高三物理二轮复习 第一部分 诊断卷（九）专题二 功和能 第三讲 功能关系在电磁学中的应用.doc

考点一电场中的功能关系1.考查动能定理在平行板电容器中的应用(2013全国卷)一水平放置的平行板电容器的两极板间距为d，极板分别与电池两极相连，上极板中心有一小孔(小孔对电场的影响可忽略不计)。小孔正上方处的p点有一带电粒子，该粒子从静止开始下落，经过小孔进入电容器，并在下极板处(未与极板接触)返回。若将下极板向上平移，则从p点开始下落的相同粒子将()a打到下极板上b在下极板处返回c在距上极板处返回 d在距上极板d处返回2考查动能定理在非匀强电场中的应用 (2015枣庄模拟)在光滑的水平面内有一沿x轴的静电场，其电势随x坐标值的变化图线如图1所示。一质量为m，带电量为q的带正电小球(可视为质点)从o点以初速度v0沿x轴正向移动。下列叙述正确的是()图1a若小球能运动到x1处，则该过程小球所受电场力逐渐增大b带电小球从x1运动到x3的过程中，电势能先减小后增大c若该小球能运动到x4处，则初速度v0至少为2d若v0为2，带电粒子在运动过程中的最大速度为3考查平抛运动、能量守恒定律在电场中的应用(2014全国卷)如图2，o、a、b为同一竖直平面内的三个点，ob沿竖直方向，boa60，oboa，将一质量为m的小球以一定的初动能自o点水平向右抛出，小球在运动过程中恰好通过a点。使此小球带电，电荷量为q(q0)，同时加一匀强电场，场强方向与oab所在平面平行。现从o点以同样的初动能沿某一方向抛出此带电小球，该小球通过了a点，到达a点时的动能是初动能的3倍；若该小球从o点以同样的初动能沿另一方向抛出，恰好通过b点，且到达b点时的动能为初动能的6倍，重力加速度大小为g。求图2(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。考点二复合场中的功能关系4.考查能量守恒定律在复合场直线运动中的应用 (多选)(2015绵阳二诊)如图3所示，粗糙且绝缘的斜面体abc在水平地面上始终静止。在斜面体ab边上靠近b点固定一点电荷，从a点无初速释放带负电且电荷量保持不变的小物块(视为质点)，运动到p点时速度恰为零。则小物块从a到p运动的过程()图3a水平地面对斜面体没有静摩擦作用力b小物块的电势能一直增大c小物块所受到的合外力一直减小d小物块损失的机械能大于增加的电势能5考查能量守恒定律在复合场曲线运动中的应用(多选) (2015开封二模)设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，如图4所示，已知一带电粒子在电场力和洛伦兹力的作用下，从静止开始自a点沿曲线acb运动，到达b点时速度为零，c点是运动的最低点，忽略粒子的重力，以下说法中正确的是()图4a此粒子必带正电荷ba点和b位于同一高度c离子在c点时机械能最大d离子到达b点后，将沿原曲线返回a点考点三电磁感应中的功能关系6.考查能量守恒定律在电磁感应中的应用 (多选)(2015黄冈二模)如图5所示，导体棒ab电阻不计，由静止开始(不计摩擦)从图示位置下滑，磁场方向垂直斜面向上，则在此过程中()图5a导体棒ab做匀加速直线运动b导体棒ab下滑的加速度逐渐减小c导体棒ab中的感应电流逐渐减小d导体棒ab下滑至速度达到最大值时，动能的增加量小于重力势能的减小量7考查电磁感应电路中的电功、电功率 (2015广州二模)如图6所示，一均匀光滑正方形闭合框架，固定在绝缘水平桌面上，一根同质均匀金属杆ab搁在其上且始终接触良好。