高考物理二轮复习 专题二 功与能 动量和能量 第2讲 能量和动量观点在电磁学中的应用课件.ppt

第2讲能量和动量观点在电磁学中的应用 1 多选 2016 全国卷 20 如图1 一带负电荷的油滴在匀强电场中运动 其轨迹在竖直面 纸面 内 且相对于过轨迹最低点p的竖直线对称 忽略空气阻力 由此可知 图1a q点的电势比p点高b 油滴在q点的动能比它在p点的大c 油滴在q点的电势能比它在p点的大d 油滴在q点的加速度大小比它在p点的小 解析由于油滴受到的电场力和重力都是恒力 所以合外力为恒力 加速度恒定不变 所以d选项错 由于油滴轨迹相对于过p的竖直线对称且合外力总是指向轨迹弯曲内侧 所以油滴所受合外力沿竖直向上的方向 因此电场力竖直向上 且qe mg 则电场方向竖直向下 所以q点的电势比p点的高 a选项正确 当油滴从p点运动到q点时 电场力做正功 电势能减小 c选项错误 当油滴从p点运动到q点的过程中 合外力做正功 动能增加 所以q点动能大于p点的动能 b选项正确 答案ab 2 2015 全国 15 如图2 直线a b和c d是处于匀强电场中的两组平行线 m n p q是它们的交点 四点处的电势分别为 m n p q 一电子由m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 图2 a 直线a位于某一等势面内 m qb 直线c位于某一等势面内 m nc 若电子由m点运动到q点 电场力做正功d 若电子由p点运动到q点 电场力做负功 解析由电子从m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可知 m n p 故过n p点的直线d位于某一等势面内 则与直线d平行的直线c也位于某一等势面内 选项a错 b正确 m q 则电子由m点运动到q点 电场力不做功 选项c错误 由于 p m q 电子由p点运动到q点 电势能减小 电场力做正功 选项d错误 答案b 图3 1 无电场时 小球到达a点时的动能与初动能的比值 2 电场强度的大小和方向 备考指导 考情分析 电场中的功能关系及电磁感应中的功能关系都是命题率较高的内容 题型为选择题 计算题 备考策略 在解决电磁学中功能关系问题时应注意以下几点 1 洛伦兹力在任何情况下都不做功 2 电场力做功与路径无关 电场力做的功等于电势能的变化 3 安培力可以做正功 也可以做负功 4 力学中的几个功能关系在电学中仍然成立 电场中的功能关系 规律方法 1 电场力做功的计算方法及电势能的变化情况 2 用功能关系分析带电粒子的运动 1 若只有电场力做功 则电势能与动能之和保持不变 2 若只有电场力和重力做功 则电势能 重力势能 动能之和保持不变 3 除重力外 其他各力对粒子所做的功等于粒子机械能的变化量 4 各力对粒子所做功的代数和 等于粒子动能的变化量 1 如图4所示 绝缘斜面处在一个竖直向上的匀强电场中 一带电金属块由静止开始沿斜面滑到底端 已知在金属块下滑的过程中动能增加0 3j 重力做功1 5j 电势能增加0 5j 则以下判断正确的是 精典题组 图4 a 金属块带负电荷b 电场力做功0 5jc 金属块克服摩擦力做功0 8jd 金属块的机械能减少1 2j 解析金属块的电势能增加 说明电场力做负功 则电场力方向竖直向上 所以金属块带正电荷 选项a错误 克服电场力做多少功 电势能就增加多少 故金属块克服电场力做功0 5j 即电场力做功 0 5j 选项b错误 根据动能定理可得wg we wf ek 解得wf 0 7j 即金属块克服摩擦力做功0 7j 选项c错误 重力做功1 5j 金属块的重力势能减少1 