2023年高考物理二輪復習試題（全國） 05 能量觀點和動量觀點在電磁學中的應用 含解析

專題05能量觀點和動量觀點在電磁學中的應用

一、單選題

1.（2022?浙江?高考真題）某種氣體一電子放大器的局部結構是由兩塊夾有絕緣介質的平行金

屬薄膜構成，其上存在等間距小孔，其中相鄰兩孔截面上的電場線和等勢線的分布如圖所示。

下列說法正確的是（）

A.0點所在的線是等勢線

B.8點的電場強度比C點大

C.b、C兩點間的電勢差的值比〃、C兩點間的大

D.將電荷沿圖中的線從?∕→e→∕→g移動時電場力做功為零

【答案】C

【詳解】A.因上下為兩塊夾有絕緣介質的平行金屬薄膜，則。點所在的線是電場線，選項A

錯誤；

B.因C處的電場線較b點密集，則C點的電場強度比〃點大，選項B錯誤；

C.因從兩處所處的線為等勢線，可知氏C兩點間的電勢差的值比°、C兩點間的大，選項C

正確；

D.因施兩點在同一電場線上，電勢不相等，則將電荷沿圖中的線從公2→∕→g移動時電場

力做功不為零，選項D錯誤。

故選C。

2.（2022.湖南?高考真題）如圖，四根完全相同的均勻帶正電絕緣長棒對稱放置在長方體的四

條長邊a、b、c、d上。移去α處的絕緣棒，假定另外三根絕緣棒電荷分布不變。關于長方體

幾何中心。點處電場強度方向和電勢的變化，下列說法正確的是（）

A.電場強度方向垂直指向?,電勢減小

B.電場強度方向垂直指向c,電勢減小

C.電場強度方向垂直指向電勢增大

D.電場強度方向垂直指向c,電勢增大

【答案】A

【詳解】根據對稱性可知，移去〃處的絕緣棒后，電場強度方向垂直指向”，再根據電勢的疊

加原理，單個點電荷在距其，?處的電勢為

φ=心（取無窮遠處電勢為零）

r

現在撤去“處的絕緣棒后，4咸小，則。點的電勢減小。

故選A。

3.（2022?江蘇?高考真題）如圖所示，正方形ABCn四個頂點各固定一個帶正電的點電荷，電

荷量相等，。是正方形的中心。現將A點的電荷沿OA的延長線向無窮遠處移動，則（）

A.在移動過程中，。點電場強度變小

B.在移動過程中，C點的電荷所受靜電力變大

C.在移動過程中，移動的電荷所受靜電力做負功

D.當其移動到無窮遠處時，。點的電勢高于A點

【答案】D

【詳解】A.。是等量同種電荷連線的中點，場強為0,將A處的正點電荷沿。A方向移至無

窮遠處，。點電場強度變大，故A不符合題意；

B.移動過程中，C點場強變小，正電荷所受靜電力變小，故B錯誤；

C.A點電場方向沿方向，移動過程中，移動電荷所受靜電力做正功，故C錯誤；

D.4點電場方向沿OA方向，沿電場線方向電勢降低，移動到無窮遠處時，。點的電勢高于A

點電勢，故D正確。

故選D。

4.（2022?湖北?天門市教育科學研究院二模）如圖所示，空間有一帶正電的點電荷，圖中的實

線是以該點電荷為圓心的同心圓，這些同心圓位于同一豎直平面內，仞N為一粗糙直桿，A、

B、C、。是桿與實線圓的交點，一帶正電的小球（視為質點）穿在桿上，以速度％從A點開

始沿桿向上運動，到達C點時的速度為%則小球由4點運動到C點的過程中，下列說法正確

的是（）

A.小球減少的機械能一定等于克服摩擦力做的功

B.小球減少的機械能一定大于克服摩擦力做的功

