高考物理二轮复习 专题十四 功能关系在电学中的应用专题突破课件.ppt

专题十四功能关系在电学中的应用 栏目索引 知识方法聚焦 知识回扣 知识方法聚焦 规律方法 受力分析 2 动能定理和能量守恒定律在处理电学中能量问题时仍然是首选的方法 热点考向例析 考向1几个重要的功能关系在电学中的应用 a 滑块电势能的增加量等于滑块重力势能的减少量b 滑块到达最低点的过程中 克服弹簧弹力做功mv2c 滑块动能的变化量等于电场力和重力做功的代数和d 当滑块的加速度最大时 滑块和弹簧组成的系统机械能最大 图1 审题突破弹簧原长状态时 物体恰好处于平衡状态 说明电场力和重力什么关系 滑块向下到达最低点的过程中 都有哪些力做功 何时加速度最大 克服弹簧弹力做功等于弹性势能的增加量 即等于动能的减少量 故b正确 电场力和重力做功的代数和为零 根据动能定理知 电场力 重力 弹簧弹力做功的代数和等于滑块动能的变化量 故c错误 答案ab 当滑块运动到最低点时 加速度最大 电场力做的负功最多 即电势能增加最多 此时系统机械能最小 故d错误 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 以题说法 针对训练1质量为m的带正电小球由空中a点无初速度自由下落 在t秒末加上竖直向上 范围足够大的匀强电场 再经过t秒小球又回到a点 不计空气阻力且小球从未落地 则 a 整个过程中小球电势能减少了1 5mg2t2b 整个过程中机械能的增量为2mg2t2c 从加电场开始到小球运动到最低点时小球动能减少了mg2t2d 从a点到最低点小球重力势能减少了mg2t2 双选 解析 答案bd 热点考向例析 考向2应用动能定理分析带电体在电场中的运动 例2如图2所示是研究带电体的质量与电量关系的光滑绝缘细管 长为l且竖直放置 点电荷m固定在管底部 电荷量为 q 现从管口a处静止释放一带电体n 当其电荷量为 q 质量为m时 n下落至距m为h的b处速度恰好为0 已知静电力常量为k 重力加速度为g 带电体下落过程中不影响原电场 图2 审题突破n1运动过程中何时速度最大 质量为m和3m的带电体从a到b相同的物理量是什么 m略向上移动又是哪个物理量发生变化 1 若把a换成电量为 q 质量为3m的带电体n1 仍从a处静止释放 求n1运动过程中速度最大处与m的距离及到达b处的速度大小 设带电体n1运动到b处时的速度为vb 由动能定理 有 依题意有mg l h quab 0 答案 2 若m略向上移动 试判断带电体n能否到达b处 并说明理由 答案n不能到达b处 因为mg l h quab 0 3 若m保持原位置不变 设法改变带电体n的质量与电量 要求带电体下落的最低点在b处 列出n应满足的条件 由动能定理得 m g l h q uab 0 答案 1 电场力做功与重力做功的特点类似 都与路径无关 2 对于电场力做功或涉及电势差的计算 选用动能定理往往最简便快捷 但运用动能定理时要特别注意运动过程的选取 以题说法 针对训练2如图3所示 在一倾角为37 的绝缘斜面下端o 固定有垂直于斜面的绝缘挡板 斜面on段粗糙 长度s 0 02m nm段光滑 长度l 0 5m 在斜面的所在区域有竖直向下的匀强电场 场强为2 105n c 有一小滑块质量为2 10 3kg 带正电 电量为1 10 7c 小滑块与on段表面的动摩擦因数为0 75 将小滑块从m点由静止释放 在运动过程中没有电量损失 与挡板相碰后原速返回 已知sin37 0 6 cos37 0 8 g取10m s2 求 图3 1 小滑块第一次过n点的速度大小 答案 2 小滑块最后停在距离挡板多远的位置 f mgcos37 qecos37 2 4 10 2n 滑块所受重力 电场力沿斜面的分力f1 mgsin37 qesin37 2 4 10 2n 因此滑块沿on下滑时做匀速运动 上滑时做匀减速运动 速度为零时可停下 设小滑块与挡板碰撞n次后停在距挡板距离为x处 答案0 01m 则由动能定理得 mg qe l s x sin37 mg qe 2n 1 s x cos37 0 由0 x 0 02m 得 12 5 n 13 5取n 13得 x 0 01m 3 小滑块在斜面上运动的总路程 mg qe xsin37 2 mg qe scos37 代入数据得 x 0 04m 滑块第一次与挡板碰撞后沿斜面上升的距离 s1 l s x 0 48m 滑块第p次与挡板碰撞后沿斜面上升的距离 sp s1 p 1 x 由于sp s 0 02m 得p 12 5 取p 12代入上式得 s总 6 77m 答案6 77m 热点考向例析 考向3功能观点在电磁感应问题中的应用 例3如图4甲所示 mn pq是相距d 1m的足够长平行光滑金属导轨 导轨平面与水平面成某一夹角 导轨电阻不计 长也为1m的金属棒ab垂直于mn pq放置在导轨上 且始终与导轨接触良好 ab的质量m 0 1kg 电阻r 1 mn pq的上端连接右侧电路 电路中r2为一电阻箱 