5j 动能增加0 3j 故机械能减少1 2j 选项d正确 答案d 2 长木板ab放在水平面上 如图5所示 它的下表面光滑 上表面粗糙 一个质量为m 带电荷量为q的小物块c从a端以某一初速度起动向右滑行 当存在向下的匀强电场时 c恰能滑到b端 当此电场改为向上时 c只能滑到ab的中点 求此电场的场强 图5 3 2016 四川雅安模拟 如图6甲 o n p为直角三角形的三个顶点 nop 37 op中点处固定一电荷量为q1 2 0 10 8c的正点电荷 m点固定一轻质弹簧 mn是一光滑绝缘杆 其中on长a 1m 杆上穿有一带正电的小球 可视为点电荷 将弹簧压缩到o点由静止释放 小球离开弹簧后到达n点的速度为零 沿on方向建立坐标轴 取o点处x 0 取op所在水平面为重力势能零势能面 图乙中 和 图线分别为小球的重力势能和电势能随位置坐标x变化的图象 其中e0 1 24 10 3j e1 1 92 10 3j e2 6 2 10 4j 静电力常量k 9 0 109n m2 c2 取sin37 0 6 cos37 0 8 g 10m s2 图6 1 求电势能为e1时小球的位置坐标x1和小球的质量m 2 已知在x x1处时小球与杆间的弹力恰好为零 求小球的电荷量q2 3 求小球释放瞬间弹簧的弹性势能ep 解析 1 当小球运动到距离q1最近的a点时电势能最大 如图所示 答案 1 0 32m1 10 3kg 2 2 56 10 6c 3 5 38 10 3j 高分技巧 涉及弹簧弹性势能的分析要特别注意以下几点 1 弹簧处于原长时 其弹性势能为零 2 弹簧有形变量时一定具有弹性势能 且形变程度越大 其弹性势能越大 3 对于同一个弹簧 无论弹簧处于压缩状态还是伸长状态 只要形变量相同 其弹性势能大小就相同 功能关系和动量守恒在电磁感应中的应用 规律方法 从能量观点解决电磁感应问题与解决力学问题时的分析方法相似 只是多了一个安培力做功 多了一个电能参与转化 因此需要明确安培力做功及电能转化的特点 1 电磁感应中焦耳热的三种求法 1 根据定义式q i2rt计算 2 利用克服安培力做的功等于回路中产生的焦耳热计算 3 利用能量守恒定律计算 2 解题程序一般为受力分析 各力做功情况判断 能量状态判断 列方程解答 1 半圆形光滑金属导轨mn pq平行放置在竖直平面内 导轨左端通过单刀双掷开关s接在电路中 如图7甲所示 电源内阻不计 导轨所在空间有如图乙所示的磁场 金属棒电阻为r 质量为m 其他电阻不计 整个操作过程经历两个阶段 开始时开关接位置1 金属棒ab从导轨上m p位置由静止释放 当金属棒从n q竖直向上飞出时 开关s改接位置2 金属棒恰能上升到离n q为h的高度处 之后金属棒又从n q落回导轨内并恰好能回到m p位置 重力加速度为g 下列关于金属棒运动过程的描述正确的是 精典题组 图7a 阶段 消耗的电能等于阶段 产生的电能b 阶段 安培力做的功等于阶段 金属棒克服安培力做的功c 阶段 克服安培力做的功小于mghd 阶段 回路中产生的热量小于mgh 解析阶段 开关接位置1 电源提供电能 由能量守恒可知e电1 q wa1 q mgh 阶段 克服安培力做的功等于产生的电能 由能量守恒得e电2 mgh e电1 e电2 a错 阶段 安培力做的功等于金属棒机械能的增加量 即wa1 mgh 阶段 克服安培力做的功等于金属棒减少的机械能 即wa2 mgh b对 c错 而阶段 克服安培力做的功又等于产生的电能 等于回路产生的热量 d错 答案b 2 2016 湖南常德模拟 如图8所示 竖直平面内有无限长 不计电阻的两组平行光滑金属导轨 宽度均为l 0 5m 