2023年高考物理十年压轴真题题型解读与模拟预测 电磁学压轴选择题

电磁学压轴选择题（全国甲卷和I卷）

高考物理电磁学压轴题是考查学生物理学科素养高低的重要载体，表现为综合性强、求解难

度大、对考生的综合分析能力和应用数学知识解决物理问题的能力要求高等特点。

一、命题范围

1.带电粒子在电场中的运动（压轴指数★★★）

①带电粒子在匀强电场中的直线运动和类平抛运动。

②带电粒子在非匀强电场中的一般运动。

③带电粒子在交变电场中的运动

主要考查电场强度、电势、电势能、电势差、电场力做的功。

2.带电粒子在磁场中的运动（压轴指数★★★）

①同一带电粒子在有界匀强磁场的运动。

②两个或两个以上带电粒子在有界匀强磁场的运动。

3.带电粒子在组合、复合场中的运动（压轴指数★★★★）

①带电粒子由电场进入磁场

②带电粒子由磁场进入电场

③带电粒子在电场、磁场、重力场的往复运动

4.电磁感应的综合问题（压轴指数★★★★★）

①电磁感应的力学综合问题

②电磁感应的电学综合问题

③电磁感应的图像问题

5.交流电、变压器（压轴指数★★★）

①交流的产生过程和峰值、有效值

②变压器的电压关系、电流关系和能量关系

③远距离输电问题

二、命题类型

1.电磁场单一情境型。物理情境选自生活生产情境或学习探究情境，物理力学情境综合型试

题的物理模型有：带电粒子、带电小球、带电油滴等模型。已知条件情境化、隐秘化、需要

仔细挖掘题目信息。求解方法技巧性强、灵活性高、应用数学知识解决问题的能力要求高的

特点。命题点常包含：匀变速直线运动、圆周运动、抛体运动等。命题常将电场、磁场部分

知识与运动学、力学、功能关系等多个物理规律的综合运用，有时也会与相关图像联系在一

起。

2.单一或两个带电粒子在组合场、叠加场、交变场的运动问题。对带电粒子在不同的区

域，受力分析和运动过程分析，判断带电粒子的运动性质，利用数学语言列方程求解。画运

动过程示意图，确定临界条件。

3.电磁感应中，将力学、电学、电磁感应等知识灵活应用，利用数学知识处理系列图像。

历年克趣

1.（2022•全国•高考真题）空间存在着匀强磁场和匀强电场，磁场的方向垂直于纸面（xQv

平面）向里，电场的方向沿y轴正方向。一带正电的粒子在电场和磁场的作用下，从坐标原

点。由静止开始运动。下列四幅图中，可能正确描述该粒子运动轨迹的是（）

2.（2019•全国•高考真题）如图，等边三角形线框由三根相同的导体棒连接而成，固定

于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点N与直流电源两端相接，已

如导体棒受到的安培力大小为R则线框受到的安培力的大小为（）

A.2FB.1.5FC.0.5FD.0

3.（2017•全国•高考真题）扫描隧道显微镜（STM）可用来探测样品表面原子尺度上的形

貌，为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜

薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示，无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄

