高考物理专题19 线框切割磁感线模型（原卷版）

高考物理《电磁感应》常用模型最新模拟题精练专题19.线框切割磁感线模型一、选择题1.（2023山东潍坊期末）如图所示，平面的第一象限内存在垂直纸面向里的有界匀强磁场，磁场边界与轴成角，边长为的正方形金属框MNPQ中心位于磁场边界上，电阻为R。现使金属框匀速向右运动至完全进入磁场过程中，下列说法正确的是（ ）A.金属框中感应电流的大小和方向都不变B.金属框中磁通量的变化率变大C.金属框中感应电动势的变化率不变D.通过金属框的电荷量为2.（2023湖南永州一模）如图所示，水平虚线、之间存在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁场区域的高度为h。竖直平面内有一质量为m的直角梯形线框，其底边水平，上、下边长之比为1：4，高为线框ABCD在磁场边界的下方h处，受到竖直向上的拉力作用，从静止开始运动（上升过程中底边始终水平，线框平面始终与磁场方向垂直），当AB边刚进入磁场时，线框的加速度恰好为零，且在DC边刚进入磁场前的一段时间内，线框做匀速运动。重力加速度为g，下列正确的是（ ）A.AB边刚进入磁场时，线框的速度为B.AB边刚进入磁场时，线框中感应电流的瞬时电功率为C.DC边刚进入磁场时，线框加速度大小为D.从线框开始运动到DC边刚进入磁场的过程中，线框产生的焦耳热为3.（2022高考上海）如图，一个正方形导线框以初速度v0向右穿过一个有界的匀强磁场。线框两次速度发生变化所用时间分别为t1和t2以及这两段时间内克服安培力做的功分别为W1和W2，则（）A.t1＜t2，W1＜W2，B.t1＜t2，W1＞W2，C.t1＞t2，W1＜W2，D.t1＞t2，W1＞W2，4.（2022山西临汾模拟）如图所示，某空间存在一磁感应强度大小为，方向垂直于纸面（竖直平面）向里的匀强磁场区域，磁场的上、下边界均为水平面且间距为，纸面内磁场上边界的上方有一质量为，电阻为的正方形导线框，其边长也为，上、下两边均与磁场边界平行。将线框以初速度水平抛出，线框恰能匀速进入磁场，重力加速度为，不计空气阻力，则下列说法正确的是（ ）A.线框出磁场的瞬间比进磁场的瞬间所受的安培力大B.线框抛出时边距离磁场上边界的高度为C.线框通过磁场过程中产生的热量为D.线框通过磁场的过程中水平位移为5．（2021宁夏银川模拟）如图甲所示，abcd是位于竖直平面内的正方形闭合金属线框，金属线框的质量为m，电阻为R，在金属线框的下方有一匀强磁场区域，MN和PQ是匀强磁场区域的水平边界，并与线框的bc边平行，磁场方向垂直纸面向里。现使金属线框从MN上方某一高度处由静止开始下落，图乙是金属线框由开始下落到bc边刚好运动到匀强磁场PQ边界的v---t图像。图中数据均为已知量，重力加速度为g，不计空气阻力，则在线框穿过磁场的过程中，下列说法正确的是A．t1到t2的过程中，线框中感应电流方向沿逆时针方向B．线框的边长为v1（t2-t1）C．安培力的最大功率为D．安培力的最大功率为6．（2021江西九校协作体联考）如图所示，x轴上方有两条曲线均为正弦曲线的半个周期，其高和底的长度均为，在x轴与曲线所围的两区域内存在大小均为B，方向如图所示的匀强磁场，MNPQ为一边长为的正方形导线框，其电阻为R，MN与x轴重合，在外力的作用下，线框从图示位置开始沿x轴正方向以速度v匀速向右穿越磁场区域，则下列说法正确的是（） A．线框的PN边到达x坐标为处时，感应电流最大 B．线框的PN边到达x坐标为处时，感应电流最大 C．穿越磁场的整个过程中，线框中产生的焦耳热为 D．穿越磁场的整个过程中，外力所做的功为二、计算题1.