專題24 線框類進出磁場問題——歷年高考物理真題精選之黃金30題（原卷版）

1、歷年高考物理真題精選之黃金30題專題24 線框類進出磁場問題一、單選題1（2008·全國·高考真題）如圖，一個邊長為l的正方形虛線框內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強磁場；一個邊長也為l的正方形導(dǎo)線框所在平面與磁場方向垂直；虛線框?qū)蔷€ab與導(dǎo)線框的一條邊垂直，ba的延長線平分導(dǎo)線框在t=0時，使導(dǎo)線框從圖示位置開始以恒定速度沿ab方向移動，直到整個導(dǎo)線框離開磁場區(qū)域以i表示導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的強度，取逆時針方向為正下列表示i-t關(guān)系的圖示中，可能正確的是ABCD2（2013·天津·高考真題）如圖所示，紙面內(nèi)有一矩形導(dǎo)體閉合線框abcd，ab邊長大于bc邊長，置于垂

2、直紙面向里、邊界為MN的勻強磁場外，線框兩次勻速地完全進入磁場，兩次速度大小相同，方向均垂直于MN第一次ab邊平行MN進入磁場，線框上產(chǎn)生的熱量為Q1，通過線框?qū)w橫截面積的電荷量為q1；第二次bc邊平行于MN進入磁場，線框上產(chǎn)生的熱量為Q2，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q2，則（ ）AQ1Q2，q1=q2BQ1Q2，q1q2CQ1=Q2，q1=q2DQ1=Q2，q1q23（2011·安徽·高考真題）如圖所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B電阻為R、半徑為L、圓心角為45°的扇形閉合導(dǎo)線框繞垂直于紙面的O軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動（O軸位于磁場邊界）則線框內(nèi)

3、產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值為ABCD4（2013·全國·高考真題）如圖，在水平面（紙面）內(nèi)有三根相同的均勻金屬棒ab、ac和MN，其中ab、ac在a點接觸，構(gòu)成“V”字型導(dǎo)軌空間存在垂直于紙面的均勻磁場用力使MN向右勻速運動，從圖示位置開始計時，運動中MN始終與bac的平分線垂直且和導(dǎo)軌保持良好接觸下列關(guān)于回路中電流i與時間t的關(guān)系圖線可能正確的是ABCD5（2009·寧夏·高考真題）如圖所示，一導(dǎo)體圓環(huán)位于紙面內(nèi)，O為圓心環(huán)內(nèi)兩個圓心角為90°的扇形區(qū)域內(nèi)分別有勻強磁場，兩磁場磁感應(yīng)強度的大小相等，方向相反且均與紙面垂直導(dǎo)體桿OM可繞O轉(zhuǎn)動，M端

4、通過滑動觸點與圓環(huán)良好接觸在圓心和圓環(huán)間連有電阻R.桿OM以勻角速度逆時針轉(zhuǎn)動，t0時恰好在圖示位置規(guī)定從a到b流經(jīng)電阻R的電流方向為正，圓環(huán)和導(dǎo)體桿的電阻忽略不計，則桿從t0開始轉(zhuǎn)動一周的過程中，電流隨t變化的圖像是（）A B C D6（2011·海南·高考真題）如圖，EOF和EOF為空間一勻強磁場的邊界，其中EOEO，F(xiàn)OFO，且EOOF；OO為EOF的角平分線，OO間的距離為L；磁場方向垂直于紙面向里一邊長為L的正方形導(dǎo)線框沿OO方向勻速通過磁場，t=0時刻恰好位于圖示位置規(guī)定導(dǎo)線框中感應(yīng)電流沿逆時針方向時為正，則感應(yīng)電流i與時間t的關(guān)系圖線可能正確的是（ ）ABCD

5、7（2007·山東·高考真題）用相同導(dǎo)線繞制的邊長為L或2L的四個閉合導(dǎo)線框，以相同的速度勻速進入右側(cè)勻強磁場，如圖所示在每個線框進入磁場的過程中，M、N兩點間的電壓分別為Ua、Ub、Uc和Ud.下列判斷正確的是（）AUaUbUcUdBUbUaUdUcCUaUbUcUdDUaUbUdUc8（2010·安徽·高考真題）如圖所示，水平地面上方矩形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場，兩個邊長相等的單匝閉合正方形線圈和，分別用相同材料，不同粗細的導(dǎo)線繞制（為細導(dǎo)線）兩線圈在距磁場上界面高處由靜止開始自由下落，再進入磁場，最后落到地面運動過程中，線圈平面始終保持在豎

