高考物理二轮复习简易通 第一部分 高频考点突破专题二 第5讲 功能关系在电学中的应用课件.ppt

第5讲功能关系在电学中的应用 思考研讨思考1电场力做功的特点及计算方法是什么 研讨 特点 与路径无关 只与初末位置有关 计算方法 wf epwab quabw qed 匀强电场 d为在场强方向上的距离 思考2关于电场中的功能关系 下列叙述是否正确 1 若只有电场力做功 电势能与动能之和保持不变 2 若只有电场力和重力做功 电势能 重力势能 动能之和保持不变 3 除重力 弹簧弹力之外 其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化 4 所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化 研讨 1 不正确 2 不正确 3 不正确 4 正确 思考3洛伦兹力对运动电荷做功吗 安培力对通电导线做功吗 研讨 洛伦兹力对运动电荷不做功 安培力对通电导线可做正功 可做负功 也可不做功 思考4电磁感应中功能关系及焦耳热的计算方法是什么 研讨 在电磁感应中克服安培力做多少功 就有多少其他形式的能转化为电能 e其他 e电 安培力做多少功 就有多少电能转化为其他形式的能 e电 e其他 w iutq i2rt 真题体验1 2012 新课标全国 18 双选 如图2 5 1 平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度 两极板与一直流电源相连 若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器 则在此过程中 该粒子 图2 5 1 a 所受重力与电场力平衡b 电势能逐渐增加c 动能逐渐增加d 做匀变速直线运动解析带电粒子在平行板电容器之间受到两个力的作用 一是重力mg 方向竖直向下 二是电场力f eq 方向垂直于极板向上 因二力均为恒力 已知带电粒子做直线运动 所以此二力的合力一定在粒子运动的直线轨迹上 根据牛顿第二定律可知 该粒子做匀减速直线运动 选项d正确 选项a c错误 从粒子运动的方向和电场力的方向可判断出 电场力对粒子做负功 粒子的电势能增加 选项b正确 答案bd 3 2012 山东理综 20 双选 如图2 5 2所示 相距为l的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为 上端接有定值电阻r 匀强磁场垂直于导轨平面 磁感应强度为b 将质量为m的导体棒由静止释放 当速度达到v时开始匀速运动 此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力 并保持拉力的功率恒为p 导体棒最终以2v的速度匀速运动 导体棒始终与导轨垂直且接触良好 不计导轨和导体棒的电阻 重力加速度为g 下列选项正确的是 图2 5 2 视角一电场中的功能关系 命题角度 典例1 2012 四川理综 24 如图2 5 3所示 abcd为固定在竖直平面内的轨道 ab段光滑水平 bc段为光滑圆弧 对应的圆心角 37 半径r 2 5m cd段平直倾斜且粗糙 各段轨道均平滑连接 倾斜轨道所在区域有电场强度大小为e 2 105n c 方向垂直于斜轨向下的匀强电场 质量m 5 10 2kg 电荷量q 1 10 6c的小物体 可视为质点 被弹簧枪发射后 沿水平轨道向左滑行 在c点以速度v0 3m s冲上斜轨 以小物体通过c点时为计时起点 0 1s以后 电场强度大小不变 方向反向 已知斜轨与小物体间的动摩擦因数 0 25 设小物体的电荷量保持不变 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 图2 5 3 1 求弹簧枪对小物体所做的功 2 在斜轨上小物体能到达的最高点为p 求cp的长度 审题指导 应考策略处理电场中能量问题的基本方法在解决电场中的能量问题时常用到的基本规律有动能定理 能量守恒定律 有时也会用到功能关系 1 应用动能定理解决问题需研究合外力的功 或总功 2 应用能量守恒定律解决问题需注意电势能和其他形式能之间的转化 3 应用功能关系解决该类问题需明确电场力做功与电势能改变之间的对应关系 4 有电场力做功的过程机械能不守恒 但机械能与电势能的总和可以守恒 应考组训1 2013 天津卷 6 双选 两个带等量正电的点电荷 固定在图2 5 4中p q两点 mn为pq连线的中垂线 交pq于o点 a为mn上的一点 一带负电的试探电荷q 从a点由静止释放 只在静电力作用下运动 取无限远处的电势为零 则 a q由a向o的运动是匀加速直线运动b q由a向o运动的过程电势能逐渐减小c q运动到o点时的动能最大d q运动到o点时电势能为零 图2 5 4 解析q由a向o运动的过程中 电场力的方向始终由a指向o 但力的大小变化 所以电荷q做变加速运动 电场力做正功 到o点时速度最大 动能最大 电势能最小 故选项b c均正确 选项a d错误 答案bc 2 单选 如图2 5 5所示 空间虚线框内有匀强电场 aa bb cc 是该电场的三个等势面 相邻等势面间的距离为1cm 其中bb 为零电势能面 一质量为m 带电荷量为 