高考物理一轮复习 第1部分 专题2 第2讲 能量观点在电磁学中的应用课件.ppt

第2讲 能量观点在电磁学中的应用 1 2011年四川卷 如图2 2 1所示 间距l 0 3m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内 在水平面a1b1b2a2区域内和倾角 37 的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度b1 0 4t 方向竖直向上和b2 1t 方向垂直于斜面向上的匀强磁场 电阻r 0 3 质量m1 0 1kg 长为c的相同导体杆k s q分别放置在 导轨上 s杆的两端固定在b1 b2 图2 2 1 点 k q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好 一端系于k杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂 绳上穿有质量m2 0 05kg的小环 已知小环以a 6m s2的加速度沿绳下滑 k杆保持静止 q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力f作用下匀速运动 不计导轨电阻和滑轮摩擦 绳不可伸长 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 小环所受摩擦力的大小 2 q杆所受拉力的瞬时功率 2 2011年北京卷 利用电场和磁场 可以将比荷不同的离子分开 这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用 如图2 2 2所示的矩形区域acdg ac边足够长 中存在垂直于纸面的匀强磁场 a处有一夹缝 离子源产生的离子 经静电场加速后穿过夹缝沿垂直于ga边且垂直于磁场的方向射入磁场 运动到ga边 被相应的收集器收集 整个装置内部为真空 图2 2 2 已知被加速的两种正离子的质量分别是m1和m2 m1 m2 电荷量均为q 加速电场的电势差为u 离子进入电场时的初速度可以忽略 不计重力 也不考虑离子间的相互作用 1 求质量为m1的离子进入磁场时的速率v1 2 当磁感应强度的大小为b时 求两种离子在ga边落 点的间距s 3 在前面的讨论中忽略了夹缝宽度的影响 实际装置中夹缝具有一定宽度 若夹缝过宽 可能使两束离子在ga边上的落点区域交叠 导致两种离子无法完全分离 设磁感应强度大小可调 ga边长为定值l 夹缝宽度为d 夹缝右边缘在a处 离子可以从夹缝各处射入磁场 入射方向仍垂直于ga边且垂直于磁场 为保证上述两种离子能落在ga边上并被完全分离 求夹缝的最大宽度 3 2011年天津卷 如图2 2 3所示 两根足够长的光滑平行金属导轨mn pq间距离为l 0 5m 其电阻不计 两导轨及其构成的平面均与水平面成30 角 完全相同的两金属棒ab cd分别垂直导轨放置 每棒两端都与导轨始终有良好接触 已知两棒质量均为m 0 02kg 电阻均为r 0 1 整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中 磁感应强度b 0 2t 棒ab在平行于导轨向上的力f作用下 沿导轨向上匀速运动 而棒cd恰好能够保持 静止 取g 10 m s2 问 图2 2 3 1 通过棒cd的电流i是多少 方向如何 2 棒ab受到的力f多大 3 棒cd每产生q 0 1j的热量 力f做的功w是多少 棒cd在共点力作用下平衡 则fcd mgsin30 代入数据得i 1a 根据楞次定律可知 棒cd中的电流方向由d至c 2 棒ab与棒cd受到的安培力大小相等fab fca 对棒ab 由共点力平衡知f mgsin30 ilb代入数据解得f 0 