高考物理二轮复习 专题二 第6讲 功能关系在电磁学中的应用课件.ppt

第6讲功能关系在电磁学中的应用 答案d 2 2015 新课标全国卷 15 如图1 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1 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 电场力做负功解析电子带负电荷 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 有wmn wmp 0 而wmn qumn wmp qump q 0 所以有umn ump 0 即 m n p 匀强电场中等势线为平行的直线 所以np和mq分别是两条等势线 有 m q 故a错误 b正确 电子由m点到q点过程中 wmq q m q 0 电子由p点到q点过程中 wpq q p q 0 故c d错误 答案b 3 2013 浙江卷 24 电子能量分析器 主要由处于真空中的电子偏转器和探测板组成 偏转器是由两个相互绝缘 半径分别为ra和rb的同心金属半球面a和b构成 a b为电势值不等的等势面 其过球心的截面如图2所示 一束电荷量为e 质量为m的电子以不同的动能从偏转器左端m板正中间小孔垂直入射 进入偏转电场区域 最后到达偏转器右端的探测板n 其中动能为ek0的电子沿等势面c做匀速圆周运动到达n板的正中间 忽略电场的边缘效应 图2 1 判断半球面a b的电势高低 并说明理由 2 求等势面c所在处电场强度e的大小 3 若半球面a b和等势面c的电势分别为 a b和 c 则到达n板左 右边缘处的电子 经过偏转电场前 后的动能改变量 ek左和 ek右分别为多少 4 比较 ek左 与 ek右 的大小 并说明理由 3 电子运动时只有电场力做功 根据动能定理 有 ek qu对到达n板左边缘的电子 电场力做正功 动能增加 有 ek左 e b c 对到达n板右边缘的电子 电场力做负功 动能减小 有 ek右 e a c 4 根据电场线特点 等势面b与c之间的电场强度大于c与a之间的电场强度 考虑到等势面间距相等 有 b c a c 即 ek左 ek右 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 5 2015 新课标全国卷 24 如图4 一质量为m 电荷量为q q 0 的粒子在匀强电场中运动 a b为其运动轨迹上的两点 已知该粒子在a点的速度大小为v0 方向与电场方向的夹角为60 它运动到b点时速度方向与电场方向的夹角为30 不计重力 求a b两点间的电势差 图4 主要题型 选择题和计算题知识热点 1 结合电势 电势差考查电场力的功 2 结合电场力的功 安培力的功 摩擦力的功考查对功能关系的理解 3 功能关系 能量守恒在电磁感应现象中的应用 思想方法 1 守恒法 2 过程分解法 3 过程组合法 4 模型法 考向一电场中的功能关系 核心知识 规律方法 在解决电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 力学中的几个功能关系在电学中仍然成立 1 2015 北京市海淀区高三测试 地球表面附近某区域存在大小为150n c 方向竖直向下的电场 一质量为1 00 10 4kg 带电荷量为 1 00 10 7c的小球从静止释放 在电场区域内下落10 0m 对此过程 该小球的电势能和动能的改变量分别为 重力加速度大小取9 80m s2 忽略空气阻力 a 1 50 10 4j和9 95 10 3jb 1 50 10 4j和9 95 10 3jc 1 50 10 4j和9 65 10 3jd 1 50 10 4j和9 65 10 3j 解析在电场区域内下落10 0m 电场力做功w qeh 1 00 10 7c 150n c 10 0m 1 50 10 4j 该小球的电势能增加1 50 10 4j 由动能定理可知 动能的改变量为w mgh 1 50 10 4j 1 00 10 4kg 9 80m s2 10 0m 9 65 10 3j 选项d正确 答案d 2 多选 空间存在匀强电场 有一带电荷量为q q 0 质量为m的粒子从o点以速率v0射入电场 运动到a点时速率为2v0 现有另一带电荷量为 q 质量为m的粒子以速率2v0仍从o点射入该电场 运动到b点时速率为3v0 若忽略重力的影响 则 a 在o a b三点中 b点电势最高b 在o a b三点中 a点电势最高c oa间的电势差比bo间的电势差大d oa间的电势差比ba间的电势差小 答案ad 3 多选 2015 山东理综 20 如图5甲所示 两水平金属板间距为d 板间电场强度的变化规律如图乙所示 t 0时刻 质量为m的带电微粒以初速度v0沿中线射入两板间 0 时间内微粒匀速运动 t时刻微粒恰好经金属板边缘飞出 微粒运动过程中未与金属板接触 重力加速度的大小为g 关于微粒在0 t时间内运动的描述 正确的是 图5 答案bc 图6 1 小物块b经过桌面右侧边缘b点时的速度大小 2 释放后 小物块b在运动过程中克服摩擦力做的功 3 小物块b在半圆轨道运动中最大速度的大小 考向二功能观点在电磁感应问题中的应用 核心知识 规律方法 电磁感应中焦耳热的求法 1 如图7所示 固定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d 其右端接有阻值为r的电阻 整个装置处在竖直向上 磁感应强度大小为b的匀强磁场中 