板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是

STM扫描头、

讦市建可加磁场区

_n।~~n

Ll『寤）Ll）

紫铜薄板J.j

X

k

'xX

—

X

Alx-XI

」1

XXXXx-X

XXX'XxlX

XxX

XXX-

x

-X

JX一一X一X一JLX

4.（2016•全国•高考真题）一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻与、&和&的阻值

分别为3Q、1。和4Q,A为理想交流电流表，。为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定

当开关S断开时，电流表的示数为/；当S闭合时，电流表的示数为4/。该变压器原、副线

圈匝数的比值为（）

5.（2015•全国•高考真题）如图所示，直线八方和c、d是处于匀强电场中的两组平行线，

M、N、P、。是它们的交点，四点处的电势分别为外、小、%、%。一电子由“点分别运

动到N点和P点的过程中，电场力所做的负功相等，则（）

A.直线a位于某一等势面内，（PM＞（PQ

B.直线c位于某一等势面内，（PM＞（PN

C.若电子由航点运动到。点，电场力做正功

D.若电子由P点运动到。点，电场力做负功

6.（2014•全国•高考真题）如图（a）,线圈"、cd绕在同一软铁芯上，在溺线圈中通以变

化的电流，测得cd间的电压如图（b）所示，已知线圈内部的磁场与流经的电流成正比，则

下列描述线圈湖中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是（）

图(a)图(b)

7.（2013•全国•高考真题）如图，在水平面（纸面）内有三根相同的均匀金属棒"、ac和

MN,其中a。、ac在。点接触，构成"V"字型导轨.空间存在垂直于纸面的均匀磁场.用力

使向右匀速运动，从图示位置开始计时，运动中始终与勖ac的平分线垂直且和导轨

保持良好接触.下列关于回路中电流，与时间。的关系图线.可能正确的是

两线圈的质量相等，但所用导线的横截面积不同，甲线圈的匝数是乙的2倍。现两线圈在竖

直平面内从同一高度同时由静止开始下落，一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区

域，磁场的上边界水平，如图所示。不计空气阻力，已知下落过程中线圈始终平行于纸面，

上、下边保持水平。在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前，可能出现的是（）

甲□□乙

XXXXX

XXXXX

XXXXX

A.甲和乙都加速运动

B.甲和乙都减速运动

C.甲加速运动，乙减速运动

D.甲减速运动，乙加速运动

11.（2020•全国•高考真题）如图，U形光滑金属框abed置于水平绝缘平台上，时和de边平

行，和be边垂直。ab、de足够长，整个金属框电阻可忽略。一根具有一定电阻的导体棒

置于金属框上，用水平恒力R向右拉动金属框，运动过程中，装置始终处于竖直向下的

匀强磁场中，与金属框保持良好接触，且与A边保持平行。经过一段时间后（）

XXXA4xXXX

Z7-b

XXXXXX厂X

->

XXXXXXX

ac

XXX八TXXXX

A.金属框的速度大小趋于恒定值

B.金属框的加速度大小趋于恒定值

C.导体棒所受安培力的大小趋于恒定值

D.导体棒到金属框be边的距离趋于恒定值

12.（2018,全国,高考真题）图中虚线a、b、c、d、/代表匀强电场内间距相等的一组等势

面，已知平面6上的电势为2V。一电子经过。时的动能为10eV,从a到d的过程中克服电

场力所做的功为6eV。下列说法正确的是（）

abcd

A.平面c上的电势为零

B.该电子可能到达不了平面了

C.该电子经过平面d时，其电势能为4eV

D.该电子经过平面》时的速率是经过d时的2倍

）应培策略

一、电场

1.带电粒子在电场中的运动特点及分析方法

常见运动受力特点分析方法

静止或匀速直

合外力R合=0共点力平衡

线运动

1.匀强电场中：

（1）用动力学观点分析

F令U,,

合外力F合z

a—m，aE—,,v—vo—2ad

W0,且与初速

变速直线运动⑵用功能观点分析

度方向在同一

,191,

条直线上W=qEa=qU=^mv一一产。0~

2.非匀强电场中：

W=qU=Ek2—Eki

带电粒子在匀运动的分解

强电场中的偏进入电场时偏转角•tan6=0=qlhl_^L=

悯我用.ian"VQmd^2Uid

转运动（类平vo-LE

2yo

抛）I

(1)对带电体的受力情况和运动情况进行分析，综合运用牛顿运动定律和匀变速直线运动

的规律解决问题.

(2)根据功能关系或能量守恒的观点，分析带电体的运动时，往往涉及重力势能、电势能

以及动能的相互转化，总的能量保持不变.