匀强磁场垂直桌面竖直向下，当ab杆在外力f作用下匀速沿框架从最左端向最右端运动过程中()图6a外力f是恒力b桌面对框架的水平作用力保持不变cab杆的发热功率先变小后变大d正方形框架产生的总热量大于ab杆产生的总热量考点四应用动力学知识和功能关系解决力电综合问题8(2013四川高考)在如图7所示的竖直平面内，物体a和带正电的物体b用跨过定滑轮的绝缘轻绳连接，分别静止于倾角37的光滑斜面上的m点和粗糙绝缘水平面上，轻绳与对应平面平行。劲度系数k5 n/m的轻弹簧一端固定在o点，一端用另一轻绳穿过固定的光滑小环d与a相连，弹簧处于原长，轻绳恰好拉直，dm垂直于斜面。水平面处于场强e5104 n/c、方向水平向右的匀强电场中。已知a、b的质量分别为ma 0.1 kg和mb0.2 kg，b所带电荷量q4106c。设两物体均视为质点，不计滑轮质量和摩擦，绳不可伸长，弹簧始终在弹性限度内，b电量不变。取g10 m/s2，sin 370.6，cos 37 0.8。图7(1)求b所受静摩擦力的大小；(2)现对a施加沿斜面向下的拉力f，使a以加速度a0.6 m/s2开始做匀加速直线运动。a从m到n的过程中，b的电势能增加了ep0.06 j。已知dn沿竖直方向，b与水平面间的动摩擦因数0.4。求a到达n点时拉力f的瞬时功率。9. (2014全国卷)半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内，一长为r，质量为m且质量分布均匀的直导体棒ab置于圆导轨上面，ba的延长线通过圆导轨中心o，装置的俯视图如图8所示，整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为b，方向竖直向下，在内圆导轨的c点和外圆导轨的d点之间接有一阻值为r的电阻(图中未画出)。直导体棒在水平外力作用下以角速度绕o逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触。设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为，导体棒和导轨的电阻均可忽略。重力加速度大小为g。求图8(1)通过电阻r的感应电流的方向和大小；(2)外力的功率。答 案1选d当两极板距离为d时，粒子从开始下落到恰好到达下极板过程中，根据动能定理可得：mgdqu0，当下极板向上移动，设粒子在电场中运动距离x时速度减为零，全过程应用动能定理可得：mg(x)qx0，两式联立解得：xd，选项d正确。2选d由图像能看出从0到x1电势增大，电场强度不一定增大，小球受的电场力就不一定增大，故a项错；从x1到x3电势一直减小，电势能epq也一直减小，故b项错；由于沿电场线方向移动电势逐渐降低，所以从0到x1电场力阻碍小球的运动，从x1到x3电场力是动力，从x3到x4电场力是阻力，由于只受电场力作用，所以动能与电势能相互转化，总能量守恒，可看出只要能通过x1位置就能到达x4位置，假设到达x1时动能恰为0，由能量守恒定律mv02q0，得v0 ，故c项错；由以上分析可知，粒子到达x3处速度最大，由动能定理得quq0mv32mv02，将初速度代入得v3，故d项正确。3解析：(1)设小球的初速度为v0，初动能为ek0，从o点运动到a点的时间为t，令oad，则obd，根据平抛运动的规律有dsin 60v0tdcos 60gt2又ek0mv02由式得ek0mgd设小球到达a点时的动能为eka，则ekaek0mgd由式得(2)加电场后，小球从o点到a点和b点，高度分别降低了和，设电势能分别减小epa和epb，由能量守恒及式得epa3ek0ek0mgdek0epb6ek0ek0mgdek0在匀强电场中，沿任一直线，电势的降落是均匀的。设直线ob上的m点与a点等电势，m与o点的距离为x，如图，则有解得xd。ma为等势线，电场必与其垂线oc方向平行。