离多大？【解析】(1)在C 点，设导轨对钢球的弹力方向为竖直向下， 则F N ＋mg ＝m v 2CR代入数据解得F N ＝1.6 N由牛顿第三定律知，钢球对导轨的弹力也为1.6 N ，方向竖直向上 (2)O→C 过程，qEd －μmg(d＋L 1)－mg·2R＝12mv 2C代入数据可解得d ＝1 m(3)设导轨右端截去长度为x ，滑块离开导轨平抛时的初速度为v 0，落在沙地上的位置与D 点的水平距离为s ，则v 20＝2μgx，h ＝12gt 2，s ＝(L 2－x)＋v 0t由以上各式代入数据可得s ＝1－x ＋0.8x当x ＝0.4，即x ＝0.16 m 时，s 有最大值s m ＝1.16 m .【答案】(1)1.6 N ，方向竖直向上 (2)1 m (3)0.16 m 1.16 m6.如图所示，两根足够长且平行的光滑金属导轨所在平面与水平面成α＝53°角，导轨间接一阻值为3 Ω的电阻R ，导轨电阻忽略不计．在两平行虚线间有一与导轨所在平面垂直的匀强磁场，磁场区域的宽度为d ＝0.5 m ．导体棒a 的质量为m 1＝0.1 kg 、电阻为R 1＝6 Ω；导体棒b 的质量为m 2＝0.2 kg 、电阻为R 2＝3 Ω，它们分别垂直导轨放置并始终与导轨接触良好．现从图中的M 、N 处同时将a 、b 由静止释放，运动过程中它们都能匀速穿过磁场区域，且当a 刚出磁场时b 正好进入磁场．(sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6，g 取10 m/s 2，a 、b 电流间的相互作用不计)，求：(1)在b 穿越磁场的过程中a 、b 两导体棒上产生的热量之比； (2)在a 、b 两导体棒穿过磁场区域的整个过程中，装置上产生的热量； (3)M 、N 两点之间的距离．【解析】(1)由焦耳定律得，Q ＝I 2Rt ，得Q 1Q 2＝I 21R 1t I 22R 2t， 又根据串并联关系得，I 1＝13I 2，解得：Q 1Q 2＝29(2)设整个过程中装置上产生的热量为Q 由Q ＝m 1g sin α·d ＋m 2g sin α·d ，可解得Q ＝1.2 J(3)设a 进入磁场的速度大小为v 1，此时电路中的总电阻R 总1＝(6＋3×33＋3) Ω＝7.5 Ω由m 1g sin α＝B 2L 2v 1R 总1和m 2g sin α＝B 2L 2v 2R 总2，可得 v 1v 2＝m 1R 总1m 2R 总2＝34又由v 2＝v 1＋a d v 1，得v 2＝v 1＋8×0.5v 1由上述两式可得v 21＝12(m/s)2，v 22＝169v 21M 、N 两点之间的距离Δs ＝v 222a －v 212a ＝712m【答案】(1)29 (2)1.2 J (3)712m7.如图所示，两间距为l 的足够长的光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上，整个空间存在竖直向下的磁场，虚线将磁场分成两部分，虚线左、右两侧的磁感应强度大小分别为B 1、B 2，且B 1＝2B 2.两质量均为m 的导体棒甲、乙垂直导轨静止地放在虚线的左侧，导体棒甲、乙的阻值分别为R 1、R 2.现给导体棒甲一水平向右的冲量I ，两导体棒开始运动，整个过程中两导体棒始终与导轨垂直且接触良好，两导轨的电阻可忽略不计．(1)求导体棒甲开始运动时电路中的电流．(2)如果导体棒乙运动到虚线前达到稳定状态，求导体棒乙稳定时的速度大小． (3)导体棒乙越过虚线后，经过一段时间再次达到稳定状态，假设此时导体棒甲刚好运动到虚线．求导体棒乙从越过虚线到再次稳定的过程中，整个电路产生的焦耳热．【解析】(1)设导体棒甲得到冲量I 时的速度为v 0，导体棒甲产生的感应电动势为E ，回路中的电流为i ，则由动量定理得I ＝mv 0由法拉第电磁感应定律得E ＝B 1lv 0 由闭合电路欧姆定律得i ＝ER 1＋R 2， 联立得i ＝B 1lI(R 1＋R 2)m.(2)导体棒甲和导体棒乙在虚线左侧磁场中运动过程中所受安培力大小相等、方向相反，二者组成的系统所受的合力为零，故两导体棒组成的系统动量守恒．导体棒甲和导体棒乙在虚线左侧达到稳定时两导体棒速度相等，导体棒乙速度达到最大，假设最大速度为v m ，此时根据动量守恒定律有mv 0＝2mv m ，解得v m ＝I 2m.(3)导体棒乙刚进入虚线右侧的磁场中时，设导体棒甲产生的感应电动势为E 1，导体棒乙产生的感应电动势为E 2，则由法拉第电磁感应定律得E 1＝B 1lv m 、E 2＝B 2lv m又B 1＝2B 2，所以E 1＝2E 2导体棒乙越过虚线后，回路中立即产生感应电流，在安培力作用下导体棒甲做减速运动，导体棒乙做加速运动，直至两棒产生的感应电动势大小相等时，二者做匀速运动．此时设导体棒甲的速度为v a ，导体棒乙的速度为v b ，这一过程所用的时间为t.此时有B 1lv a ＝B 2lv b解得v b ＝2v a设在t 时间内通过导体棒甲、乙的电流的平均值为I －，以水平向右为正方向．对导体棒甲，根据动量定理有，－B 1I －lt ＝mv a －mv m 对导体棒乙，根据动量定理有，B 2I －lt ＝mv b －mv m 联立解得v a ＝35v m ，v b ＝65v m设导体棒乙越过虚线后，整个电路中产生的焦耳热为Q ，根据能量守恒定律有 Q ＝2×12mv 2m －12mv 2a －12mv 2b联立得Q ＝I 240m.