3.带电体在电场和重力场的叠加场中的圆周运动

(1)等效重力法

将重力与静电力进行合成，如图4所示，则R合为等效重力场中的“重力”，g,=得为

等效重力场中的“等效重力加速度”，R合的方向等效为“重力”的方向，即在等效重力场中

的竖直向下方向.

等效最高点“一

----等效最低点

图4

(2)等效最高点和最低点：在“等效重力场”中做圆周运动的小球，过圆心作合力的平行

线，交于圆周上的两点即为等效最高点和最低点.

4.带电粒子在交变电场中的运动

处理带电粒子在交变电场中运动的问题时，先画出粒子在电场方向的。一/图像，结合图

像去分析粒子的运动情况，在v~t图像中，图像与t轴所围面积表示沿电场方向粒子的位

移.带电粒子在交变电场中运动常见的。一/图像如图所示.

单向直线运动两点间往复运动

往复运动(一个往复运动(一个

周期内前进)周期内后退)

磁场

1.分析带电粒子在磁场中运动的方法

⑴画轨迹：确定圆心，用几何方法求半径并画出轨迹.

⑵找联系：轨迹半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角

基本思路度与圆心角、运动时间相联系，运动时间与周期相联系.

⑶用规律：利用牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周期

公式和半径公式.

V2

基本公式qvB=m~

mv271m271r

重要结论「B，T~qB，T~v

(1)轨迹上的入射点和出射点的速度垂线的交点为圆心，如图

(a);

(2)轨迹上入射点速度垂线和两点连线中垂线的交点为圆心，如

图(b)；

圆心的确

⑶沿半径方向距入射点距离等于r的点，如图(c)(当r已知或

定

可算)

xX

。仁''；oiV'。产"i

汽'Xi，卜"

；••；x\xX；XX/I

；..!x交^"Lxx!

P^\：\P鞍及x]仪气Xl

(a)(b)(c)

mo?mv

方法一：由物理公式求.由于Bqo—「，所以半径「―的；

半径的确

定方法二：由几何关系求.一般由数学知识(勾股定理、三角函

数等)通过计算来确定.

方法一：由圆心角求.

时间的求

解

方法二：由弧长求.

轨迹圆的(1)粒子从同一直线边界射入磁场和射出磁场时，入射角等于出

几个基本射角.(如图甲，。1=%=仇)

特点(2)粒子速度方向的偏转角等于其轨迹的对应圆心角.(如图

甲,ai=ai)

(3)沿半径方向射入圆形磁场的粒子，出射时亦沿半径方向，如

图乙.(两侧关于两圆心连线对称)

/'卜x.vx7

、岑/飞36

甲乙

⑴解决带电粒子在磁场中运动的临界问题，关键在于运用动态

思维，寻找临界点，确定临界状态，根据粒子的速度方向找出

半径方向，同时由磁场边界和题设条件画好轨迹，定好圆心，

临界问题

建立几何关系.

⑵粒子射出或不射出磁场的临界状态是粒子运动轨迹与磁场边

界相切.

(1)磁场方向不确定形成多解；

⑵带电粒子电性不确定形成多解；

多解成因

(3)速度不确定形成多解；

(4)运动的周期性形成多解.

2.带电粒子在叠加场中的运动

(I).三种典型情况

(1)若只有两个场，合力为零，则表现为匀速直线运动或静止状态.例如电场与磁场叠加

满足qE=qvB时，重力场与磁场叠加满足mg=qvB时，重力场与电场叠加满足mg=qE时.

(2)若三场共存，合力为零时，粒子做匀速直线运动，其中洛伦兹力的方向与速度

v垂直.

(3)若三场共存，粒子做匀速圆周运动时，则有机g=qE,粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆

__D2

周运动，即qvB=m—.

II.当带电粒子做复杂的曲线运动或有约束的变速直线运动时，一般用动能定理或能量守

恒定律求解.

