專題24-電磁驅(qū)動(dòng)模型-高考物理電磁感應(yīng)常用模型(原卷版)

高考物理《電磁感應(yīng)》常用模型最新模擬題精練專題24.電磁驅(qū)動(dòng)模型一．選擇題1.（2022北京朝陽(yáng)二模）1824年，法國(guó)科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤實(shí)驗(yàn)”。實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖所示。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤在磁針的磁場(chǎng)中繞過(guò)圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，但略有滯后。下列說(shuō)法正確的是（）

A.磁針的磁場(chǎng)使圓盤磁化，圓盤產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)B.圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)C.在圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，磁針的磁場(chǎng)穿過(guò)整個(gè)圓盤的磁通量發(fā)生了變化D.圓盤中的自由電子隨圓盤一起運(yùn)動(dòng)形成電流，此電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng)2、（2021云南昆明重點(diǎn)高中期中）下列四幅演示實(shí)驗(yàn)圖中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能正確表述實(shí)驗(yàn)結(jié)論的是（）A.圖甲用磁鐵靠近輕質(zhì)閉合鋁環(huán)A，A會(huì)靠近磁鐵B.圖乙斷開開關(guān)S，觸點(diǎn)C不立即斷開C.圖丙閉合開關(guān)S時(shí)，電流表有示數(shù)，斷開開關(guān)S時(shí)，電流表沒有示數(shù)D.圖丁銅盤靠慣性轉(zhuǎn)動(dòng)，手持磁鐵靠近銅盤，銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)加快3．(9分)在水平面上放置兩個(gè)完全相同的帶中心軸的金屬圓盤，它們彼此用導(dǎo)線把中心軸和對(duì)方圓盤的邊緣相連接，組成電路如圖所示，一勻強(qiáng)磁場(chǎng)穿過(guò)兩圓盤垂直向外，若不計(jì)一切摩擦，當(dāng)a盤在外力作用下做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤b()A.沿與a盤相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)B．沿與a盤相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)C．轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度一定大于a盤的角速度D．轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度可能等于a盤的角速度4.（2020年5月青島二模）如圖，物理老師做了一個(gè)奇妙的跳環(huán)實(shí)驗(yàn)：他把一個(gè)帶鐵芯的線圈L、開關(guān)S和電源用導(dǎo)線連接起來(lái)后，將一金屬套環(huán)置于線圈L上，使鐵芯穿過(guò)套環(huán)，閉合開關(guān)S的瞬間，套環(huán)立刻跳起；某同學(xué)另找來(lái)器材再做此實(shí)驗(yàn)，他連接好電路，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)線圈上的套環(huán)沒有動(dòng)。對(duì)比老師做的實(shí)驗(yàn)，下列四個(gè)選項(xiàng)中，導(dǎo)致套環(huán)沒有動(dòng)的原因可能是A．線圈接在了直流電源上B．電源的輸出電壓過(guò)高C．所選線圈的匝數(shù)過(guò)多D．所用套環(huán)的材料與老師的不同5．（2020江蘇高考仿真模擬2）如圖所示，讓一鋁制圓盤靠近U形磁鐵的兩級(jí)，但不接觸，且磁鐵的中心軸線與圓盤的中心在同一豎直線上?，F(xiàn)讓磁鐵按照?qǐng)D示的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則下列說(shuō)法正確的是（）圖A．磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤內(nèi)磁通量發(fā)生了變化圖B．圓盤內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)C．圓盤跟隨磁鐵一起同步轉(zhuǎn)動(dòng)D．圓盤跟隨磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)的原因是內(nèi)部產(chǎn)生的渦流引起的6航母上飛機(jī)彈射起飛是利用電磁驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電磁驅(qū)動(dòng)原理如圖14所示，當(dāng)固定線圈上突然通過(guò)直流電流時(shí)，線圈端點(diǎn)的金屬環(huán)被彈射出去?，F(xiàn)在固定線圈左側(cè)同一位置，先后放有分別用橫截面積相等的銅和鋁導(dǎo)線制成形狀、大小相同的兩個(gè)閉合環(huán)，且電阻率ρ銅<ρ鋁。閉合開關(guān)S的瞬間()A.