2019高考物理真题-电磁学解答题及答案(8道题)

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟本文档由phys小王老师整理12019高考物理真题·电磁学综合题及答案（8道题）1．如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小为B．磁场中的水平绝缘薄板与磁场的左、右边界分别垂直相交于M、N，MN=L，粒子打到板上时会被反弹（碰撞时间极短），反弹前后水平分速度不变，竖直分速度大小不变、方向相反．质量为m、电荷量为-q的粒子速度一定，可以从左边界的不同位置水平射入磁场，在磁场中做圆周运动的半径为d，且dL，粒子重力不计，电荷量保持不变．（1）求粒子运动速度的大小v；（2）欲使粒子从磁场右边界射出，求入射点到M的最大距离dm；（3）从P点射入的粒子最终从Q点射出磁场，PM=d，QN=2d，求粒子从P到Q的运动时间t．【来源】江苏省2019年高考物理试题【答案】（1）qBdvm；（2）m232dd；（3）A.当312Lndd（）时，334π62LmtdqB（），B.当31+2Lndd（）时，334π62LmtdqB（）分析：（1）粒子在磁场中做匀速圆周运动由洛伦兹力提供向心力有：2vqvBmR，解得：mvRqB由题可得：Rd解得qBdvm；（2）如图所示，粒子碰撞后的运动轨迹恰好与磁场左边界相切由几何关系得dm=d（1+sin60°）2解得m232dd（3）粒子的运动周期2πmTqB设粒子最后一次碰撞到射出磁场的时间为t'，则(1,3,5,)4TtntnA.当312Lndd（）时，粒子斜向上射出磁场112tT解得334π62LmtdqB（）B.当31+2Lndd（）时，粒子斜向下射出磁场512tT解得334π62LmtdqB（）．2．空间存在一方向竖直向下的匀强电场，O、P是电场中的两点．从O点沿水平方向以不同速度先后发射两个质量均为m的小球A、B．A不带电，B的电荷量为q（q0）．A从O点发射时的速度大小为v0，到达P点所用时间为t；B从O点到达P点所用时间为2t．重力加速度为g，求（1）电场强度的大小；（2）B运动到P点时的动能．【来源】2019年全国统一高考物理试卷（新课标Ⅲ)【答案】（1）3mgEq；（2）222k0=2()Emvgt分析：（1）设电场强度的大小为E，小球B运动的加速度为a．根据牛顿定律、运动学公式和题给条件，有mg+qE=ma①2211()222tagt②解得3mgEq③（2）设B从O点发射时的速度为v1，到达P点时的动能为Ek，O、P两点的高度差为h，根据动能定理有2k112EmvmghqEh④且有102tvvt⑤212hgt⑥书山有路勤为径，学海无涯苦作舟本文档由phys小王老师整理3联立③④⑤⑥式得222k0=2()Emvgt⑦3．如图所示，匀强磁场中有一个用软导线制成的单匝闭合线圈，线圈平面与磁场垂直．已知线圈的面积S=0.3m2、电阻R=0.6Ω，磁场的磁感应强度B=0.2T.现同时向两侧拉动线圈，线圈的两边在Δt=0.5s时间内合到一起．求线圈在上述过程中（1）感应电动势的平均值E；（2）感应电流的平均值I，并在图中标出电流方向；（3）通过导线横截面的电荷量q．【来源】江苏省2019年高考物理试题【答案】（1）E=0.12V；（2）I=0.2A（电流方向见图）；（3）q=0.1C分析：（1）由法拉第电磁感应定律有：感应电动势的平均值Et磁通量的变化BS解得：BSEt代入数据得：E=0.12V；（2）由闭合电路欧姆定律可得：平均电流EIR代入数据得I=0.2A由楞次定律可得，感应电流方向如图：（3）由电流的定义式qIt可得：电荷量q=I∆t代入数据得q=0.1C。44．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，ad边与磁场边界平行．从ad边刚进入磁场直至bc边刚要进入的过程中，线框在向左的拉力作用下以速度v匀速运动，求：（1）感应电动势的大小E；（2）拉力做功的功率P；（3）ab边产生的焦耳热Q．【来源】2019年北京市高考物理试卷【答案】(1)EBLv；(2)222BLvPR；(3)234BLvQR分析：由导体棒切割磁感线产生电动势综合闭合电路欧姆定律和2QIRt解题．(1)从ad边刚进入磁场到bc边刚要进入的过程中，只有ad边切割磁感线，所以产生的感应电动势为：EBLv；(2)线框进入过程中线框中的电流为：EIRad边安培力为：AFBIL由于线框匀速运动，所以有拉力与安培力大小相等，方向相反，即AFF所以拉力的功率为：APFvFv联立以上各式解得：222BLvPR；(3)线框进入过程中线框中的电流为：EIR进入所用的时间为：Ltvad边的电阻为：4adRR焦耳热为：2adQIRt联立解得：234BLvQR．书山有路勤为径，学海无涯苦作舟本文档由phys小王老师整理55．如图所示，固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨，垂直于导轨放置的两根金属棒MN和PQ长度也为l、电阻均为R，两棒与导轨始终接触良好．MN两端通过开关S与电阻为R的单匝金属线圈相连，线圈内存在竖直向下均匀增加的磁场，磁通量变化率为常量k．图中虚线右侧有垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B．