【答案】(1)B 1lI (R 1＋R 2)m (2)I 2m (3)I240m8.如图所示，以O 为圆心、半径为R 的圆形区域内存在垂直圆面向里、磁感应强度为B 的匀强磁场，一粒子源位于圆周上的M 点，可向磁场区域内垂直磁场沿各个方向发射质量为m 、电荷量为－q 的粒子，不计粒子重力，N 为圆周上另一点，半径OM 和ON 间的夹角为θ，且满足tan θ2＝0.5.(1)若某一粒子以速率v 1＝qBRm，沿与MO 成60°角斜向上方射入磁场，求此粒子在磁场中运动的时间；(2)若某一粒子以速率v 2，沿MO 方向射入磁场，恰能从N 点离开磁场，求此粒子的速率v 2；(3)若由M 点射入磁场各个方向的所有粒子速率均为v 2，求磁场中有粒子通过的区域面积．【解析】(1)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，设轨迹半径为r 1，由牛顿第二定律可得qv 1B ＝mv 21r 1解得：r 1＝mv 1qB＝R 粒子沿与MO 成60°角方向射入磁场，设粒子从区域边界P 射出，其运动轨迹如图甲所示．由图中几何关系可知粒子轨迹所对应的圆心角为α＝150°甲方法1：故粒子在磁场中的运动时间t ＝αr 1v 1＝mαqB ＝5m π6qB方法2：粒子运动周期T ＝2πm Bq粒子在磁场中的运动时间t ＝150°360°T 得t ＝5m π6qB(2)粒子以速率v 2沿MO 方向射入磁场，在磁场中做匀速圆周运动，恰好从N 点离开磁场，其运动轨迹如图乙，设粒子轨迹半径为r 2 ，由图中几何关系可得：r 2＝R tan θ2＝12R乙由牛顿第二定律可得qv 2B ＝mv 22r 2解得粒子的速度v 2＝qBr 2m ＝qBR 2m(3)粒子沿各个方向以v 2进入磁场做匀速圆周运动时的轨迹半径都为r 2，且不变．由图丙可知，粒子在磁场中通过的面积S 等于以O 3为圆心的扇形MO 3O 的面积S 1、以M 为圆心的扇形MOQ 的面积S 2和以O 点为圆心的圆弧MQ 与直线MQ 围成的面积S 3之和．丙S 1＝12π(R 2)2＝πR 28 S 2＝16πR 2S 3＝16πR 2－12×R ×R 2tan 60°＝16πR 2－34R 2 则S ＝1124πR 2－34R 2. 【答案】见解析9.如图所示，间距为L 的平行且足够长的光滑导轨由两部分组成：倾斜部分与水平部分平滑相连，倾角为θ，在倾斜导轨顶端连接一阻值为r 的定值电阻．质量为m 、电阻也为r 的金属杆MN 垂直导轨跨放在导轨上，在倾斜导轨区域加一垂直导轨平面向下、磁感应强度大小为B 的匀强磁场；在水平导轨区域加另一垂直导轨平面向下、磁感应强度大小也为B 的匀强磁场．闭合开关S ，让金属杆MN 从图示位置由静止释放，已知金属杆运动到水平导轨前，已达到最大速度，不计导轨电阻且金属杆始终与导轨接触良好，重力加速度为g .求：(1)金属杆MN 在倾斜导轨上滑行的最大速率v m ；(2)金属杆MN 在倾斜导轨上运动，速度未达到最大速度v m 前，当流经定值电阻的电流从零增大到I 0的过程中，通过定值电阻的电荷量为q ，求这段时间内在定值电阻上产生的焦耳热Q ；(3)金属杆MN 在水平导轨上滑行的最大距离x m .【解析】(1)金属杆MN 在倾斜导轨上滑行的速度最大时，其受到的合力为零，对其受力分析，可得：mg sin θ－BIL ＝0根据欧姆定律可得：I ＝BLv m 2r解得：v m ＝2mgr sin θB 2L2 (2)设在这段时间内，金属杆运动的位移为x ，由电流的定义可得：q ＝I Δt根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律得：I ＝B ΔS 2r Δt ＝BLx 2r Δt解得：x ＝2qr BL设电流为I 0时金属杆的速度为v 0，根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律，可得：I 0＝BLv 02r此过程中，电路产生的总焦耳热为Q 总，由功能关系可得：mgx sin θ＝Q 总＋12mv 20 定值电阻产生的焦耳热Q ＝12Q 总 解得：Q ＝mgqr sin θBL －mI 20r 2B 2L 2 (3)由牛顿第二定律得：BIL ＝ma由法拉第电磁感应定律、欧姆定律可得：I ＝BLv 2r可得：B 2L 22r v ＝m Δv ΔtB 2L 22rv Δt ＝m Δv ， 即B 2L 22rx m ＝mv m 得：x m ＝4m 2gr 2sin θB 4L 4 【答案】(1)2mgr sin θB 2L 2 (2)mgqr sin θBL －mI 20r 2B 2L 2 (3)4m 2gr 2sin θB 4L 4 10.如图所示，半径为L 1＝2 m 的金属圆环内上、下半圆各有垂直圆环平面的有界匀强磁场，磁感应强度大小均为B 1＝10πT ．长度也为L 1、电阻为R 的金属杆ab ，一端处于圆环中心，另一端恰好搭接在金属环上，绕着a 端沿逆时针方向匀速转动，角速度为ω＝π10rad/s.