q的粒子沿aa 方向以初速度v0自图中的p点进入电场 刚好从c 点离开电场 已知pa 2cm 粒子的重力忽略不计 下列说法中正确的是 图2 5 5 3 如图2 5 6所示 一带电平行板电容器水平放置 金属板m上开有一小孔 有a b c三个质量均为m 电荷量均为 q的带电小球 可视为质点 其间用长为l的绝缘轻杆相连 处于竖直状态 已知m n两板间距为3l 现使a小球恰好位于小孔中 由静止释放并让三个带电小球保持竖直下落 当a球到达n极板时速度刚好为零 求 图2 5 6 视角二磁场中的功能关系 命题角度 典例2 2013 天津卷 3 单选 如图2 5 7所示 纸面内有一矩形导体闭合线框abcd ab边长大于bc边长 置于垂直纸面向里 边界为mn的匀强磁场外 线框两次匀速地完全进入磁场 两次速度大小相同 方向均垂直于mn 第一次ab边平行mn进入磁场 线框上产生的热量为q1 通过线框导体横截面的电荷量为q1 第二次bc边平行mn进入磁场 线框上产生的热量为q2 通过线框导体横截面的电荷量为q2 则 a q1 q2 q1 q2b q1 q2 q1 q2c q1 q2 q1 q2d q1 q2 q1 q2 图2 5 7 应考策略1 分析电磁感应中能量问题的基本方法 1 明确安培力做的功是电能和其他形式的能之间相互转化的 桥梁 用框图表示如下 2 明确功能关系 确定有哪些形式的能量发生了转化 如有摩擦力做功 必有内能产生 有重力做功 重力势能必然发生变化 安培力做负功 必然有其他形式的能转化为电能 3 根据不同物理情景选择动能定理 能量守恒定律或功能关系列方程求解问题 2 分析力 电综合问题的两个有效途径 1 建立物体受力图景 弄清物理情境 选定研究对象 对研究对象按顺序进行受力分析 画出受力图 应用力学规律进行归类建模 2 建立能量转化图景各种不同的能量之间相互转化时 遵守能量守恒定律 运用能量观点 建立能量转化图景是分析解决力电综合问题的有效途径 应考组训4 单选 一个边长为l的正方形导线框在倾角为 的光滑固定斜面上由静止开始沿斜面下滑 随后进入虚线下方方向垂直于斜面的匀强磁场中 如图2 5 8所示 磁场的上边界线水平 线框的下边ab边始终水平 斜面以及下方的磁场往下方延伸到足够远 下列推理判断正确的是 图2 5 8 a 线框进入磁场过程b点的电势比a点高b 线框进入磁场过程一定是减速运动c 线框中产生的焦耳热一定等于线框减少的机械能d 线框从不同高度下滑时 进入磁场过程中通过线框导线横截面的电荷量不同 图2 5 9 6 2013 浙江卷 25 为了降低潜艇噪音 提高其前进速度 可用电磁推进器替代螺旋桨 潜艇下方有左 右两组推进器 每组由6个相同的 用绝缘材料制成的直线通道推进器构成 其原理示意图如图2 5 10 在直线通道内充满电阻率 0 2 m的海水 通道中a b c 0 3m 0 4m 0 3m的空间内 存在由超导线圈产生的匀强磁场 其磁感应强度b 6 4t 方向垂直通道侧面向外 磁场区域上 下方各有a b 0 3m 0 4m的金属板m n 当其与推进器专用直流电源相连后 在两板之间的海水中产生了从n到m 大小恒为i 1 0 103a的电流 设该电流只存在于磁场区域 不计电源内阻及导线电阻 海水密度 海 1 0 103kg m3 图2 5 10 1 求一个直线通道推进器内磁场对通电海水的作用力大小 并判断其方向 2 在不改变潜艇结构的前提下 简述潜艇如何转弯 如何 倒车 3 当潜艇以恒定速度v0 30m s前进时 海水在出口处相对于推进器的速度v 34m s 思考专用直流电源所提供的电功率如何分配 求出相应功率的大小 失分点搜索失分点1 误认为电势能属于机械能 有电场力做功时机械能守恒 失分点2 不能熟练掌握在电磁感应现象中导体棒 或线框 克服安培力做的功等于电路中电能的增加 失分点3 在电学问题中不能灵活选取动能定理或能量守恒求解问题 易失分案例 2012 天津理综 11 如图2 5 11所示 一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内 导轨间距l 0 5m 左端接有阻值r 0 3 的电阻 一质量m 0 1kg 电阻r 0 1 的金属棒mn放置在导轨上 整个装置置于竖直向上的匀强磁场中 磁场的磁感应强度b 0 4t 棒在水平向右的外力作用下 由静止开始以a 2m s2的加速度做匀加速运动 当棒的位移x 9m时撤去外力 棒继续运动一段距离后停下来 已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比q1 q2 2 1 导轨足够长且电阻不计 棒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 图2 5 11 1 棒在匀加速运动过程中 通过电阻r的电荷量q 2 撤去外力后回路中产生的焦耳热q2 3 外力做的功wf 防范演练 改编题 单选 处于竖直向上匀强磁场中的两根电阻不计的平行金属导轨 下端连一电阻r 导轨与水平面之间的夹角为 一电阻可忽略的金属棒ab 开始时固定在两导轨上某位置 棒与导轨垂直 如图2 5 12所示 现释放金属棒让其由静止开始沿轨道平面下滑 就导轨光滑和粗糙两种情