已知灯泡电阻rl 3 定值电阻r1 7 调节电阻箱使r2 6 重力加速 度g 10m s2 现断开开关s 在t 0时刻由静止释放ab 在t 0 5s时刻闭合s 同时加上分布于整个导轨所在区域的匀强磁场 磁场方向垂直于导轨平面斜向上 图乙所示为ab的速度随时间变化图象 图4 审题突破由乙图可知闭合s前 后ab分别做什么运动 可以提取哪些信息 ab由静止下滑的过程中电流是否恒定 如何求电热 1 求斜面倾角 及磁感应强度b的大小 由牛顿第二定律有mgsin ma t 0 5s时 s闭合且加了磁场 分析可知 此后ab将先做加速度减小的加速运动 当速度达到最大 vm 6m s 后接着做匀速运动 匀速运动时 由平衡条件知mgsin f安 答案37 1t 2 ab由静止下滑x 50m 此前已达到最大速度 的过程中 求整个电路产生的电热 答案28 2j 3 若只改变电阻箱r2的值 当r2为何值时 ab匀速下滑中r2消耗的功率最大 消耗的最大功率为多少 mgsin bdi 所以pm 0 27w 答案3 0 27w 导体棒在匀强磁场中运动时棒中的感应电流受到的安培力是变力 所以安培力做的功只能由动能定理或能量守恒定律来求解 以题说法 针对训练3如图5所示 固定在同一水平面上的两平行金属导轨ab cd 两端接有阻值相同的两个定值电阻 质量为m的导体棒垂直放在导轨上 轻弹簧左端固定 右端连接导体棒 整个装置处于竖直向下的匀强磁场中 当导体棒静止在oo 位置时 弹簧处于原长状态 此时给导体棒一个水平向右的初速度v0 它能向右运动的最远距离为d 且能再次经过oo 位置 已知导体棒所受的摩擦力大小恒为f 导体棒向右运动过程中左侧电阻产生的热量为q 不计导轨和导体棒的电阻 则 双选 图5 解析当导体棒向右运动的过程中 故a错误 b正确 由于产生了电能和热能 导体棒的机械能不断减小 所以导致棒在同一个位置时 向右的速度大于向左的速度 所以导体棒向左运动的过程中产生的电能小于导体棒向右运动的过程中产生的电能 即2q 2q 当导体棒向左运动的过程中 ep mv2 2q fd 答案bd 审题破题真题演练 7 应用动力学和功能观点处理电学综合问题 例4 16分 如图6所示 水平绝缘粗糙的轨道ab与处于竖直平面内的半圆形绝缘光滑轨道bc平滑连接 半圆形轨道的半径r 0 4m 在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场 电场线与轨道所在的平面平行 电场强度e 1 0 104n c 现有一电荷量q 1 0 10 4c 质量m 0 1kg的带电体 可视为质点 在水平轨道上的p点由静止释放 带电体恰好能通过半圆形轨道的最高点c 然后落至水平轨道上的d点 取g 10m s2 试求 1 带电体运动到圆形轨道b点时对圆形轨道的压力大小 2 d点到b点的距离xdb 3 带电体在从p开始运动到落至d点的过程中的最大动能 图6 思 维 导 图 答题模板 解析 1 设带电体通过c点时的速度为v0 根据牛顿第二定律得 mg 2分 设带电体通过b点时的速度为vb 设轨道对带电体的支持力大小为fb 从b到c根据动能定理 带电体在b点时 根据牛顿第二定律有 答题模板 联立解得 fb 6 0n 1分 根据牛顿第三定律可知 带电体对轨道的压力 fb 6 0n 1分 2 设带电体从最高点c落至水平轨道上的d点经历的时间为t 根据运动的分解有2r gt2 1分 答题模板 联立解得xdb 0 8m 1分 3 由p到b带电体做加速运动 故最大速度一定出现在从b经c到d的过程中 在此过程中只有重力和电场力做功 这两个力大小相等 其合力与重力方向成45 夹角斜向右下方 故最大速度必出现在b点右侧对应圆心角为45 处 1分 设小球的最大动能为ekm 根据动能定理有 答题模板 答案 1 6 0n 2 0 8m 3 1 17j 高考现场 限时 15分钟 满分17分 2014 四川 10 在如图7所示的竖直平面内 水平轨道cd和倾斜轨道gh与半径的光滑圆弧轨道分别相切于d点和g点 gh与水平面的夹角 37 过g点 垂直于纸面的竖直平面左侧有匀强磁场 磁场方向垂直于纸面向里 磁感应强度b 1 25t 过d点 垂直于纸面的竖直平面右侧有匀强电场 电场方向水平向右 电场强度e 1 104n c 小物体p1质量m 2 10 3kg 电荷量q 8 10 6c 受到水平向右的推力 f 9 98 10 3n的作用 沿cd向右做匀速直线运动 到达d点后撤去推力 当p1到达倾斜轨道底端g点时 不带电的小物体p2在gh顶端静止释放 经过时间t 0 1s与p1相遇 p1和p2与轨道cd gh间的动摩擦因数均为 0 5 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 物体电荷量保持不变 不计空气阻力 求 图7 1 小物体p1在水平轨道cd上运动速度v的大小 f1 qvb f mg f1 由题意 水平方向合力为零 f f 0 联