通过导线将金属杆的a 端和金属环连接到图示的电路中(连接a 端的导线与圆环不接触，图中的定值电阻R 1＝R ，滑片P 位于R 2的正中央，R 2的总阻值为4R )，图中的平行板长度为L 2＝2 m ，宽度为d ＝2 m ．图示位置为计时起点，在平行板左边缘中央处刚好有一带电粒子以初速度v 0＝0.5 m/s 向右运动，并恰好能从平行板的右边缘飞出，之后进入到有界匀强磁场中，其磁感应强度大小为B 2，左边界为图中的虚线位置，右侧及上下范围均足够大．(忽略金属杆与圆环的接触电阻、圆环电阻及导线电阻，忽略电容器的充放电时间，忽略带电粒子在磁场中运动时的电磁辐射的影响，不计平行金属板两端的边缘效应及带电粒子的重力和空气阻力)求：(1)在0～4 s 内，平行板间的电势差U MN ；(2)带电粒子飞出电场时的速度；(3)在上述前提下若粒子离开磁场后不会第二次进入电场，则磁感应强度B 2应满足的条件．【解析】(1)金属杆产生的感应电动势恒为E ＝12B 1L 21ω＝2 V由串并联电路的连接特点知： E ＝I ·4R,U 0＝I ·2R ＝E 2＝1 V, T 1＝2πω＝20 s 由右手定则知：在0～4 s 时间内，金属杆ab 中的电流方向为b →a ，则φa ＞φb ， 则在0～4 s 时间内，φM ＜φN ，U MN ＝－1 V(2)粒子在平行板电容器内做类平抛运动，在0～T 12时间内，水平方向L 2＝v 0·t 1，得t 1＝L 2v 0＝4 s ＜ T 12 竖直方向d 2＝12v y t 1 解得：v y ＝0.5 m/s则粒子飞出电场时的速度大小v ＝v 20＋v 2y ＝22m/s tan θ＝v yv 0＝1，所以该速度与水平方向的夹角 θ＝45° (3)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由B 2qv ＝m v 2r， 得r ＝mv B 2q由几何关系及粒子在磁场中运动的对称性可知：2r ＞d 时离开磁场后不会第二次进入电场粒子在平行板中加速得：v y ＝at 1 ,又a ＝Eq m ，E ＝U NM d 解得：qm ＝0.25 C/kg,综合得 B 2＜2mv dq ＝2×42×22T ＝2 T 【答案】(1)－1 V (2)22m/s 与水平方向的夹角 θ＝45° (3)B 2＜ 2 T 11.华裔科学家丁肇中负责的AMS 项目，是通过“太空粒子探测器”探测高能宇宙射线粒子，寻找反物质。
江苏省2023年高考物理模拟(一模、二模、三模)试题知识点分类训练：电磁学解答题(电磁感应)
江苏省2023年高考物理模拟（一模、二模、三模）试题知识点分类训练：电磁学解答题（电磁感应）一、解答题1．（2023·江苏南通·统考二模）半径为1r 的单匝线圈放置在绝缘的水平面上，线圈的电阻为R ，O 为圆心．以O 为圆心、半径为()001r r r <的圆形区域内存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度随时间的变化规律为0B B kt =-，在磁感应强度由0B 减为0的过程中，求：（1）线圈中产生的感应电流I ；（2）线圈中产生的焦耳热Q 和通过线圈横截面的电量q 。
2．（2023·江苏·模拟预测）如图所示，质量为m 的“匚”型金属导轨abcd ，静止放在足够大的光滑水平面上，导轨的宽为L ，长为2L ，cd 部分的电阻为R ，bc 和ad 部分电阻不计，P 、P ′分别为bc 和ad 的中点，整个导轨处于竖直向上、磁感应强度大小为B 的匀强磁场（未画出，范围足够大）中。
一质量为m 、长为L 、电阻为R 的金属棒MN 以速度v 从ab 端滑上导轨，并最终在PP ′处与导轨相对静止。
已知金属棒和导轨之间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g ，整个过程金属棒和导轨接触良好。
求：（1）MN 刚滑上导轨时，金属导轨的加速度a 的大小；（2）整个过程金属棒上产生的焦耳热Q ；3．（2023·江苏·统考一模）将一根绝缘硬质细金属丝顺次绕成如图所示的“8”字形线圈，两个圆形线圈半径分别为2r 和r ，匀强磁场垂直于线圈平面，磁感应强度B 随时间t 变化的规律为B =B 0+kt ，已知线圈总电阻为R 。
（1）仅将大圆线圈置于磁场中，求线圈中的电流I；（2）将该线圈全部置于磁场中，求在时间t内通过线圈横截面的电荷量q。
4．（2023·江苏·统考二模）两条平行光滑金属导轨所在平面与水平面夹角为θ，间距为L，导轨顶端连接阻值为R的电阻。
高考物理模拟专题电磁学计算题(三十一)含答案与解析
高考物理电磁学计算题(三十一)含答案与解析评卷人得分一．计算题（共40小题）1．如图所示，直角坐标系xOy在竖直平面内，x轴沿水平方向，在第一、四象限区域内存在有匀强电场和匀强磁场，电场强度E＝4.0×105N/C，方向沿y轴正方向，磁感应强度B＝0.2T，方向与xoy平面垂直向外。
在x轴上的A点处有一足够长、与x轴垂直的荧光屏，交点A与坐标原点O的距离为40.0cm，在OA中点P处有一粒子发射枪（可看作质点），能连续不断的发射速度相同的带正电粒子，粒子质量m＝6.4×10﹣27kg，电量q＝3.2×10﹣19C．粒子发射枪向x轴方向发射的粒子恰能打到荧光屏的A点处。