（2023河北保定期末）如图所示，相距为L的虚线MN、PQ间存在垂直水平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。边长为L、质量为m、电阻值为R的正方形线圈ABCD静止在光滑水平面上，AB边刚好与MN重合。现对线圈施加一水平向右的力F，线圈进入磁场的过程中速度与线圈位移关系为v=kx，当AB边刚出磁场时撤去力F。求：（1）刚撤去力F时线圈的加速度；（2）在线圈进入磁场过程中力F做的功；（3）CD边即将离开磁场时，CD两端的电势差UCD。2.（2022山东淄博高二期末）如图甲所示，在绝缘光滑水平桌面上，以O为原点、水平向右为正方向建立x轴，在区城内存在方向竖直向上的匀强磁场。桌面上有一边长、电阻的正方形线框abcd，当平行于磁场边界的cd边进入磁场时，在沿x方向的外力F作用下以的速度做匀速运动，直到ab边进入磁场时撤去外力。若以cd边进入磁场时作为计时起点，在内磁感应强度B的大小与时间t的关系如图乙所示，线框始终做匀速运动。（1）求外力F的大小；（2）求在内导线框中产生的热量Q；（3）若在内匀强磁场的磁感应强度发生连续变化（图乙中未画出），线框仍以的速度做匀速运动，则时的磁感应强度B多大？3．（2023浙江宁波重点高中期末）（10分）基于电磁阻尼设计的电磁缓冲器是应用于车辆上以提高运行安全性及乘坐舒适程度的辅助制动装置．其电磁阻尼作用可以借助图1模型讨论：光滑斜面倾角为37o，其上L1、L2、L3、L4等间距且与斜面底边平行，间距a=0.2m，L1和L2之间，L3和L4之间存在垂直于斜面向下的匀强磁场，磁感应强度B均为1T．有一矩形线圈MNPQ从图示位置（MN边与斜面底边平行）由静止释放，已知边长lMN=0.2m，线圈质量m=0.01kg，内阻R=2Ω．从线圈释放开始计时，t3时刻线圈PQ边恰好从L4离开磁场，其运动图像如图2所示，求：（1）线圈在阻尼作用下匀速运动时v2的大小；（2）t2-t3过程中线圈所产生的热量Q；（3）线圈在磁场区域内无阻尼作用时做匀加速直线运动所经历的时间t12．第21题图1第21题图24.（2023湖南三湘创新发展联考）质量为m、边长为L的均匀导线首尾相接制成的单匝正方形闭合导线框abcd，总电阻为R。将其置于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场上方h处，磁场的上边界水平，方向垂直纸面向外，如图所示。将导线框由静止释放，当导线框一半面积进入磁场时，恰好处于平衡状态，导线框平面保持在竖直平面内，且b、d两点的连线始终水平，已知重力加速度大小为g，不计空气阻力。求：（1）导线框一半面积进入磁场时，导线框的速度大小v；（2）导线框从静止下落到一半面积进入磁场时，导线产生的热量Q；（3）导线框从静止下落到完全进入磁场时，通过导线框某一横截面的电荷量q。5.（2023浙江舟山质检）如图所示，、是光滑平行轨道，间距为，左侧倾斜部分为电阻不计的金属轨道，水平部分轨道为绝缘材料制成，两部分轨道在处平滑连接，左侧倾斜轨道倾角为，轨道固定且水平部分足够长。轨道顶端间接有阻值为的电阻，左侧倾斜部分所在区域分布着垂直导轨平面向下、磁感应强度的匀强磁场，水平轨道上放置一质量的“”型金属框，“”型金属框三边长均为L，每边的电阻均为。金属框右侧区域内存在宽度为L，磁感应强度也为B匀强磁场。现将一根质量，长度为L，电阻的金属棒从图示位置静止释放，金属棒到达倾斜轨道底端前已处于匀速运动状态。金属棒到达水平轨道后与“”型金属框粘在一起形成闭合金属框。