C.小球的機械能可能增加

D,以上都有可能

【答案】B

【詳解】AB.小球由4點運動到C點，重力做負功，重力勢能增加，電場力做負功，電勢能

增加，摩擦力做負功，產生熱量，由能量守恒定律知，小球減少的機械能等于增加的電勢能與

產生的熱量之和，故A錯誤，B正確；

CD.電場力和摩擦力都做負功，機械能一定減少，故CD錯誤。

故選B。

5.（2022,重慶高考真題）如圖1所示，光滑的平行導電軌道水平固定在桌面上，軌道間連接

一可變電阻，導體桿與軌道垂直并接觸良好（不計桿和軌道的電阻），整個裝置處在垂直于軌

道平面向上的勻強磁場中。桿在水平向右的拉力作用下先后兩次都由靜止開始做勻加速直線運

動，兩次運動中拉力大小與速率的關系如圖2所示。其中，第一次對應直線①，初始拉力大小

為題，改變電阻阻值和磁感應強度大小后，第二次對應直線②，初始拉力大小為2F。，兩直線

交點的縱坐標為3片。若第一次和第二次運動中的磁感應強度大小之比為公電阻的阻值之比

為"2、桿從靜止開始運動相同位移的時間之比為〃，則M叭〃可能為（）

4?k=2、m=2、n=2B.攵=2λ∕2^m=2、n=>/2

C.k=機=3、n=y/2D.左=2Λ∕3>m=6、n=2

【答案】C

【詳解】由題知桿在水平向右的拉力作用下先后兩次都由靜止開始做勻加速直線運動，則在y

=0時分別有

則第一次和第二次運動中，桿從靜止開始運動相同位移的時間分別為

11

χ=3*,2χ=-a2t2

則

n=V2

第一次和第二次運動中根據牛頓第二定律有整理有

mmR

?2r2

則可知兩次運動中F—V圖像的斜率為三匕，則有

R

2=&-駕=Lk2

RlB;m

故選Co

6.（2022?湖南?寧鄉(xiāng)市教育研究中心模擬預測）光滑導軌間距d=0.5m,導軌間有一足夠寬的

磁場，磁感應強度B=2T的勻強磁場中，導軌兩端分別接有電阻R=3Q的電阻和阻值為&=

6。的小燈泡，f=0時，一電阻r=2。的導體棒MN處在磁場的左邊界處，之后在外力作用下

以速度v=4sinlθ加恰好能在磁場兩邊界間往返運動，導軌的電阻不計，導體棒與導軌接觸良

好，在導體棒MN以后的運動中（）

A.導體棒MN從磁場左邊到右邊過程中，通過的電量為0.4C

B.導體棒在磁場中做勻變速運動

C.小燈泡的功率為IW

D.導體棒運動到磁場中間位置時，電阻R的電流為［A

【答案】D

【詳解】A.磁場的有效面積未知，平均電流無法求出，故不能求出電荷量，A錯誤；

B,由牛頓第二定律，導體棒的加速度

BidB2J2V

a=-----=--------

mmR

由于u=4sinIOm所以

a=--------sιnlθ∕r/

ιnR

所以導體棒的加速度隨時間變化，導體棒在磁場中做變加速運動，B錯誤；

C.導體棒產生的電動勢為

e=BJv=4si∩10π/(V)

故電動勢有效值為

E=2√2V

外電路總電阻為

%=-^-=2Ω

'RL+R

故燈泡兩端的電壓為

U=-^-E=42V

%+廠

故燈泡的功率為

P1=H=LW

RL3

C錯誤；

D.運動到磁場中間位置時,導體棒處于運動周期的

t=C-+k）T,k=l,2,3???