2n 解 1 棒cd受到的安培力fcd ilb 4 2009年广东卷 如图2 2 4所示 在一个粗糙水平面上 彼此靠近地放置两个带同种电荷的小物块 由静止释放后 两个物块向相反方向运动 并最终停止 在物块的运动过程中 下列表述 正确的是 a 两个物块的电势能逐渐减少b 物块受到的库仑力不做功c 两个物块的机械能守恒d 物块受到的摩擦力始终小于其受到的库仑力 图2 2 4 解析 在远离过程中 电场力做正功 则电势能逐渐减少 a正确 b错误 由于运动过程中 有重力以外的电场力和摩擦力做功 故机械能不守恒 c错误 在远离过程中开始电场力大于摩擦力 物块才能加速离开 后来电场力小于摩擦力 才能减速到停止 故d错误 答案 a 5 2009年广东卷 如图2 2 5所示 绝缘长方体b置于水平面上 两端固定一对平行带电极板 极板间形成匀强电场e 长方体b的上表面光滑 下表面与水平面的动摩擦因数 0 05 设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同 b与极板的总质量mb 1 0kg 带正电的小滑块a质量ma 0 6kg 其受到的电场力大小f 1 2n 假设a所带的电量不影响极板间的电场分布 t 0时刻 小滑块a从b表面上的a点以相对地面的速度va 1 6m s向左运动 同时 b 连同极板 以相对地面的速 度vb 0 40m s向右运动 问 g取10m s2 图2 2 5 1 a和b刚开始运动时的加速度大小分别为多少 2 若a最远能到达b点 a b的距离l应为多少 从t 0时刻到a运动到b点时 摩擦力对b做的功为多少 解 1 长方体b所受的摩擦力为f ma mb g 0 8n 设a和b刚开始运动时的加速度大小分别为aa和ab 则 f maaa 得到aa 2m s2 f f mbab 得到ab 2m s2 能量在电磁学中的应用在近几年的高考中都有 考题形式上选择题和计算题都有 计算题 往往要结合运动分析 受力分析等列方程综合求解 难度比较大 从内容上一般考向为 1 带电体在电场中运动 电场力做功 电势能变化 2 电磁感应中的能量问题 电磁感应中其他形式的能转化为电能表现为安培力做负功 而电动机原理中安培力做正功电能转化为其他形式的能 3 复合场中 重力势能 动能 电势能之间的相互转化 磁场b 现有一质量m 0 01kg 带电荷量q 10 5 带电体在电场力作用下的能量转化 例1 2011年广东实验中学模拟 如图2 2 6所示 高h 0 8m的绝缘水平桌面上方的区域 中存在匀强电场 场强e的方向与区域的某一边界平行 区域 中存在垂直于纸面的匀强 c的小球从a 点以v0 4m s的初速度水平向右运动 匀速通过区域 后落在水平地面上的b点 已知 小球与水平桌面间的动摩擦因 数 0 1 l 1m h 0 8m x 0 8m 取g 10m s2 试求 图2 2 6 1 小球在区域 中的速度 2 区域 中磁感应强度b的大小及方向 3 区域 中电场强度e的大小及方向 2 由于小球在磁场中做匀速运动 所以小球不可能受摩擦力作用 也就不受桌面的弹力 支持力 作用 只能受重力和洛伦兹力作用 且 f mg 又f qvb 联立 解得 b 5 0 103t 由左手定则可判断磁感应强度b的方向垂直纸面向里 3 由于v v0 所以小球在电场中做减速运动 电场方 向有两种可能 对带电体在电场力作用下的能量转化问题 第一 要分析清电场力对带电体做功的情况 如果做正功则电势能转化为其他形式的能 做负功则其他形式的能转化为电势能 第二 计算电场力做功时有两种方法 其一是 w电 f电scos qescos 适应匀强电场中 其二是 w电 qu 匀强 非匀强电场都可用 1 2011年潮阳一中模拟 如图2 2 7所示 一带电粒子从p点以初速度v射入匀强电场 仅受电场力的作用 则 