设电场方向与竖直向下的方向的夹角为，由几何关系可得30即电场方向与竖直向下的方向的夹角为30。设场强的大小为e，有qedcos 30epa由式得e答案：(1)(2)与竖直向下的方向的夹角为304选bd小物块运动过程中具有加速度，由整体法可知地面对斜面体有静摩擦力，a错误；由运动情况可知，b处电荷带负电荷，物块也带负电荷，故物块在下滑的过程中，库仑力做负功，故物块的电势能增大，b正确；物块先加速后减速，加速度大小先减小后增大，故受到的合力先减小后增大，c错误；由能量守恒可知小物块损失的机械能大于增加的电势能(损失的机械能包括摩擦力做负功)，d正确。5.选abc从图中可以看出，上极板带正电，下极板带负电，带电粒子由静止开始向下运动，说明受到向下的电场力，可知粒子带正电。故a正确。离子具有速度后，它就在向下的电场力f及总与速度方向垂直并不断改变方向的洛仑兹力f作用下沿acb曲线运动，因洛仑兹力不做功，电场力做功等于动能的变化，而离子到达b点时的速度为零，所以从a到b电场力所做正功与负功加起来为零。这说明离子在电场中的b点与a点的电势能相等，即b点与a点位于同一高度。故b正确。在由a经c到b的过程中，在c点时，电势最低，此时粒子的电势能最小，由能量守恒定律可知此时具有最大机械能。故c正确。只要将离子在b点的状态与a点进行比较，就可以发现它们的状态(速度为零，电势能相等)相同，如果右侧仍有同样的电场和磁场的叠加区域，离子就将在b之右侧重现前面的曲线运动，因此，离子是不可能沿原曲线返回a点的。如图所示。故d错误。6选bd当棒下滑，速度增大，e增大，i增大，f安增大，由牛顿第二定律可知：a，可知加速度减小，故a错误，b正确，故c错误。导体棒下滑过程中，重力势能减小，动能增加，同时产生电热，根据能量守恒可知，导体棒ab下滑至速度达到最大值时，动能和热能的增加量等于重力势能的减小量，故d正确。7选cab向右匀速运动，产生的感应电动势为eblv，是定值，ab可以看做电源，框架构成外电路，当ab运动到框架的中间位置时，外电路电阻最大，等于ab的电阻，因此在ab运动过程中，外电路总电阻r先增大后减小，由i可知，电路电流先减小后增大，ab受到的安培力为fbbil，可知安培力先减小后变大，ab匀速运动，由平衡条件得：ffb，所以外力f先减小后增大，故a错误；由a可知，电路电流先减小后增大，框架受到的安培力fb框bil，先减小后增大，由平衡条件可知，桌面对框架的水平作用力与所受的安培力大小相等，所以桌面对框架的水平作用力先变小后变大，故b错误；通过ab的电流i先减小后增大，则ab杆的发热功率pi2rab，先减小后变大，故c正确；当ab在框架的中央时，内外电阻相等，除此之外，外电阻总是小于内电阻的，由uir可知，外电压小于等于内电压，由qwuit可知外电路产生的总热量小于ab杆产生的总热量，故d错误。8解析：(1)f作用之前，a、b处于静止状态。设b所受静摩擦力大小为ff0，a、b间绳中张力为ft0，有对a：ft0magsin 对b：ft0qeff0联立式，代入数据解得ff00.4 n(2)物体a从m点到n点的过程中，a、b两物体的位移均为x，a、b间绳子张力为ft，有qexepftmbgqemba设a在n点时速度为v，受弹簧拉力为f弹，弹簧的伸长量为x，有v22axf弹kxfmagsin f弹sin ftmaa由几何关系知x设拉力f的瞬时功率为p，有pfv联立式，代入数据解得p0.528 w答案：(1)0.4 n(2)0.528 w9解析：(1)在t时间内，导体棒扫过的面积为st(2r)2r2根据法拉第电磁感应定律，导体棒上感应电动势的大小为e根据右手定则，感应电流的方向是从b端流向a端，因此，通过电阻r的感应电流的方向是从c端流向d端，