III.分析

能合场、

7注意运动情况和受力情况的结合I

3匀速直线运动f平衡条件I

卜匀速圆周运动f牛顿运动定律和圆周运动规画

选择规电

q复杂曲线运动->动能定理或能量守恒比闲

三、电磁感应

电磁感应中的图像问题

1.电磁感应中常见的图像

常见的有磁感应强度、磁通量、感应电动势、感应电流、速度、安培力等随时间或位移

的变化图像.

2.解答此类问题的两个常用方法

(1)排除法：定性分析电磁感应过程中某个物理量的变化情况，把握三个关注，快速排除

错误的选项.这种方法能快速解决问题，但不一定对所有问题都适用.

如某一过程的起点、终点、转折点

关注特殊时刻

的感应电动势是否为零，电流方向

或特殊位置

(正负)

看电磁感应的发生过程分为几个

关注变化过程一-阶段，这几个阶段是否和图像变化

相对应

看图像的斜率大小、图像的曲直是

关注变化趋势否和物理过程相对应，分析大小和

方向的变化趋势

(2)函数关系法：根据题目所给的条件写出物理量之间的函数关系，再对图像作出判断，

这种方法得到的结果准确、详细，但不够简捷.

电磁感应中的动力学与能量问题

1.电磁感应中的动力学与能量问题常出现的两类情景：一是线框进出磁场；二是导体棒

切割磁感线运动.两类情景都综合了电路、动力学、能量知识，有时还会与图像结合，解题

方法有相通之处.分析思路如下:

用法拉第电磁感应定律(E=〃誓或£=8〃)

“源”?分析『

确定电动势的大小，用楞次定律或右手定则

判断电动势的方向

I“路”而分析H画等效电路图I~•求感应电流/=袅

I----------T-1I----------------------1A+/-

1-

|“力”的分析H安培力F=B〃―4合夕卜力尸合二ma|

,1,「1II

运动”的分析H运动》犬态T加速度。

能量」的分析H分析研究过程中能量转化关系列方程I

2.求解焦耳热。的三种方法

(1)焦耳定律：。=/放，适用于电流恒定的情况；

(2)功能关系：Q=W克安(W克安为克服安培力做的功)；

(3)能量转化：Q=AE(其他能的减少量).

四、变压器和远距离输电

变压器与远距离输电

1.变压器中的制约关系

副线圈的电压。2=言。1,由原线圈的电压U1和匝

电压

数比决定

制约关系

功率原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率尸2决定

电流原线圈电流/1=泉2由副线圈电流72和匝数比决定

2.远距离输电问题

(1)理清三个回路

(2)抓住两个联系

①理想的升压变压器中线圈1(匝数为m)和线圈2(匝数为“2)中各个量间的关系是依=言,

②理想的降压变压器中线圈3(匝数为“3)和线圈4(匝数为“4)中各个量间的关系是穿=詈,

13”4

T14=r~i3,Pi=P4.

(3)掌握一个守恒：能量守恒关系式「1=。损+23.

3.输电线路功率损失的四个表达式

(1)输送功率是指升压变压器输出的功率，损失功率是指由于输电线发热而消耗的功

率.两者关系是。损=。一P'(P为输送功率，P'为用户所得功率).

(2)「损=/线尔线=转上，/线为输电线路上的电流，AU为输电线路上损失的电压，R线为

N线

输电线路电阻.

(3)「损=八。1线.