4

即峰值位置，此時

v=4m∕s

電動勢為

En,=4V

通過電阻R的瞬時電流為

,EmR12λ

R外+rR+R13

D正確。

故選D。

7.（2022?北京?首都師范大學附屬中學三模）如圖所示，兩光滑平行金屬導軌固定在同一水平

面內，間距為4其左端接阻值為R的定值電阻，整個裝置處在豎直向下、磁感應強度為8的

勻強磁場中，一質量為機的導體棒MN垂直于導軌放置，且接觸良好?，F給導體棒MN一水平

向右的初速度W,經過時間f,導體棒MN向右運動的距離為X,速度變?yōu)樨啊２挥嫿饘賹к壓?/p>

導體棒MN的電阻。甲、乙兩位同學根據以上條件，分別求解在時間/內通過電阻R的焦耳熱

0具體過程如下：（）

甲同學：乙同學：

×XM×XXX在這段時間內，導體棒MN在導體棒向右運動的過

切割磁感線的感應電動勢

X×v,4v2××程中，導體棒損失的動

-----?::~~?-“J-Bdx

XXXXXE=Bav=----能最終轉化為電阻R的

焦耳熱，則有

X×NX×××所以

E2B2d2x2Q=→nvi-^mv2

Qzη=tΓ2Rdt=—1=--------

RtR

A.兩位同學的解法都正確

B.兩位同學的解法都錯誤

C.甲同學的解法正確，乙同學的解法錯誤

D.甲同學的解法錯誤，乙同學的解法正確

【答案】D

【詳解】導體棒向右運動，切割磁感線產生感應電流，受到向左的安培力而做減速運動，隨著

速度的減小，感應電動勢和感應電流減小，導體棒所受的安培力減小，導體棒做變減速運動，

安培力的平均值是不斷變化，不能用平均值求克服安培力做功，故甲同學的解法是錯誤的；

根據功能關系，在導體棒向右運動的過程中，導體棒損失的動能最終轉化為電阻R的焦耳熱；

與導體棒的運動的過程無關，可以用來求解產生的焦耳熱，故乙同學的解法是正確的。

故選D。

二、多選題

8.（2022.全國?高考真題）地面上方某區(qū)域存在方向水平向右的勻強電場，將一帶正電荷的小

球自電場中P點水平向左射出。小球所受的重力和電場力的大小相等，重力勢能和電勢能的零

點均取在P點。則射出后，（）

A.小球的動能最小時，其電勢能最大

B.小球的動能等于初始動能時，其電勢能最大

C.小球速度的水平分量和豎直分量大小相等時，其動能最大

D,從射出時刻到小球速度的水平分量為零時，重力做的功等于小球電勢能的增加量

【答案】BD

【詳解】A.如圖所示

Eq=HIg

故等效重力G'的方向與水平成45。。

當V,=O時速度最小為匕必=W,由于此時匕存在水平分量，電場力還可以向左做負功，故此時

電勢能不是最大，故A錯誤；

BD.水平方向上

v=-t

0tn

在豎直方向上

v=gt

由于

Eq=mg,得v=%

如圖所示，小球的動能等于末動能。由于此時速度沒有水平分量，故電勢能最大。由動能定理

可知

%+唳=0

則重力做功等于小球電勢能的增加量，故BD正確；

C.當如圖中叼所示時，此時速度水平分量與豎直分量相等，動能最小，故C錯誤；

故選BDo

9.（2022?全國?高考真題）如圖，兩根相互平行的光滑長直金屬導軌固定在水平絕緣桌面上，

在導軌的左端接入電容為C的電容器和阻值為R的電阻。質量為m、阻值也為R的導體棒MN

靜止于導軌上，與導軌垂直，且接觸良好，導軌電阻忽略不計，整個系統(tǒng)處于方向豎直向下的

勻強磁場中。開始時，電容器所帶的電荷量為。，合上開關S后，（）

A.通過導體棒MN電流的最大值為名

B.導體棒MW向右先加速、后勻速運動

C.導體棒MV速度最大時所受的安培力也最大

D.電阻R上產生的焦耳熱大于導體棒MN上產生的焦耳熱

【答案】AD