6、直平面內(nèi)且下邊緣平行于磁場上邊界設(shè)線圈、落地時的速度大小分別為、，在磁場中運動時產(chǎn)生的熱量分別為、不計空氣阻力，則ABCD9（2012·重慶·高考真題）如題圖所示，正方形區(qū)域MNPQ內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場，在外力作用下，一正方形閉合剛性導(dǎo)線框沿QN方向勻速運動，t=0時刻，其四個頂點M´、N´、P´、Q´恰好在磁場邊界中點，下列圖像中能反映線框所受安培力F的大小隨時間t變化規(guī)律的是（ ）ABCD二、多選題10（2021·全國·高考真題）由相同材料的導(dǎo)線繞成邊長相同的甲、乙兩個正方形閉合線圈，兩線圈的質(zhì)量相等，但

7、所用導(dǎo)線的橫截面積不同，甲線圈的匝數(shù)是乙的2倍?，F(xiàn)兩線圈在豎直平面內(nèi)從同一高度同時由靜止開始下落，一段時間后進入一方向垂直于紙面的勻強磁場區(qū)域，磁場的上邊界水平，如圖所示。不計空氣阻力，已知下落過程中線圈始終平行于紙面，上、下邊保持水平。在線圈下邊進入磁場后且上邊進入磁場前，可能出現(xiàn)的是（）A甲和乙都加速運動B甲和乙都減速運動C甲加速運動，乙減速運動D甲減速運動，乙加速運動11（2020·山東·高考真題）如圖所示，平面直角坐標系的第一和第二象限分別存在磁感應(yīng)強度大小相等、方向相反且垂直于坐標平面的勻強磁場，圖中虛線方格為等大正方形。一位于Oxy平面內(nèi)的剛性導(dǎo)體框abcde在

8、外力作用下以恒定速度沿y軸正方向運動（不發(fā)生轉(zhuǎn)動）。從圖示位置開始計時，4s末bc邊剛好進入磁場。在此過程中，導(dǎo)體框內(nèi)感應(yīng)電流的大小為I， ab邊所受安培力的大小為Fab，二者與時間t的關(guān)系圖像，可能正確的是（）ABCD12（2017·海南·高考真題）如圖，空間中存在一勻強磁場區(qū)域，磁場方向與豎直面紙面垂直，磁場的上、下邊界虛線均為水平面；紙面內(nèi)磁場上方有一個正方形導(dǎo)線框abcd，其上、下兩邊均為磁場邊界平行，邊長小于磁場上、下邊界的間距若線框自由下落，從ab邊進入磁場時開始，直至ab邊到達磁場下邊界為止，線框下落的速度大小可能A始終減小B始終不變C始終增加D先減小后增加1

9、3（2021·湖南·高考真題）兩個完全相同的正方形勻質(zhì)金屬框，邊長為，通過長為的絕緣輕質(zhì)桿相連，構(gòu)成如圖所示的組合體。距離組合體下底邊處有一方向水平、垂直紙面向里的勻強磁場。磁場區(qū)域上下邊界水平，高度為，左右寬度足夠大。把該組合體在垂直磁場的平面內(nèi)以初速度水平無旋轉(zhuǎn)拋出，設(shè)置合適的磁感應(yīng)強度大小使其勻速通過磁場，不計空氣阻力。下列說法正確的是（）A與無關(guān)，與成反比B通過磁場的過程中，金屬框中電流的大小和方向保持不變C通過磁場的過程中，組合體克服安培力做功的功率與重力做功的功率相等D調(diào)節(jié)、和，只要組合體仍能勻速通過磁場，則其通過磁場的過程中產(chǎn)生的熱量不變14（2017