傀拟残部)

一、单选题

1.如图，倾角为30。的斜面上有一个电荷量为q(q>0)质量为机的小球以vo的初速度水平

抛出。竖直平面内有一水平向左的匀强电场，电场强度为E。已知小球回到斜面时速度方向

与斜面的夹角不变，克服电场力做功塔。从抛出小球到小球回到斜面的运动过程中，下

O

列说法正确的是()

A.E='

Q

B.该系统的机械能不变

C.小球最小速度为申

D.若第二次抛出小球时撤去电场，则两次小球离斜面最远距离之差为冬

48g

2.在现代研究受控热核反应的实验中，需要把IO7~109K的高温等离子体限制在一定空间区

域内，这样的高温下几乎所有作为容器的固体材料都将熔化，磁约束就成了重要的技术。如

图所示，科学家设计了一种中间弱两端强的磁场，该磁场由两侧通有等大同向电流的线圈产

生。假定一带正电的粒子（不计重力）从左端附近以斜向纸内的速度进入该磁场，其运动轨

迹为图示的螺旋线（未全部画出）。此后，该粒子将被约束在左右两端之间来回运动，就像

光在两个镜子之间来回"反射"一样，不能逃脱。这种磁场被形象地称为磁瓶，磁场区域的两

根据上述信息并结合已有的知识，可以推断该粒子（）

A.从左端到右端的运动过程中，沿磁瓶轴线方向的速度分量逐渐变小

B.从靠近磁镜处返回时，在垂直于磁瓶轴线平面内的速度分量为最大值

C.从左端到右端的运动过程中，其动能先增大后减小

D.从左端到右端的运动过程中，其运动轨迹的螺距先变小后变大

3.某空间区域的竖直平面内存在电场，其中竖直的一条电场线如图甲中虚线所示，一个质

量为机、电荷量为q的带负电小球；在电场中从。点由静止开始沿电场线竖直向下运动。以

。为坐标原点，取竖直向下为x轴的正方向，小球的机械能E与位移x的关系如图乙所示，

B.从。到看的过程中，小球的速率越来越大，加速度越来越大

C.从。到七的过程中，相等的位移内，小球克服电场力做的功相等

D.到达々位置时，小球速度的大小为三亘

Vm

4.现代科技中常常利用电场来控制带电粒子的运动。某控制装置由加速电场、偏转电场和

收集装置组成，如图所示。加速电场可以提供需要的电压，偏转电场为辐向电场，其内外圆

形边界的半径分别为为、3%,在半径相等的圆周上电场强度大小都相等，方向沿半径向外，

且满足E=（，•为半径），已知为处的电场强度大小为综，带电粒子的质量为〃?，电荷量

r

为F,不计带电粒子的重力及粒子间的相互作用。则（）

A.加速电场电压无论取多少，粒子只要垂直尸3飞入电场，就一定能做匀速圆周运动

B.要使粒子由静止加速后能从A点沿半径％的圆形轨迹1到达C点，则加速电场的电压为

~2~

C.若加速后从尸3间垂直方向进入的粒子都能做匀速圆周运动而到达收集装置，则粒子

做圆周运动的周期T与轨迹对应半径「应满足的关系式71与匚

V西）％

D.若粒子从3点垂直于。尸方向射入，对应的轨迹2可能是抛物线

5.空间存在匀强磁场，磁感应强度大小为3,方向垂直于纸面，线段跖V是屏与纸面的交

线，长度为4人其左侧有一粒子源S,可沿纸面内各个方向不断发射质量为机、电荷量为

q、速率相同的粒子；SP1MN,P为垂足，如图所示，已知SP=MP=L,若MV上所有的点

都能被粒子从其右侧直接打中，则粒子的速率至少为（）

M

S•——「尸

N

A0血B2qBLc^qBL口屈qBL

mmmm

6.如图甲、乙所示，两空间分别存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，

PQ、PQ分别为纸面内的半圆形曲线，0、。'分别为两半圆的圆心，PQ、尸。分别为两半

圆的水平直径，将带电粒子分别从尸、P点水平射出，分别经过半圆曲线的〃、眩点，不