【詳解】MN在運動過程中為非純電阻，MN上的電流瞬時值為

,U-Blv

I=---------

R

A.當閉合的瞬間，BIv=Ol此時MN可視為純電阻凡此時反電動勢最小，故電流最大

TUQ

Imax=——=----

RCR

故A正確；

B.當“>B∕v時，導體棒加速運動，當速度達到最大值之后，電容器與MN及R構成回路，由

于一直處于通路的形式，由能量守恒可知，最后MN終極速度為零，故B錯誤；

C.MN在運動過程中為非純電阻電路，MN上的電流瞬時值為

u-Blv

I=---------

R

當"=B∕v時，MN上電流瞬時為零，安培力為零此時，MN速度最大，故C錯誤；

D.在MN加速度階段，由于MN反電動勢存在，故MN上電流小于電阻R上的電流，電阻

R消耗電能大于MN上消耗的電能(即Aw),故加速過程中，QR>Qm；當MN減速為

零的過程中，電容器的電流和導體棒的電流都流經電阻R形成各自的回路，因此可知此時也是

電阻R的電流大，綜上分析可知全過程中電阻R上的熱量大于導體棒上的熱量，故D正確。

故選AD。

10.(2022?江西宜春?模擬預測)如圖所示，在光滑絕緣水平桌面上建立一個直角坐標系，在坐

標系的第一、四象限的兩塊區(qū)域內分別存在垂直桌面向上、向下的勻強磁場，磁感應強度大小

均為2.0T,磁場邊界線的方程為y=0.5sin2πx(m)(0≤x≤1.0m)o在水平桌面上靜置一個長

Ims寬0.5m的矩形單匝導線框曲cd,其電阻R=I。，ab、de邊與X軸平行，在拉力尸的作

用下，線框從圖示位置開始沿X軸正方向以大小為lm/s的速度勻速穿過整個磁場區(qū)域，下列

說法正確的是（）

A.線框中的感應電流最大為IA

B.兒邊至IJ達X=O.75m時，拉力廠的功率為4W

C.整個過程中拉力廠所做的功為1.25J

D.整個過程中線框產生的焦耳熱為1.5〕

【答案】BD

【詳解】AB.線框勻速切割磁感線，當從邊到達X=O.75m時，前后兩邊都切割磁感線，產生

的感應電動勢最大，感應電流最大，為

,2Blv2×2×0.5×l.?.

I=-------=------------------A=2A

'mnR1

此時線框受到的安培力最大，由于線框勻速運動，所以拉力最大，拉力的功率最大，根據平衡

條件有

F=G=2B∕∕=4N

則拉力功率的最大值為

［皿=8=??v=4W

故A錯誤，B正確；

CD.線框穿過磁場區(qū)域的過程中，形成三段以正弦規(guī)律變化的感應電流，如圖所示（規(guī)定順

時針方向為正）

三段感應電流的峰值分別為1A、2A、1A,三段感應電流的持續(xù)時間均為0.5s,整個過程產生

的焦耳熱

"丫(2AY(IA[

Q=^?~x°?5s+備'°?5s+魯x°?5s=L5J

由于線圈勻速運動，根據功能關系，可得拉力尸做的功等于整個過程中線框產生的焦耳熱為

1.5J,故C錯誤，D正確。

故選BD0

11.（2022?山東?模擬預測）如圖所示，水平金屬導軌P、。間距為LM、N間距為2L,P與

M相連，。與N相連，金屬棒”垂直于P、Q放置，金屬棒〃垂直于M、N放置,整個裝置處

在磁感應強度大小為2、方向豎直向上的勻強磁場中。現給棒。一大小為"、水平向右的初速

度，假設導軌都足夠長，兩棒質量均為見在棒〃的速度由血減小到0.8W）的過程中，兩棒始

終與導軌接觸良好。以下說法正確的是（）

A.俯視時感應電流方向為順時針

B.棒b的最大速度為0.4%

C.回路中產生的焦耳熱為O.Lm，；

D.通過回路中某一截面的電荷量為粵

【答案】BC

【詳解】A.棒。向右運動，回路面積減小，根據楞次定律可知，俯視時感應電流方向為逆時

針，A錯誤;