一质量为m 质量分布均匀 的导体杆ab垂直于导轨放置 且与两导轨保持良好接触 杆与导轨之间的动摩擦因数为 现杆在水平向左 垂直于杆的恒力f作用下从静止开始沿导轨运动距离l时 速度恰好达到最大 运动过程中杆始终与导轨保持垂直 设杆接入电路的电阻为r 导轨电阻不计 重力加速度大小为g 则此过程中 图7 答案d 2 多选 2015 太原市高三年级第二学段测评 如图8所示 在磁感应强度b 0 50t的匀强磁场中 两平行光滑金属导轨竖直放置 导体棒pq在竖直向上的拉力f的作用下向下做初速度为0 加速度a 5m s2的匀加速直线运动 两导轨间距离l 1 0m 电阻r 1 0 导体棒质量m 1kg 导体棒和导轨接触良好且电阻均不计 取g 10m s2 则下列说法中正确的是 图8 a 导体棒运行2s时 拉力的功率为25wb 拉力f所做的功等于导体棒减少的机械能c t 4s时 导体棒所受安培力为5nd 导体棒运行2s的过程中 通过电阻的电荷量为2 5c 答案ac 3 如图9所示 一质量为m 边长为h的正方形金属线框abcd自某一高度静止下落 依次经过两匀强磁场区域 且金属线框bc边的初始位置离磁场b1的上边界的高度为h 4 两磁场的磁感应强度分别为b1和b2 且b1 2b0 b2 b0 b0已知 两磁场的间距为h h未知 但h h 线框进入磁场b1时 恰好做匀速运动 速度为v1 v1已知 从磁场b1中穿出后又以v2匀速通过宽度也为h的磁场b2 图9 1 求v1与v2的比值 2 写出h与h的关系式 3 若地面离磁场b2的下边界的高度为h 求金属线框下落到地面所产生的热量 用m h g表示 4 如图10甲所示 mn fq为间距l 0 5m且足够长的粗糙平行导轨 nq mn 导轨的电阻不计 导轨平面与水平面间的夹角 37 n q间连接有一个阻值r 4 的电阻 有一匀强磁场垂直于导轨平面且方向向上 磁感应强度为b0 1t 将一根质量为m 0 05kg 电阻为r的金属棒ab紧靠nq放置在导轨上 且与导轨接触良好 现由静止释放金属棒 当金属棒滑行至cd处时刚好达到稳定速度 已知在此过程中通过金属棒横截面的电荷量q 0 2c 且金属棒的加速度a与速度v的关系如图乙所示 设金属棒沿导轨向下运动过程中始终与nq平行 g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 图10 1 金属棒与导轨平面间的动摩擦因数 和金属棒的内阻r 2 金属棒滑行至cd处的过程中 电阻r上产生的热量 答案 1 0 51 2 0 08j 解决电磁感应能量问题的基本思路 1 确定感应电动势的大小和方向 2 画出等效电路图并求出电流 3 进行受力情况分析和做功情况分析 4 明确在此过程中的能量变化情况 5 用动能定理或能量守恒定律解题 高频考点六应用动力学知识和功能关系解决力 电综合问题 20分 如图11甲所示 aa bb cc dd 为四条平行金属轨道 都处在水平面内 aa dd 间距为2l bb cc 间距为l 磁感应强度为b的有界匀强磁场垂直于纸面向里 边界与轨道垂直 ab cd两段轨道在磁场区域正中间 到磁场左右边界的距离均为s 轨道电阻不计且光滑 在a d 之间接一阻值为r的定值电阻 现用水平向右的力拉着质量为m 长为2l的均匀金属杆从磁场左侧某处由静止开始向右运动 金属杆的电阻与其长度成正比 金属杆与轨道接触良好 且运动过程中不转动 忽略与ab cd重合的短暂时间内速度的变化 1 证明 若拉力为恒力 无论金属杆的电阻r为多少 都不能使金属杆保持匀速通过整个磁场 2 若金属杆的电阻r 2r 保持拉力为f不变 使金属杆进入磁场后立刻做匀速直线运动 当金属杆到达磁场右边界时 速度大小为v 试求此次通过磁场过程中 整个回路放出的总热量 3 若金属杆的电阻r 2r 通过改变拉力的大小 使金属杆从磁场左侧某处从静止开始出发 保持匀加速运动到达磁场右边界 已知金属杆即将到达ab cd位置的时拉力的大小为f0 已在图乙中标出 试在图乙中定性画出拉力大小随时间变化的关系图象 不需要标明关键点的具体坐标 但图象应体现各段过程的差异 图11 审题指导 1 要想使金属杆保持匀速通过整个磁场 外力和安培力之间的关系是什么 安培力与哪些因素有关 2 电路的连接方式是什么 哪一部分相当于电源 哪一部分相当于外电路 3 当金属杆做匀速运动时 外力f与安培力之间有什么关系 安培力的表达式是怎样的 4 求解回路中产生的总热量时 能应用公式q i2rt吗 5 画拉力随时间变化的图象时 要先写出拉力f与t之间的函数关系 找出拉力变化的趋势 再分析拉力的突变点在何位置 发生了怎样的变化 比较可得进入ab cd右侧后f t图线的斜率变小 由于物体做匀加速运动 所以在ab cd左侧运动的时间比在ab cd右侧运动的时间要长 如图所示 5分 1 不管题目所给信息量的大小 解决问题的根本方法没有改变 以该题为例 解决电路问题的基本方法是找出各部分的连接方式 题中的难点是金属杆通过ab cd前后金属杆接入电路的电阻不同 所以需要分别对两个过程进行电路分析和受力分析 2 分析清楚电路结构和受力情况后 关键是研究运动情况 能量的转化情况 20分 如图12所示 平行金属导轨与水平面间夹角均为37 导轨间距为1m 电阻不计 导轨足够长 两根金属棒ab和a b 的质量都是0 2kg 电阻都是1 与导轨垂直放置且接触良好 金属棒和导轨之间的动摩擦因数为0 25 两个导轨平面处均存在着垂直轨道平面向上的匀强磁场 图中未画