计粒子重力及空气阻力，则下列说法正确的是（）

A.甲图中粒子带正电，乙图中粒子带负电

B.甲图中粒子带负电，乙图中粒子带正电

C.甲图中粒子经过加点时速度方向的反向延长线有可能经过圆心。

D.乙图中粒子经过“点时速度方向的反向延长线一定经过圆心。

7.如图所示，磁感应强度为3的匀强磁场方向垂直纸面向里，图中虚线为磁场的边界，其

中A段是半径为R的四分之一圆弧，ab、cd的延长线通过圆弧的圆心，0b长为R。一束质

量为机、电荷量为q的粒子，在纸面内以不同的速率从。点垂直仍射入磁场，已知所有粒

子均从圆弧边界射出，其中〃、N是圆弧边界上的两点，不计粒子间的相互作用和重力。则

下列分析中正确的是（）

XXXXX

XXXXX

.X0、XXXX

N'\xXXX

M\XX

1卜

bda

A.粒子带负电

B.从M点射出粒子的速率一定大于从N点射出粒子的速率

C.从M点射出粒子在磁场中运动时间一定小于从N点射出粒子所用时间

^Trrn

D.所有粒子所用最短时间为部

8.图甲是判断电流4大小是否发生变化的装置示意图。电流4在铁芯中产生磁场，其磁感

应强度与/。成正比。现给某半导体材料制成的霍尔元件（如图乙，其长、宽、高分别为。、

b、d）通以恒定工作电流/,通过右侧电压表V的示数就能判断/。的大小是否发生变化。当

的变化量一定时，电压表V的示数变化量越大，则该装置判断的灵敏度就越高。已知霍尔

元件的半导体材料载流子为一价正离子，则下列说法正确的是（）

A.仅适当增大工作电流/,可以提高判断的灵敏度

B.仅将该半导体材料制成的霍尔元件更换为另一个金属材料制成的霍尔元件，则电压表V

的“+〃“一〃接线柱连线位置无需改动

C.M端应与电压表V的"+”接线柱相连

D.当电流4增大时，电压表V的示数会减小

9.如图甲所示，一带电物块无初速度地放在皮带底端，皮带轮以恒定的速率沿顺时针方向

转动，该装置处于垂直于纸面向里的匀强磁场中，物块由底端E运动至皮带顶端R的过程

中，其丫一/图像如图乙所示，物块全程运动的时间为4.5s。关于带电物块及其运动过程，下

列说法正确的是()

XXXXXrX

F

XXBXX^)X

XX

X

XXXXXX

XXXXXX

甲

A.该物块带负电

B.皮带轮的转动速度大小一定为lm/s

C.若已知皮带的长度，可求出该过程中物块与皮带发生的相对位移

D.在24.5s内，物块与皮带仍可能有相对运动

10.如图甲，长方形金属线框从范围足够大的磁场的上边界由静止释放，经过时间6,下降

高度用时速度为v（此时线框还未完全进入磁场）；若该线框从磁场的下边界以速度v竖直向

上抛出，如图乙，经过时间々上升高度为到达最高点（此时线框还没有完全进入磁场）。已

知重力加速度为g,下列表达式正确的是（）

XXX

口——XXX

XXX

XXX

XXX

XXX

XXX也

XXX

甲乙

7171%_g…%二g4+V

A.4<2%B.3Vt2C.J-.D

-元v+gt2

11.如图所示，A是一边长为/的方形闭合线框，其总电阻为凡以恒定的速度v沿x轴运

动，并穿过一宽度为3%的匀强磁场区域，运动过程中线框平面与磁场方向保持垂直，且线

框前后两边与磁场的左右边界始终平行。若以x轴正方向作为力的正方向，以顺时针的电流

方向为感应电流的正方向，从线框在图示位置的时刻开始计时，此时线框右侧与磁场左边界

的距离为/,则磁场对线框的作用力R及线框中的感应电流，随时间。的变化图像，在图所示

的图像中可能正确的是（）

XXX

XXX

->X

X

0——I——I——*1——I——I------►

Z/(//v)1।।234it5〃(v〃v)z

।।।।

।।।।

B.