專(zhuān)題23-電磁感現(xiàn)象中的線框模型(原卷版)

2023年高三物理二輪常見(jiàn)模型與方法強(qiáng)化專(zhuān)訓(xùn)專(zhuān)練專(zhuān)題23電磁感現(xiàn)象中的線框模型特訓(xùn)目標(biāo)特訓(xùn)內(nèi)容目標(biāo)1高考真題（1T—4T）目標(biāo)2線框模型的圖像問(wèn)題（5T—8T）目標(biāo)3線框模型的動(dòng)力學(xué)和功能關(guān)系問(wèn)題（9T—12T）目標(biāo)4連接型線框模型（13T—16T）【特訓(xùn)典例】高考真題1．如圖所示，平面的第一、三象限內(nèi)以坐標(biāo)原點(diǎn)O為圓心、半徑為的扇形區(qū)域充滿方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形金屬框繞其始終在O點(diǎn)的頂點(diǎn)、在平面內(nèi)以角速度順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，時(shí)刻，金屬框開(kāi)始進(jìn)入第一象限。不考慮自感影響，關(guān)于金屬框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E隨時(shí)間t變化規(guī)律的描述正確的是（）A．在到的過(guò)程中，E一直增大B．在到的過(guò)程中，E先增大后減小C．在到的過(guò)程中，E的變化率一直增大D．在到的過(guò)程中，E的變化率一直減小2．兩個(gè)完全相同的正方形勻質(zhì)金屬框，邊長(zhǎng)為，通過(guò)長(zhǎng)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(qiáng)磁場(chǎng)。磁場(chǎng)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(chǎng)的平面內(nèi)以初速度水平無(wú)旋轉(zhuǎn)拋出，設(shè)置合適的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小使其勻速通過(guò)磁場(chǎng)，不計(jì)空氣阻力。下列說(shuō)法正確的是（）A．與無(wú)關(guān)，與成反比B．通過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中，金屬框中電流的大小和方向保持不變C．通過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)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(guò)磁場(chǎng)，則其通過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量不變3．由相同材料的導(dǎo)線繞成邊長(zhǎng)相同的甲、乙兩個(gè)正方形閉合線圈，兩線圈的質(zhì)量相等，但所用導(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(shí)由靜止開(kāi)始下落，一段時(shí)間后進(jìn)入一方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)的上邊界水平，如圖所示。不計(jì)空氣阻力，已知下落過(guò)程中線圈始終平行于紙面，上、下邊保持水平。在線圈下邊進(jìn)入磁場(chǎng)后且上邊進(jìn)入磁場(chǎng)前，可能出現(xiàn)的是（）A．甲和乙都加速運(yùn)動(dòng)B．甲和乙都減速運(yùn)動(dòng)C．甲加速運(yùn)動(dòng)，乙減速運(yùn)動(dòng)D．甲減速運(yùn)動(dòng)，乙加速運(yùn)動(dòng)4．如圖所示，高度足夠的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域下邊界水平、左右邊界豎直，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里。正方形單匝線框abcd的邊長(zhǎng)L=0.2m、回路電阻R=1.6×10-3Ω、質(zhì)量m=0.2kg。線框平面與磁場(chǎng)方向垂直，線框的ad邊與磁場(chǎng)左邊界平齊，ab邊與磁場(chǎng)下邊界的距離也為L(zhǎng)。現(xiàn)對(duì)線框施加與水平向右方向成θ=45°角、大小為的恒力F，使其在圖示豎直平面內(nèi)由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。從ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)開(kāi)始，在豎直方向線框做勻速運(yùn)動(dòng)；dc邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，bc邊恰好到達(dá)磁場(chǎng)右邊界。重力加速度大小取g=10m/s2，求：（1）ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)前，線框在水平方向和豎直方向的加速度大小；（2）磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和線框進(jìn)入磁場(chǎng)的整個(gè)過(guò)程中回路產(chǎn)生的焦耳熱；（3）磁場(chǎng)區(qū)域的水平寬度。線框模型的圖像問(wèn)題5．邊長(zhǎng)為l的正方形線框以初速度水平拋出，在其正下方有一寬度為、水平足夠長(zhǎng)的垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，如圖所示。cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，線框恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)。以cd邊剛離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，此后線框的加速度與其豎直方向位移的關(guān)系圖像可能正確的是（忽略空氣阻力，線框在此過(guò)程中不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，取豎直向下為正方向）（）A．B．C． D．6．在水平光滑絕緣桌面上有一邊長(zhǎng)為l的正方形線框abcd，被限制在沿ab方向的水平直軌道上滑動(dòng)。