若撤去电场，并使粒子发射枪在xoy平面内以角速度ω＝2πrad/s逆时针转动（整个装置都处在真空中），求：（1）带电粒子的速度及在磁场中运动的轨迹半径；（2）荧光屏上闪光点范围的长度（结果保留两位有效数字）；（3）荧光屏上闪光点从最低点移动到最高点所用的时间（结果保留两位有效数字）。
2．如图，上下放置的两带电金属板，相距为3l，板间有竖直向下的匀强电场E．距上板l 处有一带+q电的小球B，在B上方有带﹣6q电的小球A，他们质量均为m，用长度为l 的绝缘轻杆相连。
已知E＝mg/q。
让两小球从静止释放，小球可以通过上板的小孔进入电场中（重力加速度为g）。
求：（1）B球刚进入电场时的速度v1大小；（2）A球刚进入电场时的速度v2大小；（3）B球是否能碰到下金属板？如能，求刚碰到时的速度v3大小。
如不能，请通过计算说明理由。
3．如图所示，质量为m、带电荷量为+q的小物块置于绝缘粗糙水平面上的A点。
首先在如图所示空间施加方向水平向右的匀强电场E，t＝0时刻释放物块，一段时间后物块运动到B位置，同时将电场更换为方向水平向左的匀强电场E，物块运动到C点速度恰好减为零，已知A、B间距是B、C间距离的2倍，物块从B点运动到C点所需时间为t，求：（1）物块与水平面间的摩擦力；（2）物块从A点运动到C点的过程中克服摩擦力所做的功。
2021届高考物理考前特训：电磁学计算 (解析版)
电磁学计算【原卷】1．如图所示，MN、PQ为竖直放置的两根足够长平行光滑导轨，相距为d=0.5m，M、P之间连一个R=1.5Ω的电阻，导轨间有一根质量为m=0.2kg，电阻为r=0.5Ω的导体棒EF，导体棒EF可以沿着导轨自由滑动，滑动过程中始终保持水平且跟两根导轨接触良好．整个装置的下半部分处于水平方向且与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B=2T．取重力加速度g=10m/s2，导轨电阻不计．若导体棒EF从磁场上方某处沿导轨下滑，进入匀强磁场时速度为v=2m/s，（1）求此时通过电阻R的电流大小和方向（2）求此时导体棒EF的加速度大小．2．如图所示，两根长为L的绝缘细线下端各悬挂一质量为m的带电小球A、B，A、B带电荷量分别为＋q和－q，今加上匀强电场(方向水平向左)，场强为E，使联结AB的绝缘细线(长为L)拉直，并使两小球处于静止状态，E的大小应满足什么条件？3．如图所示电路中，电源电动势为E、内阻r=1Ω，定值电阻R1=4Ω、滑动变阻器总电R2=20Ω。
闭合电键S，当滑动触头P从最高端向下滑动过程中，电压表读数的最大值为2.7 V，此时电流表读数为I。
电压表和电流表均可看成是理想电表。
求：（1）电源的电动势E；（2）电流表的读数I。
4．如图所示，在高度为L、足够宽的区域MNPQ内，有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.质量为m、边长为L、电阻为R的正方形导线框abcd，在MN上方某一高度由静止开始自由下落．当bc边进入磁场时，导线框恰好做匀速运动．已知重力加速度为g，不计空气阻力，求：(1)导线框刚下落时，bc边距磁场上边界MN的高度h；(2)导线框离开磁场的过程中，通过导线框某一横截面的电荷量q；(3)导线框穿越磁场的整个过程中，导线框中产生的热量Q.5．如图所示,在直角坐标系y>0的区域存在方向沿y轴负方向的匀强电场,场强大小为E．一个氕核11H和一个氘核21H先后从y轴上y=h点以相同的动能射出,速度方向沿x轴正方向.已知11H进入第四象限时,速度方向与x轴正方向的夹角为60°, 11H的质量为m电荷量为q.不计重力.求:(1)11H进入第四象限时的位置到原点O的距离;(2) 11H和21H进入第四象限时的横坐标之比;6．如图所示，A、B间存在与竖直方向成45°斜向上的匀强电场E1，B、C 间存在竖直向上的匀强电场E2，A、B的间距为1.25m，B、C的间距为3m，C为荧光屏．一质量m=1.0×10﹣3kg，电荷量q=+1.0×10﹣2C的带电粒子由a 点静止释放，恰好沿水平方向经过b点到达荧光屏上的O点．若在B、C 间再加方向垂直于纸面向外且大小B=0.1T的匀强磁场，粒子经b点偏转到达荧光屏的O′点（图中未画出）．取g=10m/s2．求：（1）E1的大小（2）加上磁场后，粒子由b点到O′点电势能的变化量．7．如图所示，水平面上有两根相距0.5m的足够长的光滑平行金属导轨MN 和PQ，之间有一导体棒ab，导轨和导体棒的电阻忽略不计，在M和P之间接有阻值为R=2Ω的定值电阻。
高考物理模拟专题电磁学计算题(二十二)含答案与解析
高考物理电磁学计算题(二十二)含答案与解析评卷人得分一．计算题（共40小题）1．两相距L＝1m，电阻不计的光滑金属导轨在同一水平面内平行放置，导轨x≥0的一侧存在竖直向上的磁场，磁感应强度沿+x方向均匀增大，表达式为B＝0.5+0.5x（T），导轨左侧连接电路如图所示，定值电阻R1＝R3＝8Ω，R2＝4Ω，平行板电容器水平放置，板间距离为d＝0.12m，内有一个质量m＝1.0×10﹣14kg、电荷量q＝1.0×10﹣15C的微粒。
一根金属棒ab垂直导轨放置，金属棒在水平外力作用下从x＝0处沿导轨OP、MN向右做直线运动，运动过程中产生的感应电动势恒定。