從左側(cè)看環(huán)中感應(yīng)電流沿順時(shí)針?lè)较駼.銅環(huán)受到的安培力大于鋁環(huán)受到的安培力C.若將環(huán)放置在線圈右方，環(huán)將向左運(yùn)動(dòng)D.電池正負(fù)極調(diào)換后，金屬環(huán)不能向左彈射7.（2021南京期末）電磁泵在目前的生產(chǎn)、科技中得到了廣泛應(yīng)用.如圖所示，泵體是一個(gè)長(zhǎng)方體，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)1，兩側(cè)端面是邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2的正方形；流經(jīng)泵體內(nèi)的液體密度為，在泵頭通入導(dǎo)電劑后液體的電導(dǎo)率為（電阻率的倒數(shù)），泵體所在處有方向垂直向外的磁場(chǎng)B，把泵體的上下兩表面接在電壓為U（內(nèi)阻不計(jì)）的電源上.則A．泵體上表面應(yīng)接電源負(fù)極B．通過(guò)泵體的電流I=UL2C．僅將磁場(chǎng)方向反向，電磁泵仍能正常工作D．增大液體的電導(dǎo)率可獲得更大的抽液高度8.（2020成都調(diào)研）如圖，等離子體以平行兩極板向右的速度v=100m/s進(jìn)入兩極板之間，平行極板間有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.5T、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩極板間的距離為10cm，兩極板間等離子體的電阻r=1Ω。小波同學(xué)在玻璃皿的中心放一個(gè)圓柱形電極接電路中B點(diǎn)，沿邊緣放一個(gè)圓環(huán)形電極接電路中A點(diǎn)后完成“旋轉(zhuǎn)的液體”實(shí)驗(yàn)。若蹄形磁鐵兩極間正對(duì)部分的磁場(chǎng)視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，上半部分為S極，R0=2.0Ω，閉合開關(guān)后，當(dāng)液體穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)時(shí)電壓表（視為理想電壓表）的示數(shù)恒為2.0V，則A.玻璃皿中的電流方向由中心流向邊緣B.由上往下看，液體做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)C.通過(guò)R0的電流為1.5AD.閉合開關(guān)后，R0的熱功率為2W9.（2020高考模擬示范卷3）某興趣小組制作了一個(gè)簡(jiǎn)易的“轉(zhuǎn)動(dòng)裝置”，如圖甲所示，在干電池的負(fù)極吸上一塊圓柱形強(qiáng)磁鐵，然后將一金屬導(dǎo)線折成頂端有一支點(diǎn)、底端開口的導(dǎo)線框，并使導(dǎo)線框的支點(diǎn)與電源正極、底端與磁鐵均良好接觸但不固定，圖乙是該裝置的示意圖。若線框逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(俯視)，下列說(shuō)法正確的是A.線框轉(zhuǎn)動(dòng)是因?yàn)榘l(fā)生了電磁感應(yīng)B.磁鐵導(dǎo)電，且與電池負(fù)極接觸的一端是S極C.若將磁鐵的兩極對(duì)調(diào)，則線框轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變D.線框轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定時(shí)的電流比開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的大二、計(jì)算題和論述題1．（10分）（2020北京海淀第二學(xué)期期末）功是物理學(xué)中非常重要的概念，通過(guò)做功的過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化。（1）一直流電動(dòng)機(jī)，線圈電阻R=2.0Ω，當(dāng)它兩端所加的電壓U=24V時(shí)，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，測(cè)得通過(guò)其電流I=0.50A。求此工作狀態(tài)下，這臺(tái)電動(dòng)機(jī)每分鐘所做的機(jī)械功W機(jī)。（2）在電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過(guò)程就是電流做功的過(guò)程，電流做功的過(guò)程本質(zhì)上是導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)的電場(chǎng)力對(duì)定向移動(dòng)的自由電荷做功的過(guò)程。由同種材料制成的很長(zhǎng)的圓柱形實(shí)心金屬導(dǎo)體，在其上選取長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體做為研究對(duì)象，如圖20所示，當(dāng)其兩端的電勢(shì)差恒為U時(shí)，形成的恒定電流的大小為I。設(shè)導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng)，自由電子的電荷量為e，它們定向移動(dòng)的速率恒定且均相同。圖圖20LUAB①求恒定電場(chǎng)對(duì)每個(gè)自由電子作用力的大小F；②在任意時(shí)間t內(nèi)，恒定電場(chǎng)的電場(chǎng)力對(duì)這段導(dǎo)體內(nèi)的所有自由電子做的總功為W，請(qǐng)從功的定義式出發(fā)，推導(dǎo)W=UIt。