【创新设计】（江苏专用）高考物理二轮复习 精选题组专练18 应用动力学和能量观点解决力电综合问题（含解析）.doc

专练18应用动力学和能量观点解决力电综合问题1如图1所示，a、b为半径r1 m的四分之一光滑绝缘竖直圆弧轨道，在四分之一圆弧区域内存在着e1106 v/m、竖直向上的匀强电场，有一质量m1 kg、带电荷量q1.4105c的物体(可视为质点)，从a点的正上方距离a点h处由静止开始自由下落(不计空气阻力)，bc段为长l2 m、与物体间动摩擦因数0.2的粗糙绝缘水平面，cd段为倾角53且离地面de高h0.8 m的斜面(取g10 m/s2)图1(1)若h1 m，物体能沿轨道ab到达最低点b，求它到达b点时对轨道的压力大小；(2)通过你的计算判断：是否存在某一h值，能使物体沿轨道ab经过最低点b后最终停在距离b点0.8 m处；(3)若高度h满足：0.85 mh1 m，请通过计算表示出物体从c处射出后打到的范围(已知sin 530.8，cos 530.6.不需要计算过程，但要有具体的位置，不讨论物体反弹以后的情况)解析(1)物体由初始位置运动到b点的过程中根据动能定理有mg(rh)qermv到达b点时由支持力fn、重力、电场力的合力提供向心力fnmgqem，解得fn8 n根据牛顿第三定律，可知物体对轨道的压力大小为8 n，方向竖直向下(2)要使物体沿轨道ab到达最低点b，当支持力为0时，最低点有个最小速度v，则qemgm解得v2 m/s在粗糙水平面上，由动能定理得：mgxmv2，所以x1 m0.8 m故不存在某一h值，使物体沿着轨道ab经过最低点b后，停在距离b点0.8 m处(3)在斜面上距离d点 m范围内(如图pd之间区域)在水平面上距离d点0.2 m范围内(如图dq之间区域)答案(1)8 n(2)不存在(3)在斜面上距离d点m范围内在水平面上距离d点0.2 m范围内2如图2所示的装置是在竖直平面内放置的光滑绝缘轨道，处于水平向右的匀强电场中，带负电荷的小球从高为h的a处由静止开始下滑，沿轨道abc运动并进入圆环内做圆周运动已知小球所受电场力是其重力的，圆环半径为r，斜面倾角为60，sbc2r.若使小球在圆环内能做完整的圆周运动，h至少为多少？(sin 370.6，cos 370.8)图2解析小球所受的重力和电场力都为恒力，故可将两力等效为一个力f，如图所示可知f1.25mg，方向与竖直方向成37角由图可知，小球做完整的圆周运动的临界点是d点，设小球恰好能通过d点，即达到d点时圆环对小球的弹力恰好为零由圆周运动知识得：fm，即：1.25mgm由动能定理有：mg(hrrcos 37)mg(hcot 2rrsin 37)mv联立解得h7.7r.答案7.7r3(2014常州市教育学会学生学业水平监测)如图3甲所示，圆形导线框中磁场b1的大小随时间t周期性变化，使平行金属板m、n间获得如图乙的周期性变化的电压m、n中心的小孔p、q的连线与金属板垂直，n板右侧匀强磁场(磁感应强度为b2)的区域足够大绝缘挡板c垂直n板放置，距小孔q点的距离为h.现使置于p处的粒子源持续不断地沿pq方向释放出质量为m、电量为q的带正电粒子(其重力、初速度、相互间作用力忽略不计)(1)在0时间内，b1大小按b1kt的规律增大，此时m板电势比n板高，请判断此时b1的方向试求圆形导线框的面积s多大才能使m、n间电压大小为u?(2)若其中某一带电粒子从q孔射入磁场b2后打到c板上，测得其落点距n板距离为2h，则该粒子从q孔射入磁场b2时的速度多大？(3)若m、n两板间距d满足以下关系式：qut225 md2，则在什么时刻由p处释放的粒子恰能到达q孔但不会从q孔射入磁场？结果用周期t的函数表示图3解析(1)由楞次定律可知，b1垂直纸面向里因u(或en)所以usks故s(2)设粒子从q点射入磁场时速度为v，粒子做圆周运动的半径为r，则r2(2h)2(rh)2qvb2m解得v(3)设此粒子加速的时间为t0，则由运动的对称性得d2at或atae解得t0即此粒子释放的时刻tt此后粒子反向加速的时间t1t由于t1t，则粒子反向运动时一定会从p点射出电场因而此粒子释放的时刻为tntt(n0,1,2，)答案(1)垂直纸面向里s(2)v(3)tntt(n0,1,2，)4如图4甲所示，在真空中足够大的绝缘水平地面上，一个质量为m0.2 kg，带电荷量为q2.0106c的小物块处于静止状态，小物块与地面间的动摩擦因数0.1.从t0时刻开始，空间加上一个如图乙所示的场强大小和方向呈周期性变化的电场(取水平向右的方向为正方向，g10 m/s2)，求：图4(1)23 s内小物块的位移大小(2)23 s内电场力对小物块所做的功解析(1)02 s内小物块的加速度a12 m/s2 位移s1a1t4 m2 s末的速度为v2a1t14 m/s24 s内小物块的加速度a22 m/s2位移s2s14 m,4 s末小物块的速度为v40因此小物块做周期为4 s的匀加速和匀减速运动第22 s末的速度为v224 m/s，第23 s末的速度v23v22a2t2 m/s(t1 s)所求位移为ss1t47 m.(2)23 s内，设电场力对小物块所做的功为w，由动能定理得wmgsmv解得w9.8 j.答案(1)47 m(2)9.8 j5(2014天津卷，21)如图5所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角30的斜面上，导轨电阻不计，间距l0.4 m导轨所在空间被分成区域和，两区域的边界与斜面的交线为mn，中的匀强磁场方向垂直斜面向下，中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小均为b0.5 t在区域中，将质量m10.1 kg，电阻r10.1 的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑然后，在区域中将质量m20.4 kg，电阻r20.1 的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑cd在滑动过程中始终处于区域的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g10 m/s2，问：图5(1)cd下滑的过程中，ab中的电流方向；(2)ab刚要向上滑动时，cd的速度v多大；(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x3.8 m，此过程中ab上产生的热量q是多少解析(1)根据右手定则判知cd中电流方向由d流向c，故ab中电流方向由a流向b.(2)开始放置ab刚好不下滑时，ab所受摩擦力为最大摩擦力，设其为fmax，有fmaxm1gsin 设ab刚好要上滑时，cd棒的感应电动势为e，由法拉第电磁感应定律有eblv设电路中的感应电流为i，由闭合电路欧姆定律有i设ab所受安培力为f安，有f安bil此时ab受到的最大摩擦力方向沿斜面向下，由平衡条件有f安m1gsin fmax联立式，代入数据解得：v5 m/s(3)设cd棒的运动过程中电路中产生的总热量为q总，由能量守恒定律有m2gxsin q总m2v2由串联电路规律有qq总联立解得：q1.3 j答案(