高考物理二轮复习 备课资料 专题二 力与直线运动 第2讲 应用牛顿运动定律解决电学问题课件.pptVIP

第2讲应用牛顿运动定律解决电学问题 整合 突破 实战 整合网络要点重温 网络构建 要点重温 1 带电粒子在匀强电场中做加速直线运动 应用求出加速度 结合运动学公式确定带电粒子的速度 位移等 2 安培力的大小f 其中 为b与i之间的夹角 3 电磁感应中的安培力方向 1 先用定则或定律确定感应电流方向 再用定则确定安培力方向 2 根据楞次定律 安培力方向一定和导体切割磁感线运动方向 4 单棒切割磁感线时安培力的大小 牛顿第二定律 bilsin 右手 楞次 左手 相反 突破热点考向聚焦 热点考向一应用牛顿运动定律分析电场中的物体运动问题 核心提炼 1 由于匀强电场中带电粒子所受电场力和重力都是恒力 可用正交分解法 2 类似于处理偏转问题的方法 将复杂的运动分解为正交的简单直线运动 化繁为简 3 解答问题时要综合运用牛顿运动定律和匀变速直线运动公式 注意受力分析要全面 注意运动学公式里包含物理量的正负号 即其矢量性 典例1 一电荷量为q q 0 质量为m的带电粒子在匀强电场的作用下 在t 0时由静止开始运动 场强随时间变化的规律如图所示 不计重力 求在t 0到t t的时间间隔内 1 粒子位移的大小和方向 2 粒子沿初始电场反方向运动的时间 预测练习1 2017 山西长治模拟 多选 在绝缘水平桌面 桌面足够大 上方充满平行桌面的电场 其电场强度e随时间t的变化关系如图所示 小物块电荷量为q 1 10 4c 将其放在该水平桌面上并由静止释放 小物块速度v与时间t的关系图像如图所示 重力加速度g取10m s2 则下列说法正确的是 a 物块在4s内位移是6mb 物块的质量是2kgc 物块与水平桌面间动摩擦因数是0 2d 物块在4s内电势能减少了18j ac 热点考向二应用牛顿运动定律分析磁场中的物体运动问题 核心提炼 1 安培力涉及三维空间 要变三维为二维 如画侧视图 剖面图或俯视图等 其中安培力的方向要注意f安 b f安 i 2 对于磁场内的动力学问题 要特别注意洛伦兹力的特性 因f洛 qvb 则速度v的变化影响受力 受力的变化又反过来影响运动 3 带电微粒在电场力 重力和洛伦兹力共同作用下的直线运动只能是匀速直线运动 典例2 多选 如图 甲 所示 一带电物块无初速度地放在传送带底端 传送带以恒定大小的速率沿顺时针传动 该装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中 物块由底端e运动至传送带顶端f的过程中 其v t图像如图 乙 所示 物块全程运动的时间为4 5s 关于带电物块及运动过程的说法正确的是 a 该物块带负电b 传送带的传动速度大小可能大于1m sc 若已知传送带的长度 可求出该过程中物块与传送带发生的相对位移d 在2 4 5s内 物块与传送带仍可能有相对运动 bd 解析 由图 乙 可知 物块做加速度逐渐减小的加速运动 物块的最大速度是1m s 物块开始时 fn mgsin ma物块运动后 又受到洛伦兹力的作用 加速度逐渐减小 可知物块的加速度逐渐减小 一定是fn逐渐减小 而开始时fn mgcos 后来fn mgcos f洛 即洛伦兹力的方向是垂直于传送带向上的 物块沿传送带向上运动 由左手定则可知 物块带正电 选项a错误 物块向上运动的过程中 洛伦兹力越来越大 则受到的支持力越来越小 可知物块的加速度也越来越小 当加速度等于0时 物块达到最大速度 此时mgsin mgcos f洛 只要传送带的速度大于等于1m s 则物块达到最大速度的条件与传送带的速度无关 所以传送带的速度有可能是1m s 也有可能大于1m s 物块可能相对于传送带静止 也有可能与传送带相对滑动 选项b d正确 由以上分析可知 传送带的速度不能判断 所以若已知传送带的长度 也不能求出该过程中物块与传送带发生的相对位移 选项c错误 预测练习2 多选 如图所示 两根长直导线竖直平行固定放置 且与水平放置的光滑绝缘杆mn分别交于c d两点 点o是cd的中点 杆mn上a b两点关于o点对称 两导线均通有大小相等 方向向上的电流 已知长直导线在周围某点产生磁场的磁感应强度与电流成正比 与该点到导线的距离成反比 一带正电的小球穿在杆上 以初速度v0从a点出发沿杆运动到b点 在a b o三点杆对小球的支持力大小分别为fa fb fo 下列说法可能正确的是 a fa fob fb fac 小球一直做匀速直线运动d 小球先做加速运动后做减速运动 abc 解析 根据安培定则可知 从a点出发沿连线运动到b点 ao间的磁场方向垂直于mn向里 