已知對(duì)于橫截面積為S的均勻?qū)w，其單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，自由電子定向移動(dòng)的速率均為v，則通過(guò)導(dǎo)體的恒定電流I=neSv。SSE0B0NMSMNB圖21（3）如圖21所示為簡(jiǎn)化的直流電動(dòng)機(jī)模型，固定于水平面的兩根相距為L(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌，處于豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在兩導(dǎo)軌的左端通過(guò)開關(guān)連接電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電源。導(dǎo)體棒MN放置在導(dǎo)軌上，其與導(dǎo)軌接觸的兩點(diǎn)之間的電阻為R，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的阻力恒定且不為0。閉合開關(guān)S后，導(dǎo)體棒由靜止開始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中切割磁感線產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)總要削弱電源電動(dòng)勢(shì)的作用，我們把這個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為反電動(dòng)勢(shì)E反，此時(shí)閉合回路的電流大小可用來(lái)計(jì)算，式中R總為閉合電路的總電阻。若空氣阻力和導(dǎo)軌電阻均可忽略不計(jì)，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)所能達(dá)到的最大速度大小為v。求達(dá)到最大速度后經(jīng)過(guò)時(shí)間t導(dǎo)體棒克服阻力做的功W。2.(20分）(2021鄭州三模)航空母艦作為大國(guó)重器，其形成有效戰(zhàn)力的重要標(biāo)志之一是其攜帶的艦載機(jī)形成戰(zhàn)斗力。質(zhì)量為m的艦載機(jī)模型，在水平跑道上由靜止勻加速起飛，假定起飛過(guò)程中受到的平均阻力恒為艦載機(jī)所受重力的k倍，發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力恒為F,離開地面起飛時(shí)的速度為v,重力加速度為g.求：（1)艦載機(jī)模型的起飛距離（離開地面前的運(yùn)動(dòng)距離）以及起飛過(guò)程中平均阻力的沖量；（2)若艦載機(jī)起飛利用電磁彈射技術(shù)將大大縮短起飛距離。圖甲為電磁彈射裝置的原理簡(jiǎn)化示意圖，與飛機(jī)連接的金屬塊（圖中未畫出）可以沿兩根相互靠近且平行的導(dǎo)軌無(wú)摩擦滑動(dòng)。使用前先給電容為C的大容量電容器充電，彈射飛機(jī)時(shí)，電容器釋放儲(chǔ)存電能所產(chǎn)生的強(qiáng)大電流從一根導(dǎo)軌流人，經(jīng)過(guò)金屬塊，再?gòu)牧硪桓鶎?dǎo)軌流出；導(dǎo)軌中的強(qiáng)大電流形成的磁場(chǎng)使金屬塊受到磁場(chǎng)力而加速，從而推動(dòng)艦載機(jī)起飛。①在圖乙中畫出電源向電容器充電過(guò)程中電容器兩極板間電壓u與極板上所帶電荷量q的圖像，在此基礎(chǔ)上求電容器充電電壓為U0時(shí)儲(chǔ)存的電能；②當(dāng)電容器充電電壓為Um時(shí)彈射上述艦載機(jī)模型，在電磁彈射裝置與艦載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)工作的情況下，可使起飛距離縮短為x.若金屬塊推動(dòng)艦載機(jī)所做的功與電容器釋放電能的比值為η,艦載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力F及受到的平均阻力不變。求完成此次彈射后電容器剩余的電能。3.（2021湖南張家界期末）21．（1）求金屬桿到達(dá)AB處時(shí)速度v的大?。唬?）為精確供彈，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；（3）若將開關(guān)撥向S2,再將彈體由靜止釋放，試分析在傾斜軌道上下滑的過(guò)程中導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)情況，定性畫出v-t圖象，并寫出必要的分析和推理過(guò)程（此問(wèn)要求用題中字母符號(hào)表示）。4（18分）（2020天津和平區(qū)質(zhì)檢）電磁炮是利用電磁力對(duì)彈體加速的新型武器，具有速度快，效率高等優(yōu)點(diǎn)。其原理結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為如圖甲所示的模型：兩根無(wú)限長(zhǎng)、光滑的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在水平面內(nèi)，相距為L(zhǎng)，“電磁炮”彈體為質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab，垂直于MN、PQ放在軌道上，與軌道接觸良好，彈體在軌道間的電阻為R，整個(gè)裝置處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，“電磁炮”電源的電壓能自行調(diào)節(jié)，用以保證“電磁炮”在軌道上做勻加速運(yùn)動(dòng)最終發(fā)射出去，其中可控電源的內(nèi)阻為r