高考物理二轮复习备课资料专题四能量与动量第2讲功能关系在电学中的应用课件

第2讲 功能关系在电学中的应用 整 合 突 破 实 战 整合 网络要点重温 【网络构建】 【要点重温】 1.电场中的功能关系 (1)电场力做功的求法 W=qElcos . W= . W电场力+W其他力=Ek. (2)电场中的功能关系 若只有电场力做功, 与动能之和保持不变. 若只有电场力和重力做功,电势能、 、动能之和保持不变. 2. -x图线的斜率表示沿x方向的 . qU 电势能 重力势能 电场强度 3.法拉第电磁感应定律 (1)E=n . (2)E= . 4.电磁感应中的功能对应关系 (1)电磁感应电路为纯电阻电路时产生的焦耳热等于 做的功. (2)电磁感应发生的过程,遵从能量守恒,焦耳热的增加量等于其他形式能量 的 . Blv 克服安培力 减少量 热点考向一 动力学观点和能量观点解决电磁场问题 【核心提炼】 1.动能定理在力学和电场中应用时的“3同1异” 突破 热点考向聚焦 2.带电粒子在复合场中的运动问题是典型的力电综合问题,一般要从受力、运 动、功能的角度来分析;此类问题所涉及的力有重力、电场力、磁场力、弹力 、摩擦力等,涉及的运动形式有匀速直线运动、变速直线运动、曲线运动等. 【典例1】 (2017百校联盟模拟)如图所示,在方向水平向左、范围足够大的匀 强电场中,固定一由内表面绝缘光滑且内径很小的圆管弯制而成的圆弧BD,圆 弧的圆心为O,竖直半径OD=R,B点和地面上A点的连线与地面成=37角, AB=R.一质量为m、电荷量为q的小球(可视为质点)从地面上A点以某一初速度 沿AB方向做直线运动,恰好无碰撞地从管口B进入管道BD中,到达管中某处C(图 中未标出)时恰好与管道间无作用力.已知sin 37=0.6,cos 37=0.8,重力 加速度大小为g.求: (1)匀强电场的场强大小E和小球到达C处时的速度大小v; 答案:见解析 (2)小球的初速度大小v0以及到达D处时的速度大小vD; 答案:见解析 (3)若小球从管口D飞出时电场反向,则小球从管口D飞出后的最大水平射程xm. 答案:见解析 【预测练习1】 在竖直平面内放置一个由绝缘材料制作的管状圆环,管的内 壁光滑,环的半径R远大于管的内径,如图所示.现以环的圆心为原点建立xOy 平面坐标系,在第三象限内加一沿x轴正方向的匀强电场,整个空间有垂直环 面向里的匀强磁场.一质量为m、带电荷量为+q的小球(可视为质点)在管内从 b点由静止释放,小球直径略小于管的内径.重力加速度为g. (1)要使小球能沿绝缘管做圆周运动恰能到达最高点a,电场强度为多少? (2)在(1)问的情况下,要使小球继续运动,第二次通过最高点a时,小球对绝缘 管恰好无压力,匀强磁场的磁感应强度多大? (3)如果场强大小、磁感应强度大小如(1),(2)问所求,将小球从b点由静止释 放,求小球第N次经过最低点c时对管道的作用力. 热点考向二 动力学观点和能量观点解决电磁感应问题 【核心提炼】 1.功能关系在力学和电磁感应中应用时的“3同3异” 2.电磁感应中焦耳热的求法 【典例2】 (2017江西新余模拟)如图所示,两条光滑的金属导轨相距L=1 m, 其中MN段平行于PQ段,位于同一水平面内,NN0段与QQ0段平行,位于与水平面成 倾角37的斜面上,且MNN0与PQQ0均在竖直平面内.在水平导轨区域和倾斜导 轨区域内分别有垂直于水平面和斜面的匀强磁场B1和B2,且B1=B2=0.5 T.ab和 cd是质量均为m=0.1 kg、电阻均为R=4 的两根金属棒,ab置于水平导轨上 ,cd置于倾斜导轨上,均与导轨垂直且接触良好.从t=0时刻起,ab棒在外力作 用下由静止开始沿水平方向向右运动(ab棒始终在水平导轨上运动,且垂直于 水平导轨),cd受到F=0.6-0.25t(N)沿斜面向上的力的作用,始终处于静止状 态.不计导轨的电阻.(sin 37=0.6,g取10 m/s2) (1)求流过cd棒的电流Icd随时间t变化的函数关系; (2)求ab棒在水平导轨上运动的速度vab随时间t变化的函数关系; 解析:(1)由题意知cd棒受力平衡,则 F+Fcd=mgsin 37 Fcd=B2IcdL,得Icd=0.5t(A). (2)ab棒中电流Iab=Icd=0.5t(A) 则回路中电源电动势E=IcdR总 ab棒切割磁感线,产生的感应电动势为E=B1Lvab 解得ab棒的速度vab=8t(m/s) 所以,ab棒做初速度为零的匀加速直线运动. 