10、3;全國·高考真題）兩條平行虛線間存在一勻強磁場，磁感應(yīng)強度方向與紙面垂直邊長為、總電阻為的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面內(nèi)，cd邊與磁場邊界平行，如圖（a）所示已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運動，cd邊于時刻進入磁場線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖線如圖（b）所示（感應(yīng)電流的方向為順時針時，感應(yīng)電動勢取正）下列說法正確的是（ ）A磁感應(yīng)強度的大小為 TB導(dǎo)線框運動速度的大小為C磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外D在至這段時間內(nèi)，導(dǎo)線框所受的安培力大小為15（2010·山東·高考真題）如圖所示，空間存在兩個磁場，磁感應(yīng)強度大小均為B，方向相反且垂直紙面，MN、PQ

11、為其邊界，OO為其對稱軸一導(dǎo)線折成邊長為l的正方形閉合回路abcd，回路在紙面內(nèi)以恒定速度v0向右運動，當運動到關(guān)于OO對稱的位置時（）A穿過回路的磁通量為零B回路中感應(yīng)電動勢大小為2BLv0C回路中感應(yīng)電流的方向為順時針方向D回路中ab邊與cd邊所受安培力方向相同三、解答題16（2020·全國·高考真題）如圖，一邊長為l0的正方形金屬框abcd固定在水平面內(nèi)，空間存在方向垂直于水平面、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場。一長度大于的均勻?qū)w棒以速率v自左向右在金屬框上勻速滑過，滑動過程中導(dǎo)體棒始終與ac垂直且中點位于ac上，導(dǎo)體棒與金屬框接觸良好。已知導(dǎo)體棒單位長度的電阻為r，

12、金屬框電阻可忽略。將導(dǎo)體棒與a點之間的距離記為x，求導(dǎo)體棒所受安培力的大小隨x（）變化的關(guān)系式。17（2011·浙江·高考真題）如圖甲所示，在水平面上固定有長為L=2m、寬為d=1m的金屬“U”型軌導(dǎo)，在“U”型導(dǎo)軌右側(cè)l=0.5m范圍內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場，且磁感應(yīng)強度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示在t=0時刻，質(zhì)量為m=0.1kg的導(dǎo)體棒以v0=1m/s的初速度從導(dǎo)軌的左端開始向右運動，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為=0.1，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒單位長度的電阻均為=0.1/m，不計導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的接觸電阻及地球磁場的影響（取g=10m/s2）（1）通過計算分析4s內(nèi)導(dǎo)體棒的運

13、動情況；（2）計算4s內(nèi)回路中電流的大小，并判斷電流方向；（3）計算4s內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱18（2020·江蘇·高考真題）如圖所示，電阻為的正方形單匝線圈的邊長為，邊與勻強磁場邊緣重合。磁場的寬度等于線圈的邊長，磁感應(yīng)強度大小為。在水平拉力作用下，線圈以的速度向右穿過磁場區(qū)域。求線圈在上述過程中：（1）感應(yīng)電動勢的大小E；（2）所受拉力的大小F；（3）感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量Q。19（2019·北京·高考真題）如圖所示，垂直于紙面的勻強磁場磁感應(yīng)強度為B紙面內(nèi)有一正方形均勻金屬線框abcd，其邊長為L，總電阻為R，ad邊與磁場邊界平行從ad邊剛進入磁場直至bc

14、邊剛要進入的過程中，線框在向左的拉力作用下以速度v勻速運動，求：（1）感應(yīng)電動勢的大小E；（2）拉力做功的功率P；（3）ab邊產(chǎn)生的焦耳熱Q20（2021·浙江·高考真題）嫦娥五號成功實現(xiàn)月球著陸和返回，鼓舞人心。小明知道月球上沒有空氣，無法靠降落傘減速降落，于是設(shè)計了一種新型著陸裝置。如圖所示，該裝置由船艙、間距為l的平行導(dǎo)軌、產(chǎn)生垂直船艙導(dǎo)軌平面的磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場的磁體和“”型剛性線框組成，“”型線框ab邊可沿導(dǎo)軌滑動并接觸良好。船艙、導(dǎo)軌和磁體固定在一起，總質(zhì)量為m1整個裝置豎直著陸到月球表面前瞬間的速度大小為v0，接觸月球表面后線框速度立即變?yōu)榱恪＝?jīng)過減