则：（1）金属棒下滑过程中，a、b两点哪点电势高；（2）求金属棒匀速下滑的速度大小；（3）金属框刚进入水平轨道上的磁场区域时，两端的电势差；（4）闭合金属框能否穿过水平轨道上的磁场区域？若能，请计算金属框穿过磁场区域后的速度大小；若不能，请计算边与磁场区域左边界的最大距高。6．.（2022福建福州3月质检1）如图所示，在相距为h的两水平虚线之间存在磁感应强度为B、方向垂直竖直平面向里的匀强磁场，在该竖直平面内有一质量m、电阻为R的正方形线框abcd。现用竖直向上的恒力向上提线框，从位置I静止开始向上运动一段距离，匀速穿过整个磁场区域；到达位置II（此时ab边与磁场上边界重合）时，撤去向上恒力，然后线框继续向上运动一段时间后落回，又匀速穿过整个磁场。线框运动过程中，cd边始终与磁场上下边界平行，不计空气阻力，重力加速度为g。求：（1）ab边向下进入磁场时，线框中电流方向和线框速度大小v；（2）在I位置时cd边离磁场下边界的距离H。7．（2021·辽宁朝阳市·高三月考）如图所示，绝缘水平面上有条形区域I、Ⅱ、Ⅲ，其宽度均为s，区域I内有磁感应强度大小为B、竖直向下的的匀强磁场（俯视图）。用粗细均匀的电阻丝制成边长为s的单匝正方形金属线框，线框总电阻为R，质量为，线框制作平整，与水平面贴合良好，除区域Ⅲ水平面与线框间有恒定的动摩擦因数外，其余部分光滑。线框以初速度进入匀强磁场，运动至线框中心对称线与重合时速度恰好减为0，重力加速度为g，求：（1）线框刚好完全进入区域I的速度大小；（2）区域Ⅲ与线框间的动摩擦因数。8.（2020湖北黄冈模拟3）如图所示，两平行的光滑金属导轨固定在竖直平面内，导轨间距为L、足够长且电阻忽略不计，条形匀强磁场的宽度为d，磁感应强度大小为B、方向与导轨平面垂直。长度为2d的绝缘杆将导体棒和正方形的单匝导线框连接在一起组成装置，总质量为m，置于导轨上。导体棒与金属导轨总是处于接触状态，并在其中通以大小恒为I的电流（由外接恒流源产生，图中未图出）。线框的边长为d（d＜L），电阻为R，下边与磁场区域上边界重合。将装置由静止释放，导体棒恰好运动到磁场区域下边界处返回，导体棒在整个运动过程中始终与导轨垂直，重力加速度为g。试求：（1）装置从释放到开始返回的过程中，线框中产生的焦耳热Q；（2）经过足够长时间后，线框上边与磁场区域下边界的最大距离xm。9.如图甲所示，有一竖直方向的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里，区域的上下边缘间距为H＝85cm，磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示。有一长L1＝20cm、宽L2＝10cm、匝数n＝5的矩形线圈，其总电阻R＝0.2Ω、质量m＝0.5kg，在t＝0时刻，线圈从离磁场区域的上边缘高为h＝5cm处由静止开始下落，0.2s时线圈刚好全部进入磁场，0.5s时线圈刚好开始从磁场中出来。不计空气阻力，重力加速度g取10m/s2。求：(1)线圈穿过磁场区域所经历的时间t；(2)线圈穿过磁场区域产生的热量Q。10.如图所示,一质量为m、边长为h的正方形金属线框abcd自某一高度由静止下落,依次经过两匀强磁场区域,且金属线框bc边的初始位置离磁场B1的上边界的高度为h4,两磁场的磁感应强度分别为B1和B2,且B1=2B0,B2=B0(B0已知),两磁场的间距为H(H未知,但H>h),线框进入磁场B1时,始终做加速度为g的匀加速直线运动,有时需对线框施加竖直方向的外力F,且H=2h,线框的电阻为R.求:(1)当正方形金属线框abcd的bc边恰好进入磁场B2时的竖直外力F;(2)当正方形金属线框abcd从静止开始运动到bc边离开磁场B1,通过线框a点的电荷量Q.