在开关S断开时，微粒处于静止状态，在开关S闭合时微粒以加速度a＝6m/s2匀加速下落，取g＝10m/s2，求：（1）金属棒的有效电阻和运动时产生的感应电动势大小；（2）金属棒在x＝3m处速度的大小；（3）开关S闭合时，在金属棒从x＝0运动到x＝3m过程中，克服安培力做的功。
2．如图甲所示，固定轨道由倾角θ＝37°的斜导轨与水平导轨用极短的圆弧导轨平滑连接而成，轨道所在空间存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B＝0.2T的匀强磁场，两导轨间距为L＝0.5m，上端用阻值为R＝0.5Ω的电阻连接。
在沿斜导轨向下的拉力（图中未画出）作用下，一质量为m＝0.5kg，电阻也为R的金属杆MN从斜导轨上某一高度处由静止开始（t＝0）沿光滑的斜导轨匀加速下滑，当杆MN滑至斜轨道的最底端P2Q2处时撤去拉力，杆MN在粗糙的水平导轨上减速运动直至停止，其速率v随时间t的变化关系如图乙所示（其中v m＝20m/s和t0＝2s为已知）。
杆MN始终垂直于导轨并与导轨保持良好接触，水平导轨和杆MN动摩擦因数为μ＝0.1．求：（1）杆MN中通过的最大感应电流I m；（2）杆MN沿斜导轨下滑的过程中，通过电阻R的电荷量q；（3）撤去拉力后，若R上产生的热量为Q＝20J，求杆MN在水平导轨上运动的路程s。
高考物理电磁学大题练习20题Word版含答案及解析
高考物理电磁学大题练习20题Word版含答案及解析方向与图示一致。
金属棒的质量为m，棒的左端与导轨相接，右端自由。
设金属棒在磁场中的电势能为0.1)当磁场的磁感应强度为B1时，金属棒在匀强磁场区域内做匀速直线运动，求金属棒的速度和通过电阻的电流强度。
2)当磁场的磁感应强度随时间变化时，金属棒受到感生电动势的作用，求金属棒的最大速度和通过电阻的最大电流强度。
答案】(1) v=B1d/2m。
I=B1d2rR/(rL+dR) (2) vmaxBmaxd/2m。
ImaxBmaxd2rR/(rL+dR)解析】详解】(1)由洛伦兹力可知，金属棒在匀强磁场区域内受到向左的洛伦兹力，大小为F=B1IL，方向向左，又因为金属棒在匀强磁场区域内做匀速直线运动，所以受到的阻力大小为F1Fr，方向向右，所以有：B1IL=Fr解得：v=B1d/2m通过电阻的电流强度为：I=B1d2rR/(rL+dR)2)当磁场的磁感应强度随时间变化时，金属棒受到感生电动势的作用，其大小为：e=BLv所以金属棒所受的合力为：F=BLv-Fr当合力最大时，金属棒的速度最大，即：BLvmaxFr=0解得：vmaxBmaxd/2m通过电阻的电流强度为：ImaxBmaxd2rR/(rL+dR)题目一：金属棒在电动机作用下的运动一根金属棒在电动机的水平恒定牵引力作用下，从静止开始向右运动，经过一段时间后以匀速向右运动。
金属棒始终与导轨相互垂直并接触良好。
问题如下：1) 在运动开始到匀速运动之间的时间内，电阻R产生的焦耳热；2) 在匀速运动时刻，流过电阻R的电流方向、大小和电动机的输出功率。
解析：1) 运动开始到匀速运动之间的时间内，金属棒受到电动机的牵引力向右运动，电阻R中会产生电流。
根据欧姆定律和焦耳定律，可以得到电阻R产生的焦耳热为：$Q=I^2Rt$，其中I为电流强度，t为时间。
因此，我们需要求出这段时间内的电流强度。
根据电动机的牵引力和电阻R的阻值，可以得到电路中的总电动势为$E=FL$，其中F为电动机的牵引力，L为金属棒的长度。
2024年高考物理二轮复习专题18：电磁学综合计算题(附答案解析)
专题18·电磁学综合计算题能力突破本专题主要牛顿运动定律、动能定理、动量定理、动量守恒定律、洛伦兹力、法拉第电磁感应定律，以及用这些知识解决匀速圆周运动模型、导体棒模型、线框模型、圆周运动+类平抛运动模型等类型的试题。
高考热点(1)能利用运动合成与分解的方法处理带电粒子在电场中运动问题；(2)应用几何关系和圆周运动规律分析求解带电粒子在磁场、复合场中的运动；(3)电磁感应中的电路分析、电源分析、动力学和能量转化分析。
出题方向主要考查计算题，一压轴题的形式出现，题目难度一般为中档偏难。
考点1带电粒子(体)在电场中的运动(1)首先分析带电粒子(体)的运动规律，确定带电粒子(体)在电场中做直线运动还是曲【例1】（2023•越秀区校级模拟）一长为l 的绝缘细线，上端固定，下端拴一质量为m 、电荷量为q 的带正电的至小球，处于如图所示水平向右的匀强电场中。
先将小球拉至A 点，使细线水平。
然后释放小球，当细线与水平方向夹角为120︒时，小球到达B 点且速度恰好为零，为重力加速度为g ，sin 300.5︒=，cos30︒=。
求：（1）匀强电场AB 两点间的电势差AB U 的大小；（2）小球由A 点到B 点过程速度最大时细线与竖直方向的夹角θ的大小；（3）小球速度最大时细线拉力的大小。
【分析】（1）根据动能定理列式得出AB 两点电势差的大小；（2）根据矢量合成的特点得出小球受到的合力，结合几何关系得出速度最大时细线与竖直方向的夹角；（3）根据动能定理得出小球的速度，结合牛顿第二定律得出细线的拉力。