BD.在棒。的速度由1加咸小到0.8VO的過程中，棒。減速，棒人加速，對棒α,由動量定理可

得

-BIL-Xt=-BqL=0.8機%-mva

對棒4由動量定理可得

2BlL-Af=IBqL=mv-0

聯立可得

V=O.4vo,q=

5BL

B正確，D錯誤；

C.根據能量守恒定律可得

Q=^mvo-l^w（°?8vo）2+?"z（0.4%）2]=O.bπvθ

C正確。

故選BCo

三、解答題

12.(2022?遼寧?高考真題)如圖所示，光滑水平面48和豎直面內的光滑！圓弧導軌在B點平

4

滑連接，導軌半徑為R。質量為，”的帶正電小球將輕質彈簧壓縮至A點后由靜止釋放，脫離彈

簧后經過8點時的速度大小為底，之后沿軌道80運動。以O為坐標原點建立直角坐標系

xθy,在x≥-R區(qū)域有方向與X軸夾角為9=45。的勻強電場，進入電場后小球受到的電場力

大小為小球在運動過程中電荷量保持不變，重力加速度為g。求：

(1)彈簧壓縮至A點時的彈性勢能；

(2)小球經過。點時的速度大?。?/p>

(3)小球過。點后運動的軌跡方程。

【答案】⑴^mgR；(2)%=師；(3)∕=6‰

【詳解】(1)小球從A到8,根據能量守恒定律得

Ep=^mv]l=^mgR

(2)小球從B到。根據動能定理有

TngR+qE?叵R=———mv1

解得

(3)小球運動至O點時速度豎直向上，受電場力和重力作用，將電場力分解到X軸和y軸.

則X軸方向有

cos45=max

豎直方向有

qEsin45-mg-maγ

解得

ax=g,ay=0

說明小球從。點開始以后的運動為Λ?軸方向做初速度為零的勻加速直線運動，y軸方向做勻速

直線運動，即做類平拋運動，則有

12

x=2gt，y=%r

聯立解得小球過。點后運動的軌跡方程

y1=6Rx

13.(2022?重慶?高考真題)某同學以金屬戒指為研究對象，探究金屬物品在變化磁場中的熱效

應。如圖所示，戒指可視為周長為L、橫截面積為S、電阻率為P的單匝圓形線圈，放置在勻

強磁場中，磁感應強度方向垂直于戒指平面。若磁感應強度大小在△，時間內從0均勻增加到

B0,求：

(1)戒指中的感應電動勢和電流；

(2)戒指中電流的熱功率。

【答案】⑴E=需露：⑵P=房中

【詳解】(D設戒指的半徑為L則有

L=2πr

磁感應強度大小在加時間內從0均勻增加到Bn,產生的感應電動勢為

E=-?πr2

Z

可得

E=庭

4πXl

戒指的電阻為

則戒指中的感應電流為

,1E——B=O-LS--

R4πpZ

(2)戒指中電流的熱功率為

B-1}S

P=I2R=

16π?2p(?/)2

14.(2022?湖北?高考真題)如圖所示，高度足夠的勻強磁場區(qū)域下邊界水平、左右邊界豎直,

磁場方向垂直于紙面向里。正方形單匝線框abc<∕的邊長Z=O.2m、回路電阻R=L6x10'