答案:(1)Icd=0.5t(A) (2)vab=8t(m/s) (3)求从t=0时刻起,1.0 s内通过ab棒的电荷量q; 答案:(3)0.25 C (4)若t=0时刻起,1.0 s内作用在ab棒上的外力做功为W=16 J,求这段时间内cd 棒产生的焦耳热Qcd. 答案:(4)6.4 J 【预测练习2】 (2017江南十校二模)如图,EFPMN为光滑金属导轨,电阻不计, 处于竖直平面内,其中FP倾斜,倾角为,EFFP,PMN是半径为R的圆弧,圆弧与 倾斜部分平滑连接于P点,N,M分别为圆弧的最高点和最低点,还有一根与EFPMN 完全相同的导轨EFPMN,两导轨平行放置,间距为L,沿垂直于导轨所 在平面的方向看去,两导轨完全重合.过P点的竖直线右侧有垂直于FP向上的匀 强磁场,磁感应强度大小为B,两根相同的金属棒ab,cd(图中只画出了a端和c端 ),质量为m、电阻为r,分别从导轨FP和EF上某位置由静止释放,在以后的过程 中,ab,cd始终与导轨保持垂直且接触良好.(轨道FP和EF足够长,题中所给的各 个物理量均为已知,重力加速度为g) (1)若ab棒到达P点之前已经匀速运动,求ab棒匀速下滑时的速度v,以及此时cd 棒的电功率P; 答案:(2)不能运动到圆弧最高点 实战 高考真题演练 D 2.应用动力学观点和能量观点解决电磁场问题(2017北京卷,22)如图所示, 长l=1 m的轻质细绳上端固定,下端连接一个可视为质点的带电小球,小球静止 在水平向右的匀强电场中,绳与竖直方向的夹角=37.已知小球所带电荷量 q=1.010-6 C,匀强电场的场强E=3.0103 N/C,取重力加速度g=10 m/s2, sin 37=0.6,cos 37=0.8.求: (1)小球所受电场力F的大小. (2)小球的质量m. (3)将电场撤去,小球回到最低点时速度v的大小. 解析:(1)F=qE=3.010-3 N. 答案:(1)3.010-3 N (2)4.010-4 kg (3)2.0 m/s 3.应用动力学观点和能量观点解决电磁感应问题(2017江苏卷,13)如图所示 ,两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内,其右端接一阻值为R的电阻.质 量为m的金属杆静置在导轨上,其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度 大小为B、方向竖直向下.当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后,金 属杆的速度变为v.导轨和金属杆的电阻不计,导轨光滑且足够长,杆在运动过 程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触.求: (1)MN刚扫过金属杆时,杆中感应电流的大小I; (2)MN刚扫过金属杆时,杆的加速度大小a; (3)PQ刚要离开金属杆时,感应电流的功率P. 4.应用动力学观点和能量观点解决电磁感应问题(2016浙江卷,24)小明设计 的电磁健身器的简化装置如图所示,两根平行金属导轨相距l=0.50 m,倾角= 53,导轨上端串接一个R=0.05 的电阻.在导轨间长d=0.56 m的区域内,存 在 方向垂直导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度B=2.0 T.质量m=4.0 kg的金属棒 CD水平置于导轨上,用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连.CD棒的初始位 置与磁 场区域的下边界相距s=0.24 m.一位健身者用恒力F=80 N拉动GH杆, CD棒由静止 开始运动,上升过程中CD棒始终保持与导轨垂直.当CD棒到达磁场上边界时健身 者松手,触发恢复装置使CD棒回到