可能的运动轨迹及电势能的变化情况是 图2 2 7 a 轨迹a且电势能一直变大b 轨迹b且电势能变小c 轨迹c且电势能变小d 轨迹d且电势能变大 解析 轨迹如果为a则电场力方向向左 电场力先做负功再做正功 电势能先增大后减小 a项错 轨迹如果为b则不受电场力 b项错 如果粒子带正电 则电场力方向向右 轨迹为c 但d不可能 若轨迹为d电场力方向向下 所以d项错 轨迹为c电场力做正功 电势能减小 c项正确 答案 c 复合场中的能量问题 例2 2011年从化中学三模 如图2 2 8所示 竖直平面xoy内存在水平向右的匀强电场 场强大小e 10n c 在y 0的区域内还存在垂直于坐标平面向里的匀强磁场 磁感应强度大小b 0 5t 一带电量q 0 2c 质量m 0 4kg的小球由长l 0 4m的细线悬挂于p点 小球可视为质点 现将小球拉至水平位置a无初速释放 小球运动到悬点p正下方的坐标原点o时 悬线突然断裂 此后小球又恰好 能通过o点正下方的n点 g 10m s2 求 图2 2 8 1 小球运动到o点的速度大小 2 悬线断裂前瞬间拉力的大小 3 on间的距离 所谓复合场就是电场 磁场 重力场几个场同时存在于某一区域 对这类问题 1 要分析带电体的受力情况 因为有几个场的受力情况会比较复杂 要做到不添力 不漏力 并且分析在运动过程中 力是否会发生变化 尤其是洛伦兹力会随速度的变化而变化 2 要抓住各力做功的分析和能量转化的分析 再结合动 能定理 能量守恒定律列方程求解 2 珠海2012届高三摸底 如图2 2 9所示 有位于竖直平面上的半径为r的圆形光滑绝缘轨道 其上半部分处于竖直向下 场强为e的匀强电场中 下半部分处于垂直水平面向里的匀强磁场中 质量为m 带正电且电荷量为q的小球 从轨道的水平直径的m端由静止释放 若小球在某一次通过最低点时对轨道的压力为零 求 1 磁感应强度b的大小 2 小球对轨道最低点的最大压力 图2 2 9 3 若要小球在圆形轨道内做完整的圆周运动 求小球从轨道的水平直径的m端下滑的最小速度 电磁感应中的能量问题 例3 2011年佛山一模 如图2 2 10甲所示 倾斜放置的光滑平行导轨 长度足够长 宽度l 0 4m 自身电阻不计 上端接有r 0 3 的定值电阻 在导轨间mn虚线以下的区域存在方向垂直导轨平面向上 磁感应强度b 0 5t的匀强磁场 在mn虚线上方垂直导轨放有一根电阻r 0 1 的金属棒 现将金属棒无初速释放 其运动时的v t图象如图2 2 10乙所示 重力加速度取g 10m s2 试求 图2 2 10 1 斜面的倾角 和金属棒的质量m 2 在2s 5s时间内金属棒动能减少了多少 此过程中整个回路产生的热量q是多少 结果保留一位小数 力f合 mgsin 图12 解 1 在0 2s时间内 金属棒受力如图12所示 合 电磁感应产生感应电流则产生了电能 从能的角度分析肯定有其他形式的能转化为电能 从力的角度 产生的感应电流在磁场中有安培力 安培力做负功 这类题往往还综合产生的感应电流通过某导体棒 产生安培力 此时安培力做正功 又把电能转化为机械能 如果有电流通过电阻还有内能产生 我们抓住能量的转化 分析是什么能转化为什么能 就可从守恒角度列方程 如例题中 棒的重力势能转化为棒的动能和电路中的内能 3 2011年揭阳二模 如图2 2 11所示 mn pq两平行光滑水平导轨分别与半径r 0 5m的相同竖直半圆导轨在n q端平滑连接 m p端连接定值电阻r 质量m 2kg的cd绝缘杆垂直静止在水平导轨上 在其右侧至n q端的区域内充满竖直向上的匀强磁场 现有质量m 1kg的ab金属杆以初速度v0 12m s水平向右与cd绝缘杆发生正碰后 进入磁场并最终未滑出 cd绝缘杆则恰好能通过半圆导轨最高点 不计其他电阻和摩擦 ab 金属杆始终与导轨垂直且接触良好 取g 10m s2 求 图2 2 11