15、速，在導(dǎo)軌下方緩沖彈簧接觸月球表面前船艙已可視為勻速。已知船艙電阻為3r，“”型線框的質(zhì)量為m2，其7條邊的邊長均為l，電阻均為r；月球表面的重力加速度為g/6。整個運動過程中只有ab邊在磁場中，線框與月球表面絕緣，不計導(dǎo)軌電阻和摩擦阻力。（1）求著陸裝置接觸到月球表面后瞬間線框ab邊產(chǎn)生的電動勢E；（2）通過畫等效電路圖，求著陸裝置接觸到月球表面后瞬間流過ab型線框的電流I0；（3）求船艙勻速運動時的速度大小v；（4）同桌小張認為在磁場上方、兩導(dǎo)軌之間連接一個電容為C的電容器，在著陸減速過程中還可以回收部分能量，在其他條件均不變的情況下，求船艙勻速運動時的速度大小和此時電容器所帶電荷量q。2

16、1（2016·天津·高考真題）電磁緩速器是應(yīng)用于車輛上以提高運行安全性的輔助制動裝置，其工作原理是利用電磁阻尼作用減緩車輛的速度電磁阻尼作用可以借助如下模型討論：如圖所示，將形狀相同的兩根平行且足夠長的鋁條固定在光滑斜面上，斜面與水平方向夾角為一質(zhì)量為m的條形磁鐵滑入兩鋁條間，恰好勻速穿過，穿過時磁鐵兩端面與兩鋁條的間距始終保持恒定，其引起電磁感應(yīng)的效果與磁鐵不動、鋁條相對磁鐵運動相同磁鐵端面是邊長為d的正方形，由于磁鐵距離鋁條很近，磁鐵端面正對兩鋁條區(qū)域的磁場均可視為勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，鋁條的高度大于d，電阻率為為研究問題方便，鋁條中只考慮與磁鐵正對部分的電阻和磁場

17、，其他部分電阻和磁場可忽略不計，假設(shè)磁鐵進入鋁條間以后，減少的機械能完全轉(zhuǎn)化為鋁條的內(nèi)能，重力加速度為g（1）求鋁條中與磁鐵正對部分的電流I；（2）若兩鋁條的寬度均為b，推導(dǎo)磁鐵勻速穿過鋁條間時速度v的表達式；（3）在其他條件不變的情況下，僅將兩鋁條更換為寬度b'>b的鋁條，磁鐵仍以速度v進入鋁條間，試簡要分析說明磁鐵在鋁條間運動時的加速度和速度如何變化22（2008·廣東·高考真題）如圖（a）所示，水平放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌，間距L=0.3m導(dǎo)軌左端連接R0.6的電阻，區(qū)域abcd內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面B=0.6T的勻強磁場，磁場區(qū)域?qū)扗="0.2&

18、quot; m細金屬棒A1和A2用長為2D=0.4m的輕質(zhì)絕緣桿連接，放置在導(dǎo)軌平面上，并與導(dǎo)軌垂直，每根金屬棒在導(dǎo)軌間的電阻均為t="0.3"，導(dǎo)軌電阻不計，使金屬棒以恒定速度r="1.0" m/s沿導(dǎo)軌向右穿越磁場，計算從金屬棒A1進入磁場（t=0）到A2離開磁場的時間內(nèi)，不同時間段通過電阻R的電流強度，并在圖（b）中畫出23（2011·重慶·高考真題）有人設(shè)計了一種可測速的跑步機，測速原理如圖所示，該機底面固定有間距為、長度為的平行金屬電極電極間充滿磁感應(yīng)強度為、方向垂直紙面向里的勻強磁場，且接有電壓表和電阻，絕緣橡膠帶上鍍有間

19、距為的平行細金屬條，磁場中始終僅有一根金屬條，且與電極接觸良好，不計金屬電阻，若橡膠帶勻速運動時，電壓表讀數(shù)為，求：（1）橡膠帶勻速運動的速率；（2）電阻R消耗的電功率；（3）一根金屬條每次經(jīng)過磁場區(qū)域克服安培力做的功。24（2010·北京·高考真題）用密度為d、電阻率為、橫截面積為A的薄金屬條制成邊長為L的閉合正方形框 如圖所示，金屬方框水平放在磁極的狹縫間，方框平面與磁場方向平行設(shè)勻強磁場僅存在于相對磁極之間，其他地方的磁場忽略不計可認為方框的邊和 邊都處在磁極之間，極間磁感應(yīng)強度大小為B方框從靜止開始釋放，其平面在下落過程中保持水平（不計空氣阻力）（1）求方框下落的最

