2012年高考物理预测100题（十四）

高中物理中的电路包括直流电流和交流电路、电磁感应，电路规律主要有欧姆定律和闭合电路欧姆定律、电阻定律、焦耳定律、电功和电功率、正弦交变电流变化规律和描述、电容器和电感器对电路的影响、变压器和电能输送、安培力和左手定则、判断电流产生磁场的安培定则、法拉第电磁感应定律、楞次定律等。高考对电路的考查每年每份试卷都有34个题，分值占总分的1825%。高考命题重点为电功和电功率、欧姆定律和闭合电路欧姆定律、动态电路、含电容器电路、正弦交变电流图象、变压器、安培力和左手定则、安培定则、法拉第电磁感应定律、楞次定律等。核心考点一、电磁感应中的力学问题【核心考点解读】闭合回路中的一部分导体做切割磁感线运动产生感应电动势和感应电流，通电导体在磁场中将受到安培力的作用，从而使电磁感应问题与力学问题联系在一起，成为力电综合问题。解答电磁感应中的力电综合问题的思路是：先根据法拉第电磁感应定律求出感应电动势，然后根据闭合电路欧姆定律求出回路中的感应电流及导体棒中的电流，再应用安培力公式及左手定则确定安培力的大小及方向，分析导体棒的受力情况应用牛顿运动定律列出方程求解。【预测题】1如图8所示，相距为d的两条水平虚线L1、L2之间是方向水平向里的匀强磁场，磁感应强度为B，正方形线圈abcd边长为l（l<d），质量为m，电阻为R，将线圈在磁场上方高h处静止释放，cd边刚进入磁场时速度为v0，cd边刚离开磁场时速度也为v0，则下列说法正确的是（ ）A线圈进入磁场的过程中，感应电流为逆时针方向B线圈进入磁场的过程中，可能做加速运动C线圈穿越磁场的过程中，线圈的最小速度可能为D线圈从ab边进入磁场到ab边离开磁场的过程，感应电流做的功为mgd【解析】由右手定则可判断出线圈进入磁场的过程中，感应电流为逆时针方向，选项A正确；由于cd边刚离开磁场时速度也为v0，所以线圈进入磁场的过程，只能是减速运动，选项B错误；当线圈完全进入磁场的减速过程中，可能存在最小速度，由mg=BIl，I=E/R，E=Blv可得可能的最小速度为。cd边离开磁场时线圈做减速运动，与进入过程相同。由能量守恒定律可得，线圈从ab边进入磁场到ab边离开磁场的过程，感应电流做的功为mgd，选项D正确。答案：ACD【名师点评】此题通过正方形线圈在竖直平面内通过匀强磁场，意在综合考查右手定则、电磁感应、变速运动、安培力、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、能量守恒定律等。【预测题】2如图所示，两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ间距为l=0.5m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角。完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒的质量均为m= 0.02kg，电阻均为R=0.1，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B=0.4T，棒ab在平行于导轨向上的力F1作用下，以速度v2m/s沿导轨向上匀速运动，而棒cd在平行于导轨的力F2的作用下保持静止。取g=10m/s2，（1）求出F2的大小和方向（2）棒cd每产生Q=1J的热量，力F1做的功W是多少？（3）若释放棒cd，保持ab棒速度v2m/s不变，棒cd的最终速度是多少？【解析】（1）金属棒ab的电动势： 回路的电流强度： 棒cd受的安培力 ，方向平行于导轨向上。假设F2的方向平行于导轨向上，由平衡条件：，负号表示F2的方向与假设的方向相反，即F2的方向平行于导轨向下。 （2）由可知棒cd产生Q=1J热量的时间: 在时间t内，棒ab的位移 棒ab受的安培力沿导轨向下，大小为：力F1做的功 （3）刚释放cd棒时，cd棒沿导轨向上加速运动，既abcd闭合回路的；电流强度减小，cd棒受的安培力也减小，当时，cd棒的加速度为零， cd棒的速度达到最大并做匀速运动，此时： 由解得：vcd=1.5m/s。 【名师点评】此题综合考查安培力、平衡条件、功、热量等。【预测题】3如图所示，宽为L的光滑长金属导轨固定在竖直平面内，不计电阻。将两根质量均为m的水平金属杆ab、cd用长h的绝缘轻杆连接在一起，放置在轨道上并与轨道接触良好，ab电阻R，cd电阻2R。虚线上方区域内存在水平方向的匀强磁场，磁感应强度B。（1）闭合电键，释放两杆后能保持静止，则ab杆受的磁场力多大？（2）断开电键，静止释放金属杆，当cd杆离开磁场的瞬间，ab杆上焦耳热功率为P，则此时两杆速度为多少？（3）断开电键，静止释放金属杆，若磁感应强度B随时间变化规律为B=kt（k为已知常数），求cd杆离开磁场前，两杆内的感应电流大小。某同学认为：上述情况中磁通量的变化规律与两金属杆静止不动时相同，可以采用=B·Lh 计算磁通量的改变量该同学的想法是否正确？若正确，说明理由并求出结果；若不正确，说明理由并给出正确解答。【解析】( 1）设ab杆受磁场力F，则cd杆受F/2，对两杆整体分析，有2mg=F+ F/2；解得F=4mg/3 (2）ab杆上功率P=I2R，I=E/3R= BLv/3R联立解得：。(3）正确。因为线框的运动不会改变磁通量大小。磁通量的改变是因为磁感应强度的改变。E= =·Lh=kLhI=E/3R= kLh/3R。【名师点评】此题综合考查安培力、平衡条件、功率、法拉第电磁感应定律。闭合电路欧姆定律等。核心考点二、电磁感应中的能量问题【核心考点解读】导体切割磁感线或磁通量变化过程，在回路中产生感应电流，机械能转化为电能。电流通过导体受到安培力作用或通过电阻发热、电能转化为机械能或内能。因此电磁感应过程总是伴随着能量的转化。利用能量守恒定律解答电磁感应中能量问题，快捷方便。【预测题】1如图所示，回路竖直放在匀强磁场中，磁场的方向垂直于回路平面向外。导体AC可以贴着光滑竖直长导轨下滑。设回路的总电阻恒定为R，当导体AC从静止开始下落后，下面叙述中正确的说法有（ ）A导体下落过程中，机械能守恒 B导体加速下落过程中，导体减少的重力势能全部转化为在电阻上产生的热量C导体加速下落过程中，导体减少的重力势能转化为导体增加的动能和回路中增加的内能D导体达到稳定速度后的下落过程中，导体减少的重力势能大于回路中增加的内能【解析】导体下落过程中，由于受到安培力作用，机械能不守恒，选项A错误；导体加速下落过程中，导体减少的重力势能一部分转化为动能，另一部分转化为在电阻上产生的热量，选项B错误C正确；导体达到稳定速度后的下落过程中，导体减少的重力势能等于回路中增加的内能，选项D错误。答案：C【名师点评】此题考查机械能与电能、内能的转化。【预测题】2如图9甲所示，光滑绝缘水平面上一矩形金属线圈 abcd的质量为m、电阻为R、ad边长度为L，其右侧是有左右边界的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B，ab边长度与有界磁场区域宽度相等，在t=0时刻线圈以初速度v0进入磁场，在t=T时刻线圈刚好全部进入磁场且速度为vl，此时对线圈施加一沿运动方向的变力F，使线圈在t=2T时刻线圈全部离开该磁场区，若上述过程中线圈的vt图象如图9乙所示，整个图象关于t=T轴对称 (1)求t=0时刻线圈的电功率； (2)线圈进入磁场的过程中产生的焦耳热和穿过磁场过程中外力F所做的功分别为多少? (3)若线圈的面积为S，请运用牛顿第二运动定律和电磁学规律证明：在线圈进人磁场过程中，v0- vl=。