【解答】解：（1）由小球由A 点到B 点过程，根据动能定理得：(1cos30)0AB qU mgl ++︒=解得：2AB U q=-（2）由UE d=得匀强电场强度的大小为：3mg E q=小球所受的合力大小为：F ==合合力方向tan qE mg θ=故30θ=︒小球由A 点到B 点过程在与竖直方向夹角30θ=︒为时速度最大；（3）当小球运动到与竖直方向夹角30θ=︒为时速度最大，设此时速度为v ，根据动能定理得：()211602F l cos mv ⋅-︒=合得最大速度v =根据牛顿第二定律得2T v F F ml-=合得速度最大时细线拉力大小T F =答：（1）匀强电场AB 两点间的电势差AB U ；（2）小球由A 点到B 点过程速度最大时细线与竖直方向的夹角θ的大小为30︒；（3）小球速度最大时细线拉力的大小为3。
高考物理电磁学计算题模拟题(二十二)含答案与解析
高考物理电磁学计算题(二十二)含答案与解析评卷人得分一．计算题（共40小题）1．两相距L＝1m，电阻不计的光滑金属导轨在同一水平面内平行放置，导轨x≥0的一侧存在竖直向上的磁场，磁感应强度沿+x方向均匀增大，表达式为B＝0.5+0.5x（T），导轨左侧连接电路如图所示，定值电阻R1＝R3＝8Ω，R2＝4Ω，平行板电容器水平放置，板间距离为d＝0.12m，内有一个质量m＝1.0×10﹣14kg、电荷量q＝1.0×10﹣15C的微粒。
一根金属棒ab垂直导轨放置，金属棒在水平外力作用下从x＝0处沿导轨OP、MN向右做直线运动，运动过程中产生的感应电动势恒定。
在开关S断开时，微粒处于静止状态，在开关S闭合时微粒以加速度a＝6m/s2匀加速下落，取g＝10m/s2，求：（1）金属棒的有效电阻和运动时产生的感应电动势大小；（2）金属棒在x＝3m处速度的大小；（3）开关S闭合时，在金属棒从x＝0运动到x＝3m过程中，克服安培力做的功。
2．如图甲所示，固定轨道由倾角θ＝37°的斜导轨与水平导轨用极短的圆弧导轨平滑连接而成，轨道所在空间存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B＝0.2T的匀强磁场，两导轨间距为L＝0.5m，上端用阻值为R＝0.5Ω的电阻连接。
在沿斜导轨向下的拉力（图中未画出）作用下，一质量为m＝0.5kg，电阻也为R的金属杆MN从斜导轨上某一高度处由静止开始（t＝0）沿光滑的斜导轨匀加速下滑，当杆MN滑至斜轨道的最底端P2Q2处时撤去拉力，杆MN在粗糙的水平导轨上减速运动直至停止，其速率v随时间t的变化关系如图乙所示（其中v m＝20m/s和t0＝2s为已知）。
杆MN始终垂直于导轨并与导轨保持良好接触，水平导轨和杆MN动摩擦因数为μ＝0.1．求：（1）杆MN中通过的最大感应电流I m；（2）杆MN沿斜导轨下滑的过程中，通过电阻R的电荷量q；（3）撤去拉力后，若R上产生的热量为Q＝20J，求杆MN在水平导轨上运动的路程s。
高考物理模拟专题电磁学计算题(三十五)含答案与解析
高考物理电磁学计算题(三十五)含答案与解析评卷人得分一．计算题（共40小题）1．如图所示，在MN的上方有水平向外的足够大的匀强磁场，在MN和PQ间有竖直向上的匀强电场，场强大小为E，电场宽度为d。
一个质量为m、电荷量为q的带正电的粒子（重力不计），从PQ连线上A点由静止释放，粒子经过一段时间后第一次回到PQ连线上的C点，且AC间的距离为d，若该粒子以初速度v0从PQ连线上A点水平向右进入电场，粒子第一次回到PQ连线上A点水平向右进入电场，粒子第一次回到PQ连线上时经过D点，求：（1）磁场感应强度的大小；（2）A、D间的距离。
2．如图所示，平面直角坐标系xoy的第二、三象限内有方向沿y轴正向的匀强电场，第一、四象限内有圆形有界磁场，有界磁场的半径为当L，磁扬场的方向垂直于坐标平面向里，磁场边界与y轴相切于O点，在x轴上坐标为（﹣L，0）的P点沿与x轴正向成θ＝45°方向射出一个速度大小为v0的带电粒子，粒子的质量为m，电荷量为q，粒子经电场偏转垂直y轴射出电场，粒子进人磁场后经磁场偏转以沿y轴负方向的速度射出磁场，不计粒子的重力。
求：（1）粒子从y轴上射出电场的位置坐标；（2）匀强电场电场强度大小及匀强磁场的磁感应强度大小；（3）粒子从P点射出到出磁场运动的时间为多少？3．如图所示，以O为圆心，半径为R的圆内只存在辐射状电场，电势差为U．在半径为R 到3R的圆环区域内只存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B．现有粒子源发射器放置在O处，向外发射初速度为v0，质量为m，电荷量为+q的粒子甲进入电场加速，经t0时间从A处进入磁场。
（1）求粒子甲进入磁场时速度的大小v1；（2）当粒子甲进入磁场时，粒子源发射器开始转动，发射方向转过α角（α＜π）时再次发射同种粒子乙，恰能与粒子甲以最大速度对面相碰。
求粒子源发射方向转过角α的时间t1；（3）撤除加速电场，并将粒子发射源移到图中A处，向各个方向发射初速度为v0的粒子。
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高考物理模拟电磁学计算题（三十九）一．计算题（共40小题）1．如图，两金属杆ab、cd的长度均为L＝1m，电阻分别为R ab＝0.2Ω、R cd＝0.8Ω，质量分别为m ab＝0.5kg、m cd＝0.2kg，用两根质量及电阻均可忽略且不可伸长的柔软导线将两杆连接成闭合回路，悬挂在水平光滑绝缘圆棒两侧，两金属杆都保持水平，整个装置处在与回路平面垂直的匀强磁场中，匀强磁场磁感应强度B＝0.5T，重力加速度g＝10m/s2．释放两金属杆，经过一段时间后，金属杆以b匀速下落，不计导体棒间的安培力，求：（1）金属杆ab匀速下落时，导线上的拉力大小；（2）金属杆ab匀速下落的速度。