ob间的磁场方向垂直于mn向外 所以合磁场大小先减小过o点后反向增大 而方向先向里 过o点后向外 根据左手定则可知 带正电的小球受到的洛伦兹力方向先向上 大小在减小 在a点 若bqv0 mg 则有fa bqv0 mg 在o点 fo mg 所以有可能fa fo 过o点后洛伦兹力的方向向下 大小在增大 由此可知 小球在速度方向不受力的作用 则将做匀速直线运动 而小球对杆的压力一直在增大 即fb fa 选项a b c正确 d错误 热点考向三应用牛顿运动定律分析电磁感应中的物体运动问题 核心提炼 电磁感应中动力学问题的分析思路 典例3 如图所示 一个足够长的 u 形金属导轨nmpq固定在水平面内 导轨间距l 0 50m 一根质量为m 0 50kg的匀质金属棒ab横跨在导轨上且接触良好 abmp恰好围成一个正方形 该导轨平面处在磁感应强度方向竖直向上 大小可以随时间变化的磁场中 ab棒与导轨间的滑动摩擦力为f 1 0n 最大静摩擦力等于滑动摩擦力 棒的电阻r 0 10 其他电阻均不计 开始时 磁感应强度b0 0 50t 1 若从t 0时开始 使磁感应强度以 0 40t s的变化率均匀增加 求经过多长时间ab棒开始滑动 2 若保持磁感应强度b0不变 从t 0时刻开始 给ab棒施加一个与之垂直且水平向右的拉力f 其大小随时间变化的函数表达式为f 3 2 5t n 使棒从静止开始匀加速运动 求此棒的加速度大小 审题突破 答案 1 3 75s 2 4 0m s2 拓展延伸 在 典例3 的情景中 若保持磁感应强度b0不变 金属棒ab在与之垂直且水平向右的恒定拉力f 3n作用下 从静止开始运动 则金属棒ab获得的最大速度是多少 答案 3 2m s 预测练习3 2017 银川质检 如图所示 竖直平面内有一宽l 1m 足够长的光滑矩形金属导轨 电阻不计 在导轨的上 下边分别接有电阻r1 3 和r2 6 在mn上方及cd下方有垂直纸面向里的匀强磁场 和 磁感应强度大小均为b 1t 现有质量m 0 2kg 电阻r 1 的导体棒ab 在金属导轨上从mn上方某处由静止下落 下落过程中导体棒始终保持水平 与金属导轨接触良好 当导体棒ab下落到快要接近mn时的速度大小为v1 3m s 不计空气阻力 g取10m s2 1 求导体棒ab快要接近mn时的加速度大小 答案 1 5m s2 答案 2 1 35m 2 若导体棒ab进入磁场 后 棒中的电流大小始终保持不变 求磁场 和 之间的距离h 3 若将磁场 的cd边界略微下移 使导体棒ab刚进入磁场 时速度大小变为v2 9m s 要使棒在外力f作用下做a 3m s2的匀加速直线运动 求所加外力f随时间t变化的关系式 答案 3 f t 1 6 n 实战高考真题演练 1 应用牛顿运动定律分析电场中的物体运动 2015 全国卷 14 如图 两平行的带电金属板水平放置 若在两板中间a点从静止释放一带电微粒 微粒恰好保持静止状态 现将两板绕过a点的轴 垂直于纸面 逆时针旋转45 再由a点从静止释放一同样的微粒 该微粒将 a 保持静止状态b 向左上方做匀加速运动c 向正下方做匀加速运动d 向左下方做匀加速运动 d 解析 最初带电微粒处于静止状态 受力如图 甲 eq mg 当两板绕过a点的轴逆时针转过45 时 带电微粒的受力如图 乙 其合力指向左下方 故微粒从静止开始向左下方做匀加速运动 选项d正确 2 应用牛顿运动定律分析电磁感应中的物体运动 2013 全国 卷 16 如图 在光滑水平桌面上有一边长为l 电阻为r的正方形导线框 在导线框右侧有一宽度为d d l 的条形匀强磁场区域 磁场的边界与导线框的一边平行 磁场方向竖直向下 导线框以某一初速度向右运动 t 0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合 随后导线框进入并通过磁场区域 下列v t图像中 可能正确描述上述过程的是 d 3 应用牛顿运动定律分析电场中的物体运动 2014 安徽卷 22 如图所示 充电后的平行板电容器水平放置 电容为c 极板间距离为d 上极板正中有一小孔 质量为m 电荷量为 q的小球从小孔正上方高h处由静止开始下落 穿过小孔到达下极板处速度恰为零 空气阻力忽略不计 极板间电场可视为匀强电场 重力加速度为g 求 1 小球到达小孔处的速度 2 极板间电场强度大小和电容器所带电荷量 3 小球从开始下落运动到下极板处的时间 4 应用牛顿运动定律分析电磁感应中的物体运动 2013 全国 卷 25 如图 两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为 间距为l 导轨上端接有一平