【解析】(1)t=0时，E=BLv0，线圈电功率P=。(2)线圈进入磁场的过程中动能转化为焦耳热Q=mv02-mv12；由动能定理，合外力做功等于动能变化，WF-WA=mv02-mv12；而克服安培力做功等于线圈进入磁场的过程中产生的焦耳热，即WA=Q。穿过磁场过程中外力F所做的功WF=mv02-mv12+Q=mv02-mv12。(3)根据微元法思想，将时间分为若干等分，每一等分可看成匀变速，对于第n等份，线圈加速度an=，由匀变速直线运动规律，得vn-vn+1=tn。v0-v1=(I1t1+I2 t 2+In t n)，其中I1 t 1+I2 t 2+In t n=Q。而电量Q=It=，v0-v1=【名师点评】此题以线圈穿过匀强磁场区域的vt图象给出解题信息，将计算与证明融为一题，意在综合考查法拉第电磁感应定律、动能定理、功能关系、微元法、匀变速直线运动规律等。核心考点三、电磁感应与电路综合【核心考点解读】在电磁感应中，切割磁感线的那部分导体或磁通量发生变化的回路产生感应电动势，该部分导体或回路就是电源，其中的电流方向是由电源负极指向正极（电源内部）。解决电磁感应与电路综合问题的基本方法是：首先明确其等效电路，然后根据电磁感应定律和楞次定律或右手定则确定感应电动势的大小和方向，再根据电路的有关规律进行综合分析计算。【预测题】1如图所示，两根足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨相距为L=1m，导轨平面与水平面成=30°角，上端连接R=15的电阻。质量为m=02 kg、阻值r=05的金属棒ab放在两导轨上，与导轨垂直并接触良好，距离导轨最上端d=4 m，整个装置处于匀强磁场中。磁感应强度B的大小与时间t成正比，磁场的方向垂直导轨平面向上。金属棒ab在沿平行斜面方向的外力F作用下保持静止，当t=2s时外力F恰好为零(g=10 ms2)。求t=2s时刻ab棒的热功率。【解析】设根据题意，设磁感应强度与时间的关系为Bkt根据法拉第电磁感应定律，回路中的电动势 (2分)根据欧姆定律，回路中的电流 (2分)当外力F为零时 (2分)由以上各式解得 k0.5 T/s，I1 A （1分）ab上消耗的功率0.5 W (2分)【名师点评】此题考查法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、平衡条件、热功率等。【预测题】2.如图所示，竖直平面内有无限长、不计电阻的两组平行光滑金属导轨，宽度均为L=0.5m，上方连接一个阻值R=1的定值电阻，虚线下方的区域内存在磁感应强度B=2T的匀强磁场。完全相同的两根金属杆1和2靠在导轨上，金属杆与导轨等宽且与导轨接触良好，电阻均为r=0.5。将金属杆1固定在磁场的上边缘（仍在此磁场内），金属杆2从磁场边界上方h0=0.8m处由静止释放，进入磁场后恰作匀速运动。求：（1）金属杆2进入磁场时的速度。（2）金属杆的质量m为多大？（3）若金属杆2从磁场边界上方h1=0.2m处由静止释放，进入磁场经过一段时间后开始匀速运动。在此过程中整个回路产生了1.4J的电热，则此过程中流过电阻R的电量q为多少？（4）金属杆2仍然从离开磁场边界h1=0.2m处由静止释放，在金属杆2进入磁场的同时由静止释放金属杆1，两金属杆运动了一段时间后均达到稳定状态，试求两根金属杆各自的最大速度。（已知两个电动势分别为E1、E2不同的电源串联时，电路中总的电动势E=E1+E2。）【解析】（1）金属杆2进入磁场前做自由落体运动，vm=m/s=4m/s （2）金属杆2进入磁场后受两个力平衡：mg=BIL， 且E=BLvm，