2．某研究小组设计了如图所示的双立柱形粒子加速器，整个装置处于真空中。
已知两个立柱底面均为边长为d的正方形，各棱均分别和某一坐标轴平行。
立柱1下底面中心坐标为（，，0），立柱2下底面中心坐标为（，，0），它们的上底面均位于z＝10d 的平面内。
两个立柱上、下底面间的电压大小均为U，立柱1内存在着沿z轴正方向的匀强电场，立柱2内存在着沿z轴负方向的匀强电场，两立柱外电场均被屏蔽。
在z＞10d 和z＜0的空间内存在着沿x轴正方向的两个匀强磁场，其磁感应强度分别是B1和B2（均未知）。
现有大量的带正电的粒子从立柱1底面各处由静止出发，经过立柱1、2加速后能全部回到立柱1的下底面。
若粒子在经过z＝0和z＝10d两个平面时，仅能自由进出两立柱的底面（经过其它位置均会被吸收）；该粒子质量为m、电荷量为q，不计粒子重力及粒子间的相互作用力。
求：（1）粒子经过立柱2下底面时的动能E k；（2）磁感应强度B1和B2的大小；（3）若两立柱上、下底面间电压的大小可调且在粒子运动过程中保持同一定值；两个磁场仅方向可变且保持与z轴垂直。
求从立柱1下底面出发的粒子再次回到立柱1下底面的最短时间t。
3．如图所示，有一对平行金属板，板间加有恒定电压，两板间有匀强磁场，磁感应强度大小为B0、方向垂直于纸面向里。
金属板右下方以MN、PQ为上、下边界，以MP为左边界的区域内，存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁场宽度为d，MN与下极板等高。
MP与金属板右端在同一竖直线上。
一电荷量为q、质量为m的正离子，以初速度V0沿平行于金属板面、垂直于板间磁场的方向从A点射入金属板间，不计离子的重力。
（1）已知离子恰好做匀速直线运动，求金属板间电场强度的大小；（2）若撤去板间磁场B0，离子恰好从下极板的右侧边缘射出电场，方向与水平方向成30°角，求A点离下极板的高度；（3）在（2）的情形中，为了使离子进入磁场运动后从边界MP的P点射出，磁场的磁感应强度B应为多大？4．一列简谐横波沿x轴传播，图甲为t＝4s时的波形图，P、Q是介质中的两个质点。
图乙为质点P的振动图象，求：（i）波的传播方向和波速的大小；（ii）质点Q平衡位置的坐标。
5．简谐横波沿x轴正向传播，依次经过x轴上相距d＝10m的两质点P和Q，它们的振动图象分别如图甲和图乙所示，则：①t＝0.2s时质点P的振动方向；②这列波的最大传播速度。
6．如图所示，两根互相平行的金属导轨MN、PQ水平放置，相距d＝1m、且足够长、不计电阻。
AC、BD区域光滑，其它区域粗糙且动摩擦因数μ＝0.2，并在AB的左侧和CD 的右侧存在着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B＝2T．在导轨中央放置着两根质量均为m＝1kg，电阻均为R＝2Ω的金属棒a、b，用一锁定装置将一弹簧压缩在金属棒a、b 之间（弹簧与a、b不栓连），此时弹簧具有的弹性势能E＝9J．现解除锁定，当弹簧恢复原长时，a、b棒刚好进入磁场，且b棒向右运动x＝0.8m后停止，g取10m/s2，求：（1）a、b棒刚进入磁场时的速度大小；（2）金属棒b刚进入磁场时的加速度大小（3）整个运动过程中电路中产生的焦耳热。
7．如图所示的竖直平面内有范围足够大、水平向左的匀强电场，在虚线的左侧有垂直纸面向里的水平的匀强磁场，磁感强度大小为B，一绝缘轨道由两段直杆和一半径为R的半圆环组成，固定在纸面所在的竖直平面内，PQ、MN水平且足够长，半圆环MAP在磁场边界左侧，P、M点在磁场边界线上，NMAP段光滑，PQ段粗糙。
现在有一质量为m、带电荷量为+q的小环套在MN杆上，它所受电场力为重力的倍。
现将小环从M点右侧的D点由静止释放，D点到M点的水平距离x0＝．求：（1）小环第一次到达圆弧轨道最高点P时的速度大小；（2）小环第一次通过与O等高的A点时半圆环对小环作用力的大小；（3）若小环与PQ间动摩擦因数为μ（设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等），现将小环移至M点右侧4R处由静止开始释放，通过讨论，求出小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功。
8．从M、N两点产生的两列简谐横波在同一介质中分别沿x轴向正方向和负方向传播，振幅均为A＝20cm。
t＝0时两列波刚好都传播到坐标原点，波的图象如图所示，x＝1m的质点P的位移为10cm，再经△t＝0.01s坐标原点的位移第一次变为40cm，求（1）波的传播速度和波源的振动频率。
（2）之后M、N两点之间所有振动减弱点的位置坐标。
9．如图所示，无限长的光滑绝缘斜面倾角为θ，在斜面底端固定一个质量为m，带正电电量为q的小滑块P．整个装置处在正交的匀强电场和匀强磁场（图中未画出电场和磁场）中，电场方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里。