bc邊右側(cè)有一等腰直角三角形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域efg，直角邊ef、ge的長(zhǎng)度均為l，ef邊與ab邊在同一直線上，磁場(chǎng)方向豎直向下，其俯視圖如圖所示。線框在水平拉力F作用下向右勻速穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域，若圖示位置為t=0時(shí)刻，設(shè)逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较颍较蛴覟槔Φ恼较?。則線框中的感應(yīng)電流i和拉力F隨時(shí)間t的關(guān)系圖象可能正確的是（時(shí)間單位為，A、B、C中圖象為線段，D中圖象為拋物線）（）A．B．C． D．7．如圖所示，一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形導(dǎo)線框，其電阻為R，線框以恒定速度v沿x軸運(yùn)動(dòng)，并穿過(guò)圖中所示由虛線圍成的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。如果以x軸的正方向作為安培力的正方向，線框在圖示位置的時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)，則b、c兩點(diǎn)間的電勢(shì)差和線框所受的安培力隨時(shí)間的變化圖像為（）A． B．C． D．8．如圖所示，邊長(zhǎng)為、電阻為的正方形導(dǎo)線框沿軸正方向運(yùn)動(dòng)。在外力作用下以速度勻速穿過(guò)三個(gè)寬度均為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，已知三個(gè)區(qū)域中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)域中的磁場(chǎng)方向分別為垂直紙面向里、向外和向里。若以磁感線垂直紙面向里時(shí)穿過(guò)線框的磁通量為正，產(chǎn)生的電流沿順時(shí)針?lè)较虻碾妱?dòng)勢(shì)為正，外力向右為正，從線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，則下列反映線框中的磁通量、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、外力和線框的電功率隨時(shí)間變化的圖象正確的是（）。A． B．C． D．線框模型的動(dòng)力學(xué)和功能關(guān)系問(wèn)題9．圖甲是磁懸浮實(shí)驗(yàn)車(chē)與軌道示意圖，圖乙是固定在車(chē)底部金屬框abcd（車(chē)廂與金屬框絕緣）與軌道上運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的示意圖。水平地面上有兩根很長(zhǎng)的平行直導(dǎo)軌PQ和MN，導(dǎo)軌間有豎直（垂直紙面）方向等間距的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和，二者方向相反。車(chē)底部金屬框的ad邊寬度與磁場(chǎng)間隔相等，當(dāng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)和同時(shí)以恒定速度沿導(dǎo)軌方向向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬框會(huì)受到磁場(chǎng)力，帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)車(chē)沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。設(shè)金屬框垂直導(dǎo)軌ab的邊長(zhǎng)、總電阻，實(shí)驗(yàn)車(chē)與線框的總質(zhì)量，磁場(chǎng)，磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)速度。已知懸浮狀態(tài)下，實(shí)驗(yàn)車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到恒定的阻力，則（）A．實(shí)驗(yàn)車(chē)的最大速率B．實(shí)驗(yàn)車(chē)的最大速率C．實(shí)驗(yàn)車(chē)以最大速度做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，為維持實(shí)驗(yàn)車(chē)運(yùn)動(dòng)，外界在單位時(shí)間內(nèi)需提供的總能量為D．當(dāng)實(shí)驗(yàn)車(chē)速度為0時(shí)，金屬框受到水平向右的磁場(chǎng)力10．如圖所示，傾角θ=37°的粗糙斜面固定在水平地面上，斜面上間距d=1m的兩平行虛線aa′和bb′之間有垂直斜面向上的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=5T?，F(xiàn)有一質(zhì)量m=1kg，總電阻R=5Ω，邊長(zhǎng)也為d=1m的正方形金屬線圈MNPQ有一半面積位于磁場(chǎng)中，現(xiàn)讓線圈由靜止開(kāi)始沿斜面下滑，下滑過(guò)程中線圈MN邊始終與虛線aa′保持平行，線圈的下邊MN穿出aa′時(shí)開(kāi)始做勻速直線運(yùn)動(dòng)。已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，線圈與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5，重力加速度g取10m/s2，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．從開(kāi)始到線圈完全進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程，通過(guò)線圈某一截面的電荷量為0.5CB．線圈做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小為0.4m/sC．線圈速度為0.2m/s時(shí)的加速度為1.6m/s2D．線圈從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到通過(guò)整個(gè)磁場(chǎng)的過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱為3J11．