上方连接一个阻值r 1 的定值电阻 虚线下方的区域内存在磁感应强度b 2t的匀强磁场 完全相同的两根金属杆1和2靠在导轨上 金属杆与导轨等宽且与导轨接触良好 电阻均为r 0 5 将金属杆1固定在磁场的上边缘 仍在此磁场内 金属杆2从磁场边界上方h0 0 8m处由静止释放 进入磁场后恰做匀速运动 g取10m s2 图8 1 求金属杆的质量m 2 若金属杆2从磁场边界上方h1 0 2m处由静止释放 进入磁场经过一段时间后开始做匀速运动 在此过程中整个回路产生了1 4j的电热 则此过程中流过电阻r的电荷量q为多少 答案 1 0 2kg 2 0 65c 3 如图9所示 质量为100g的铝框 用细线悬挂起来 框中央离地面h为0 8m 有一质量为200g的磁铁以10m s的水平速度射入并穿过铝框 落在距铝框原位置水平距离3 6m处 则在磁铁与铝框发生相互作用时 求 图9 1 铝框向哪边偏斜 它能上升多高 2 在磁铁穿过铝框的整个过程中 框中产生了多少热量 答案 1 0 2m 2 1 7j 高频考点六应用动力学方法和功能关系解决力 电综合问题 满分策略 应用动力学知识和功能关系解决力 电综合问题与解决纯力学问题的分析方法相似 动力学中的物理规律在电磁学中同样适用 分析受力时只是多了个安培力或电场力或洛伦兹力 满分示例 18分 2016 渝中区二模 如图10 电阻不计的相同的光滑弯折金属轨道mon与m o n 均固定在竖直面内 二者平行且正对 间距为l 1m 构成的斜面noo n 与moo m 跟水平面夹角均为 30 两边斜面均处于垂直于斜面的匀强磁场中 磁感应强度大小均为b 0 1t t 0时 将长度也为l 电阻r 0 1 的金属杆ab在轨道上无初速度释放 金属杆与轨道接触良好 轨道足够长 g取10m s2 不计空气阻力 轨道与地面绝缘 求 图10 1 t时刻杆ab产生的感应电动势的大小e 2 在t 2s时将与ab完全相同的金属杆cd放在moo m 上 发现cd恰能静止 求ab杆的质量m以及放上杆cd后ab杆每下滑位移s 1m回路产生的焦耳热q 审题指导 1 读题 抓关键点 提取信息 1 光滑弯折金属轨道 不计杆与轨道间摩擦力 2 与ab完全相同的金属杆cd 杆ab cd的电阻 质量均相同 3 cd恰能静止 cd受力平衡 那么ab杆受力也平衡 2 再读题 过程分析 选取规律 满分模板 解析 1 只放ab杆在导轨上 ab杆做匀加速直线运动 由牛顿第二定律得mgsin ma 2分 t时刻速度为v at 1分 由法拉第电磁感应定律得e blv 1分 联立解得e 0 5tv 1分 答案 1 0 5tv 2 0 1kg0 5j 解题指导 1 根据运动过程要列定律 定理的原始方程 不能写成变形式 否则不得分 2 题目中如果有隐含的条件 计算完成一定要进行必要的文字说明 否则将影响步骤分 满分体验 18分 2016 福建省毕业班质量检查 如图11 轨道cdgh位于竖直平面内 其中圆弧段dg与水平段cd及倾斜段gh分别相切于d点和g点 圆弧段和倾斜段均光滑 在h处固定一垂直于轨道的绝缘挡板 整个轨道绝缘且处于水平向右的匀强电场中 一带电物块由c处静止释放 经挡板碰撞后滑回cd段中点p处时速度恰好为零 已知物块的质量m 4 10 3kg 所带的电荷量q 3 10 6c 电场强度e 1 104n c cd段的长度l 0 8m 圆弧dg的半径r 0 2m gh段与水平面的夹角为 且sin 0 6 cos 0 8 不计物块与挡板碰撞时的动能损失 物块可视为质点 重力加速度g取10m s2 图11 1 求物块与轨道cd段的动摩擦因数 2 求物块第一次碰撞挡板时的动能ek