若在t＝0时刻突然解除对P的固定，经过一段时间t撤去电场，又经过2t的时间小滑块滑回到斜面底端，求：（1）匀强电场的场强大小；（2）匀强磁场磁感应强度的最大值不能超过多少？10．如图，有小孔O和O′的两金属板正对并水平放置，分别与平行金属导轨连接，Ⅰ、Ⅱ区域有垂直导轨所在平面的匀强磁场。
金属杆ab与导轨垂直且接触良好，并一直向右匀速运动。
某时刻ab进入Ⅰ区域，同时一带正电小球从O孔竖直射入两板间。
ab在Ⅰ区域运动时，小球匀速下落；ab从Ⅰ区域右边界离开Ⅰ区域时，小球恰好从O′孔离开。
已知板间距为3d，导轨间距为L，Ⅰ、Ⅱ区域的磁感应强度大小相等、宽度均为d。
带电小球质量为m，电荷量为q，ab运动的速度为v0，重力加速度为g。
求：（1）磁感应强度的大小B；（2）把磁感应强度增大到B′，金属杆进入Ⅰ区域和小球射入两板间的初速度不变，发现小球从O′孔离开时的速度与其初速度相等，问B′多大？要实现这个过程，v0要满足什么条件？11．如图所示，绝缘斜面倾角为θ，虚线下方有方向垂直于斜面向上、磁感应强度为B的匀强磁场，虚线与斜面底边平行。
将质量为m，电阻为R，边长为l的正方形金属框abed 从斜面上由静止释放，释放时，cd边与磁场边界距离为x0，不计摩擦，重力加速度为g。
求：（1）金属框cd边进入磁场时，金属框中的电动势大小E；（2）金属框cd边进入磁场时的加速度大小a；（3）金属框进入磁场的整个过程中，通过金属框的电荷量q。
12．如图所示，空间中等间距分布着水平方向的3个条形匀强磁场，竖直方向磁场区域足够长，磁感应强度B＝1T，每一条形磁场区域的宽度及相邻条形磁场区域的间距为d＝0.5m，现有一边长l＝0.1m、质量m＝0.02kg、电阻R＝0.1Ω的单匝正方形线框MNOP，在水平恒力F＝0.3N作用下由静止开始从左侧磁场边缘水平进入磁场，在穿出第3个磁场区域中的水平方向上做匀速运动，运动过程中线框MN边始终平行于磁场边界，取g＝10m/s2，不计空气阻力。
求：（1）线框在刚好穿出第3个磁场区域时的水平分速度；（2）线框从开始进入磁场到刚好完全穿出第3个磁场区域所用的时间；（3）线框刚好完全穿出第3个磁场区域时的速度大小和速度方向与竖直方向夹角的正切值。
13．如图所示，将不计电阻的长导线弯折成P1P2P3，Q1Q2Q3形状，P1P2P3和Q1Q2Q3是相互平行且相距为d的光滑固定金属导轨。
P1P2、Q1Q2的倾角均为θ，P2P3、Q2Q3在同一水平面上，P1Q2⊥P2P3，整个轨道在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，质量为m电阻为R的金属杆CD从斜轨道上某处静止释放，然后沿水平导轨滑动一段距离后停下。
杆CD始终垂直导轨并与导轨保持良好接触，导轨和空气阻力均不计，重力加速度大小为g，轨道倾斜段和水平段都足够长，求：（1）杆CD到达到的最大速度大小多少？（2）杆CD在距P2Q2距离L处释放，滑到P2Q2处恰达最大速度，则沿倾斜导轨下滑的时间△t1及水平轨道上滑行的最大距离是多少？14．【加试题】如图所示，有两光滑平行金属导轨，MA、ND段用特殊材料包裹，绝缘不导电，导轨的间距l＝1m，左侧接电容器，右侧接R＝6Ω的电阻，ABCD区域、EFGH区域、MN左侧均存在垂直于平面，磁感应强度B＝1T的匀强磁场，ABCD区域、EFGH 区域宽度均为d＝2.4m，FG的右侧固定一轻质绝缘弹簧。
金属杆a、b的质量均为m＝0.1kg，电阻分别为r1＝3Ω、r2＝6Ω，金属杆a静止在MN左侧，金属杆b静止在BEHC区域，电容器的电容C＝0.1F，电容器充电完毕以后闭合电键S，经过一段时间金属杆a 获得恒定的速度滑入MA、ND，通过ABCD区域后与佥属杆b发生弹性碰撞，最后金属杆b压缩弹簧，弹簧形变量最大时弹簧被锁定（金属杆b静止），弹簧储存的弹性势能为0.2J，则求：（1）电容器上极板的电性（“正电”或“负电”）并说明理由；（2）金属杆b刚要离开EFGH区域磁场瞬间，受到的安培力大小；（3）从进入ABCD区域到锁定过程，金属杆a上产生的焦耳热；（4）电容器充电完毕后所带的电荷量。
15．如图甲为某小组研究电磁感应的实验装置示意图，金属导轨MCN与M′C′N′平行等间距固定放置，间距为L＝2m，CN与C′N′导轨水平放置，斜面导轨与水平面成夹角θ＝37°，在MM′间接电阻R＝6Ω，只在PQQ′P′与CDD′C′的长方形区间内存在均匀的按同样规律变化的磁场，磁场方向各自与导轨垂直，磁感应强度B按图乙所示规律变化，PQ＝CD＝d＝1.8m。
有一质量为m＝0.2kg，电阻r＝3Ω的导体棒在t＝0s时刻从QQ′处由静释放，释放处离斜面底端距离L0＝2m。
导体棒经过斜面导轨底端CC′进入磁场区CDD′C′（设导体棒经过CC′处无能量损失），导体棒通过CDD′C′磁场区，最后停在离DD′为x＝0.2m处的导轨上。
导体棒与导轨间的动摩擦因数均为＝μ＝0.25．不计导轨电阻，（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2）。
求：（1）导体棒经过CDD′C′磁场区的时间△t；（2）电路中产生的焦耳热Q。
16．如图甲为一列沿x轴传播的简谐横波在某时刻的波形图，P为平衡位置x＝17.5cm的质点。