如圖1所示，水平邊界MN上方有垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，ab邊長(zhǎng)為0.5m的矩形金屬線框abcd在豎直向上的拉力F作用下由靜止開(kāi)始向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，開(kāi)始時(shí)ab邊離MN距離為0.5m，拉力F隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖2所示，已知重力加速度取10，金屬線框的電阻為1Ω，則（）A．金屬框勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度大小為2m/s2B．金屬線框的質(zhì)量為0.5kgC．勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為1TD．線框進(jìn)磁場(chǎng)過(guò)程中，通過(guò)線框截面的電量為1.5C12．如圖所示，一長(zhǎng)為2d、寬為d、質(zhì)量為m、阻值為r的矩形導(dǎo)線框放在具有理想邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)上方，已知虛線1、2之間的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，虛線2、3之間的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，且磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B?，F(xiàn)將導(dǎo)線框無(wú)初速度地釋放，導(dǎo)線框的AB邊到達(dá)虛線1位置時(shí)剛好勻速，當(dāng)導(dǎo)線框的AB邊到達(dá)虛線2、3之間時(shí)再次勻速。假設(shè)整個(gè)過(guò)程中導(dǎo)線框的AB邊始終與虛線平行，忽略空氣的阻力，重力加速度為g。則下列說(shuō)法正確的是（

）A．導(dǎo)線框從進(jìn)入磁場(chǎng)到完全離開(kāi)的整個(gè)過(guò)程中，安培力的大小恒定B．從導(dǎo)線框的AB邊與虛線1重合到導(dǎo)線框的AB邊剛到虛線2的過(guò)程中，導(dǎo)線框中產(chǎn)生的熱量為2mgdC．導(dǎo)線框釋放瞬間，AB邊與虛線1的間距為D．當(dāng)AB邊運(yùn)動(dòng)到虛線2、3之間再次勻速時(shí)，導(dǎo)線框的速度大小為連接型線框模型13．如圖所示，光滑斜面的傾角為θ，斜面上放置一矩形導(dǎo)體線框abcd，ab邊的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)1，bc邊的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2，線框的質(zhì)量為m，電阻為R．線框通過(guò)絕緣細(xì)線繞過(guò)光滑的定滑輪與一質(zhì)量為M的重物相連，斜面上的虛線ef和gh之間有寬為L(zhǎng)0的垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(L0>L2)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，將線框從虛線下方某一位置由靜止釋放，當(dāng)ab邊到達(dá)ef處時(shí)剛好做勻速直線運(yùn)動(dòng)，線框的ab邊始終平行于底邊，對(duì)線框穿過(guò)磁場(chǎng)的整個(gè)過(guò)程，下列說(shuō)法中正確的是A．線框勻速穿入磁場(chǎng)的速度為B．線框從gh穿出磁場(chǎng)的過(guò)程一直減速C．整個(gè)過(guò)程中線框產(chǎn)生的焦耳熱大于2(MgL2-mgL2sinθ)D．線框穿入和穿出磁場(chǎng)的過(guò)程中，通過(guò)線框的電荷量均為14．如圖所示，正方形導(dǎo)線框ABCD、abcd的電阻均為R，邊長(zhǎng)均為L(zhǎng)，質(zhì)量分別為2m和m，它們分別系在一跨過(guò)兩個(gè)定滑輪的輕繩兩端，且正方形導(dǎo)線框與定滑輪處于同一豎直平面內(nèi)。在兩導(dǎo)線框之間有一寬度為2L、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。開(kāi)始時(shí)導(dǎo)線框abcd的上邊與勻強(qiáng)磁場(chǎng)的下邊界重合，導(dǎo)線框ABCD的下邊到勻強(qiáng)磁場(chǎng)的上邊界的距離為L(zhǎng)?，F(xiàn)將系統(tǒng)由靜止釋放，當(dāng)導(dǎo)線框abcd剛好全部進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始做勻速運(yùn)動(dòng)，不計(jì)摩擦的空氣阻力，則兩線框從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)至等高的過(guò)程中（）A．導(dǎo)線框abcd勻加速進(jìn)入磁場(chǎng)B．兩線框做勻速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中輕繩上的張力C．輕繩的拉力大小逐漸增大到2mg后保持不變D．系統(tǒng)產(chǎn)生的總焦耳熱15．如圖所示，正方形金屬線圈ABCD通過(guò)不可伸長(zhǎng)的繩子與斜面上物塊相連，水平面上方有兩個(gè)大小均為方向相反的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，虛線為其分界線，磁場(chǎng)范圍足夠大。線圈ABCD邊長(zhǎng)，電阻，質(zhì)量；物塊質(zhì)量，斜面傾角。由靜止釋放時(shí)，線圈的AB邊與磁場(chǎng)分界線距離為L(zhǎng)，當(dāng)線圈的CD邊跨過(guò)分界線前線圈已經(jīng)進(jìn)入勻速運(yùn)動(dòng)階段。已知重力加速度，不計(jì)一切摩擦，斜面足夠長(zhǎng)，下列說(shuō)法正確的是（）A．線圈AB邊到達(dá)分界線前繩中拉力為B．線圈CD邊達(dá)分界線時(shí)的速度為C．線圈穿過(guò)分界線的過(guò)程中通過(guò)線圈截面的電荷量為D．線圈穿過(guò)分界線的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量為16．如圖所示，在傾角θ=37°的光滑絕緣斜面內(nèi)有兩個(gè)質(zhì)量分別為4m和m的正方形導(dǎo)線框a、b電阻均為R，邊長(zhǎng)均為l；它們分別系在一跨