PQ的质量为m，金属导轨足够长，电阻忽略不计．（1）闭合S，若使PQ保持静止，需在其上加多大的水平恒力F，并指出其方向；（2）断开S，PQ在上述恒力作用下，由静止开始到速度大小为的加速过程中流过PQ的电荷量为q，求该过程安培力做的功W．【来源】2019年天津市高考物理试卷【答案】（1）3BklFR，方向水平向右；（2）21223Wmkq分析：（1）设线圈中的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律Et，则Ek①设PQ与MN并联的电阻为R并，有2RR并②闭合S时，设线圈中的电流为I，根据闭合电路欧姆定律得EIRR并③设PQ中的电流为PQI，有12RQII④设PQ受到的安培力为F安，有PQFBIl安⑤保持PQ静止，由受力平衡，有ⅠⅡⅢⅣ6FF安⑥联立①②③④⑤⑥式得3BklFR⑦方向水平向右．（2）设PQ由静止开始到速度大小为的加速过程中，PQ运动的位移为x，所用时间为t，回路中的磁通量变化为，平均感应电动势为E，有Et⑧其中Blx⑨设PQ中的平均电流为I，有2EIR⑩根据电流的定义得qIt⑪由动能定理，有2102FxWm⑫联立⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬式得21223Wmkq⑬6．如图，两金属板P、Q水平放置，间距为d．两金属板正中间有一水平放置的金属网G，PQG的尺寸相同．G接地，PQ的电势均为（0）．质量为m，电荷量为q（q0）的粒子自G的左端上方距离G为h的位置，以速度v0平行于纸面水平射入电场，重力忽略不计．（1）求粒子第一次穿过G时的动能，以及她从射入电场至此时在水平方向上的位移大小；（2）若粒子恰好从G的下方距离G也为h的位置离开电场，则金属板的长度最短应为多少？书山有路勤为径，学海无涯苦作舟本文档由phys小王老师整理7【来源】2019年全国统一高考物理试卷（新课标Ⅱ)【答案】（1）2k012=2Emvqhd；0mdhlvq（2）0=22mdhLlvq分析：解：（1）PG、QG间场强大小相等，均为E，粒子在PG间所受电场力F的方向竖直向下，设粒子的加速度大小为a，有2Ed①F=qE=ma②设粒子第一次到达G时动能为Ek，由动能定理有2k012qEhEmv③设粒子第一次到达G时所用时间为t，粒子在水平方向的位移为l，则有212hat④l=v0t⑤联立①②③④⑤式解得2k012=2Emvqhd⑥0mdhlvq⑦（2）设粒子穿过G一次就从电场的右侧飞出，则金属板的长度最短，由对称性知，此时金属板的长度L为0=22mdhLlvq⑧7．2018年，人类历史上第一架由离子引擎推动的飞机诞生，这种引擎不需要燃料，也无污染物排放．引擎获得推力的原理如图所示，进入电离室的气体被电离成正离子，而后飘入电极A、B之间的匀强电场（初速度忽略不计），A、B间电压为U，使正离子加速形成离子束，在加速过程中引擎获得恒定的推力．单位时间内飘入的正离子数目为定值，离子质量为m，电荷量为Ze，其中Z是正整数，e是元电荷．（1）若引擎获得的推力为1F，求单位时间内飘入A、B间的正离子数目N为多少；（2）加速正离子束所消耗的功率P不同时，引擎获得的推力F也不同，试推导FP的表达式；（3）为提高能量的转换效率，要使FP尽量大，请提出增大FP的三条建议．【来源】2019年天津市高考物理试卷8【答案】（1）12FNZemU（2）2FmPZeU（3）用质量大的离子；用带电量少的离子；减小加速电压．分析：（1）设正离子经过电极B时的速度为，根据动能定理，有2102ZeUm①设正离子束所受的电场力为1F，根据牛顿第三定律，有11FF②设引擎在t时间内飘入电极间的正离子个数为N，由牛顿第二定律，有10FNmt③联立①②③式，且NNt得12FNZemU④（2）设正离子束所受的电场力为F，由正离子束在电场中做匀加速直线运动，有12PF⑤考虑到牛顿第三定律得到FF，联立①⑤式得2FmPZeU⑥（3）为使FP尽量大，分析⑥式得到三条建议：用质量大的离子；用带电量少的离子；减小加速电压．8．如图，在直角三角形OPN区域内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外．一带正电的粒子从静止开始经电压U加速后，沿平行于x轴的方向射入磁场；一段时间后，该粒子在OP边上某点以垂直于x轴的方向射出．已知O点为坐标原点，N点在y轴上，OP与x轴的夹角为30°，粒子进入磁场的入射点与离开磁场的出射点之间的距离为d，不计重力．求（1）带电粒子的比荷；（2）带电粒子从射入磁场到运动至x轴的时间．书山有路勤为径，学海无涯苦作舟【来源】2019年全国统一高考物理试卷（新课标I)【答案】（1）224UdB（2）23812dBU或23423BdU分析：（1）粒子从静止被加速的过程，根据动能定理得：2012qUmv，解得：02qUvm根据题意，下图为粒子的运动轨迹，由几何关系可知，该粒子在磁场中运动的轨迹半径为：22rd粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，即：200vqvBmr联立方程得：224qUmdB（2）根据题意，粒子在磁场中运动的轨迹为四分之一圆周，长度112=244Srd粒子射出磁场后到运动至x轴，运动的轨迹长度26tan306Srd粒子从射入磁场到运动至x轴过程中，一直匀速率运动，则120SStv解得：23812dBtU或23423BdtU