小、質量機=0.2kg。線框平面與磁場方向垂直，線框的4d邊與磁場左邊界平齊，必邊與磁

場下邊界的距離也為乙?，F對線框施加與水平向右方向成。=45。角、大小為4√iN的恒力F,

使其在圖示豎直平面內由靜止開始運動。從必邊進入磁場開始，在豎直方向線框做勻速運

動；A邊進入磁場時，兒邊恰好到達磁場右邊界。重力加速度大小取g=10m∕s1求：

(1)必邊進入磁場前，線框在水平方向和豎直方向的加速度大小；

(2)磁場的磁感應強度大小和線框進入磁場的整個過程中回路產生的焦耳熱；

(3)磁場區(qū)域的水平寬度。

【答案】⑴ax=20m∕s2,ay=10m∕s2；(2)B=0.2T,Q=0,4J；(3)X=1.1m

【詳解】(1)"邊進入磁場前，對線框進行受力分析，在水平方向有

max=FCOSe

代入數據有

ax=20m∕s2

在豎直方向有

may=FSinO-mg

代入數據有

ay-10m∕s2

(2)帥邊進入磁場開始，必邊在豎直方向切割磁感線；.d邊和從邊的上部分也開始進入磁

場，且在水平方向切割磁感線。但和反邊的上部分產生的感應電動勢相互抵消，則整個回

路的電源為"，根據右手定則可知回路的電流為αdc加，則"邊進入磁場開始，他邊受到的

安培力豎直向下，，以邊的上部分受到的安培力水平向右，A邊的上部分受到的安培力水平向

左，貝卜以邊和權?邊的上部分受到的安培力相互抵消，故線框HC"受到的安培力的合力為必

邊受到的豎直向下的安培力。由題知，線框從必邊進入磁場開始，在豎直方向線框做勻速運

動，有

Fs?r?Θ-rng-BlL=O

E-BLvy

R

vy2=2ayL

聯立有

B=0.2T

由題知，從"邊進入磁場開始，在豎直方向線框做勻速運動；de邊進入磁場時，A邊恰好到

達磁場右邊界。則線框進入磁場的整個過程中，線框受到的安培力為恒力，則有

Q=W安=BlLy

>=L

∕7SinG7ng=BIL

聯立解得

Q=0.4J

（3）線框從開始運動到進入磁場的整個過程中所用的時間為

vy=ayti

L-vyt2

t=tl+t2

聯立解得

t-0.3s

由（2）分析可知線框在水平方向一直做勻加速直線運動，則在水平方向有

11

x=-at~7=—×20×0.3"7m=0.9m

2r2

則磁場區(qū)域的水平寬度

X=X+L=Llm

15.（2022?浙江?高考真題）艦載機電磁彈射是現在航母最先進的彈射技術，我國在這一領域已

達到世界先進水平。某興趣小組開展電磁彈射系統(tǒng)的設計研究，如圖1所示，用于推動模型飛

機的動子（圖中未畫出）與線圈絕緣并固定，線圈帶動動子，可在水平導軌上無摩擦滑動。線

圈位于導軌間的輻向磁場中，其所在處的磁感應強度大小均為反開關S與1接通，恒流源與

線圈連接，動子從靜止開始推動飛機加速，飛機達到起飛速度時與動子脫離；此時S擲向2接

通定值電阻Ro,同時施加回撤力E在尸和磁場力作用下，動子恰好返回初始位置停下。若動

子從靜止開始至返回過程的V"圖如圖2所示，在力至"時間內F=(800-10v)N,6時撤去

Fo已知起飛速度v∕=80m∕s,f∕=1.5s,線圈匝數“=100匝，每匝周長∕=lm,飛機的質量

A/=IOkg,動子和線圈的總質量m=5kg,Ro=9.5Q,β=0,1T,不計空氣阻力和飛機起飛對動子

運動速度的影響，求

(1)恒流源的電流/；

(2)線圈電阻R；

(3)時刻⑦

【答案】(1)80A；(2)R=O.5Ω；(3)f√I±2s

32

【詳解】(1)由題意可知接通恒流源時安培力

F長=nBIl

動子和線圈在0?力時間段內做勻加速直線運動，運動的加速度為

根據牛頓第二定律有

F.ii=(M+tri)a

代入數據聯立解得

∕Y=8°A

(2)當S擲向2接通定值電阻描時，感應電流為

〃nBlv

I=--------

%+R

此時安培力為

FE=nBI,l

所以此時根據牛頓第二定律有

(800-10v)+“"Wv=ma

R,+R

由圖可知在：至G期間加速度恒定，則有

&+R

解得

R=0.5Ω,√=160m∕s2

(3)根據圖像可知

/?-t=—=0.5s

la,

故(2=2S;