20、大速度vm（設(shè)磁場區(qū)域在數(shù)值方向足夠長）；（2）當方框下落的加速度為時，求方框的發(fā)熱功率P；（3）已知方框下落時間為t時，下落高度為h，其速度為vt（vt<vm）若在同一時間t內(nèi)，方框內(nèi)產(chǎn)生的熱與一恒定電流I0在該框內(nèi)產(chǎn)生的熱相同，求恒定電流I0的表達式25（2018·浙江·高考真題）如圖所示，在豎直平面內(nèi)建立xOy坐標系，在，范圍內(nèi)存在一具有理想邊界、方向垂直紙面向里的勻強磁場區(qū)域一邊長為L=0.10m、質(zhì)量m=0.02kg、電阻R=0.40的勻質(zhì)正方形剛性導(dǎo)線框abcd處于圖示位置，其中心的坐標為（0，0.65）現(xiàn)將線框以初速度水平向右拋出，線框在進入磁場過程中速

21、度保持不變，然后在磁場中運動，最后從磁場右邊界離開磁場區(qū)域，完成運動全過程，線框在全過程中始終處于xOy平面內(nèi)，其ab邊與x軸保持平行，空氣阻力不計，求：（1）磁感應(yīng)強度B的大??；（2）線框在全過程中產(chǎn)生的焦耳熱Q；（3）在全過程中，cb兩端得到電勢差與線框中心位置的x坐標的函數(shù)關(guān)系26（2008·江蘇·高考真題）如圖所示，間距為L的兩條足夠長的平行金屬導(dǎo)軌與水平面的夾角為，導(dǎo)軌光滑且電阻忽略不計。場強為B的條形勻強磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直，磁場區(qū)域的寬度為d1，間距為d2。兩根質(zhì)量均為m、有效電阻均為R的導(dǎo)體棒a和b放在導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直。 （設(shè)重力加速度為g）（1）若a

22、進入第2個磁場區(qū)域時，b以與a同樣的速度進入第1個磁場區(qū)域，求b穿過第1個磁場區(qū)域過程中增加的動能Ek。（2）若a進入第2個磁場區(qū)域時，b恰好離開第1個磁場區(qū)域；此后a離開第2個磁場區(qū)域時，b又恰好進入第2個磁場區(qū)域。且a、b在任意一個磁場區(qū)域或無磁場區(qū)域的運動時間均相同。求b穿過第2個磁場區(qū)域過程中，兩導(dǎo)體棒產(chǎn)生的總焦耳熱Q。（3）對于第（2）問所述的運動情況，求a穿出第k個磁場區(qū)域時的速率。27（2008·北京·高考真題）均勻?qū)Ь€制成的單位正方形閉合線框abcd，每邊長為L，總電阻為R，總質(zhì)量為m。將其置于磁感強度為B的水平勻強磁場上方h處，如圖所示。線框由靜止自由下落

23、，線框平面保持在豎直平面內(nèi)，且cd邊始終與水平的磁場邊界平行。重力加速度為g。當cd邊剛進入磁場時，（1）求線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小；（2）求cd兩點間的電勢差大小；（3）若此時線框加速度大小恰好為，求線框下落的高度h應(yīng)滿足什么條件?28（2007·江蘇·高考真題）如圖所示，空間等間距分布著水平方向的條形勻強磁場，豎直方向磁場區(qū)域足夠長，磁感應(yīng)強度B1T，每一條形磁場區(qū)域的寬度及相鄰條形磁場區(qū)域的間距均為d0.5m，現(xiàn)有一邊長l0.2m、質(zhì)量m0.1kg、電阻R0.1的正方形線框MNOP以v07m/s的初速從左側(cè)磁場邊緣水平進入磁場，求：（1）線框MN邊剛進入磁場時受到安培力的大小F；（2）線框從開始進入磁場到豎直下落的過程中產(chǎn)生的焦耳熱Q；（3）線框能穿過的完整條形磁場區(qū)域的個數(shù)n29（2008·天津·高考真題）磁懸浮列車是一種高速低耗的新型交通工具。它的驅(qū)動系統(tǒng)簡化為如下模型，固定在列車下端的動力繞組可視為一個矩形純電阻金屬框，電阻為R，金屬框置于xOy平面內(nèi)，長邊MN長