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北京市高三各次模拟电磁综合试题汇编 2112年部分 西城一模 （20分）如图1所示，一端封闭的两条平行光滑长导轨相距L，距左端L处的右侧一段被弯成半径为的四分之一圆弧，圆弧导轨的左、右两段处于高度相差的水平面上。以弧形导轨的末端点O为坐标原点，水平向右为x轴正方向，建立Ox坐标轴。圆弧导轨所在区域无磁场；左段区域存在空间上均匀分布，但随时间t均匀变化的磁场B(t)，如图2所示；右段区域存在磁感应强度大小不随时间变化，只沿x方向均匀变化的磁场B(x)，如图3所示；磁场B(t)和B(x)的方向均竖直向上。在圆弧导轨最上端，放置一质量为m的金属棒ab，与导轨左段形成闭合回路，金属棒由静止开始下滑时左段磁场B(t)开始变化，金属棒与导轨始终接触良好，经过时间t0金属棒恰好滑到圆弧导轨底端。已知金属棒在回路中的电阻为R，导轨电阻不计，重力加速度为g。 （1）求金属棒在圆弧轨道上???动过程中，回路中产生的感应电动势E； （2）如果根据已知条件，金属棒能离开右段磁场B(x)区域，离开时的速度为v，求金属棒从开始滑动到离开右段磁场过程中产生的焦耳热Q； （3）如果根据已知条件，金属棒滑行到x=x1位置时停下来， a. 求金属棒在水平轨道上滑动过程中通过导体棒的电荷量q； b. 通过计算，确定金属棒在全部运动过程中感应电流最大时的位置。 a b B(t) B(x) L L 图1 t t0 B0 O B(t) 图2 图3 x x0 B0 O B(x) O x 解答（1）由图2可知， 根据法拉第电磁感应定律，感应电动势 ① （2）金属棒在弧形轨道上滑行过程中，产生的焦耳热 金属棒在弧形轨道上滑行过程中，根据机械能守恒定律 ② 金属棒在水平轨道上滑行的过程中，产生的焦耳热为，根据能量守恒定律 所以，金属棒在全部运动过程中产生的焦耳热 （3）a．根据图3，x=x1（x1﹤x0）处磁场的磁感应强度。设金属棒在水平轨道上滑行时间为。由于磁场B(x)沿x方向均匀变化，根据法拉第电磁感应定律时间内的平均感应电动势所以，通过金属棒电荷量 b. 金属棒在弧形轨道上滑行过程中，根据①式， 金属棒在水平轨道上滑行过程中，由于滑行速度和磁场的磁感应强度都在减小，所以，此过程中，金属棒刚进入磁场时，感应电流最大。根据②式，刚进入水平轨道时，金属棒的速度 所以，水平轨道上滑行过程中的最大电流若金属棒自由下落高度，经历时间，显然t0﹥t 所以， a Ε B P 综上所述，金属棒刚进入水平轨道时，即金属棒在x= 0处，感应电流最大。 评分说明：本题共20分。第（1）问4分；第（2）问6分；第（3）问10分 朝阳区 （20分）如图所示，在坐标系xOy所在平面内有一半径为a的圆形区域，圆心坐标O1（a , 0），圆内分布有垂直xOy平面的匀强磁场。在坐标原点O处有一个放射源，放射源开口的张角为90°，x轴为它的角平分线。带电粒子可以从放射源开口处在纸面内朝各个方向射出，其速率v、质量m、电荷量+q均相同。其中沿x轴正方向射出的粒子恰好从O1点的正上方的P点射出。不计带电粒子的重力，且不计带电粒子间的相互作用。 （1）求圆形区域内磁感应强度的大小和方向； （2）a．判断沿什么方向射入磁场的带电粒子运动的时间最长，并求最长时间； b．若在y≥a的区域内加一沿y轴负方向的匀强电场，放射源射出的所有带电粒子运动过程中将在某一点会聚，若在该点放一回收器可将放射源射出的带电粒子全部收回，分析并说明回收器所放的位置。 （20分）解答：（1）设圆形磁场区域内的磁感应强度为B，带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力提供向心力：其中R=a则： 由左手定则判断磁场方向垂直于xOy平面向里 （6分） （2）沿与x轴45°向下射出的带电粒子在磁场中运动的时间最长，轨迹如图，根据几何关系粒子离开磁场时速度方向沿y轴正方向，∠OO3Q=135o。 设该带电粒子在磁场中运动的时间为t，根据圆周运动周期公式得： 所以： （8分） （3）设某带电粒子从放射源射出，速度方向与x轴的夹角为α，做速度v的垂线，截取OO4=a，以O4为圆心a为半径做圆交磁场边界于M点。由于圆形磁场的半径与带电粒子在磁场中运动的半径均为a，故OO1MO4构成一个菱形，所以O4M与x轴平行，因此从放射源中射出的所有带电粒子均沿y轴正方向射出。带电粒子在匀强电场中做匀减速直线运动，返回磁场时的速度与离开磁场时的速度大小相等方向相反，再进入磁场做圆周运动，圆心为O5，OO4O5N构成一平行四边形，所以粒子在磁场中两次转过的圆心角之和为180°，第二次离开磁场时都经过N点。故收集器应放在N点，N点坐标为（2a，0）。 （6分） 东城 （丙） F