高考物理二轮复习 第5讲 能量和动量在电磁学中的应用课件.ppt

第5讲能量和动量在电磁学中的应用 1 2011 广东理综 36 如图2 5 1所示 以a b和c d为端点的两半圆形光滑轨道固定于竖直平面内 一滑板静止在光滑水平地面上 左端紧靠b点 上表面所在平面与两半圆分别相切于b c 一物块被轻放在水平匀速运动的传送带上e点 运动到a时刚好与传送带速度相同 然后经a沿半圆轨道滑下 再经b滑上滑板 滑板运动到c时被牢固粘住 物块可视为质点 质量为m 滑板质量m 2m 两半圆半径均为r 板长l 6 5r 板右端到c的距离l在r l 5r范围内取值 e距a为s 5r 物块与传送带 物块与滑板间的动摩擦因数均为 0 5 重力加速度取g 1 求物块滑到b点的速度大小 2 试讨论物块从滑上滑板到离开滑板右端的过程中 克服摩擦力做的功wf与l的关系 并判断物块能否滑到cd轨道的中点 图2 5 1 主要题型 选择题 计算题热点聚焦 1 静电力做功的特点 2 动能定理在电磁学中的应用 3 带电体在磁场中运动时洛伦兹力不做功 机械能也可守恒 4 动量守恒 能量守恒在电磁感应现象中的应用命题趋势高考常对电学问题中能量守恒 动量守恒考查 解决此类题目的特点是过程复杂 综合性强 主要考查学生综合分析问题的能力 预计2014年高考此类题目仍会出现 1 电场力的大小计算电场力做功与路径无关 其计算方法一般有如下四种 1 由公式w flcos 计算 此公式只适用于匀强电场 可变形为w eqlcos 2 由w qu计算 此公式适用于任何电场 3 由电势能的变化计算 wab epa epb 4 由动能定理计算 w电场力 w其他力 ek 考向一电场中的功能关系的应用 2 电场中的功能关系 1 若只有电场力做功 电势能与动能之和保持不变 2 若只有电场力和重力做功 电势能 重力势能 动能之和保持不变 3 除重力 弹簧弹力之外 其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化 4 所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化 典例1 图2 5 2 1 若加电场后小滑块受到的电场力与滑动摩擦力大小相等 求滑块离开ab区域时的速度 2 要使小滑块在ab区域内运动的时间达到最长 电场强度应满足什么条件 并求这种情况下滑块离开ab区域时的速度 设最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力 审题流程第一步 抓好过程分析 巧选物理规律 边读边看图 第二步 抓好关键点 找出突破口 处理此问题应注意以下几点 1 电场力做功与路径无关 可运用动能定理对全程列式 2 在运用动能定理处理电学问题时应注意运动过程的选取 特别应注意电场力和摩擦力做功的特点 单选 2013 嘉定区模拟 如图2 5 3所示 在粗糙水平面上 彼此靠近地 预测1 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 在物块运动过程中 下列表述正确的是 图2 5 3 a 两个物块的机械能守恒b 物块受到的库仑力不做功c 两个物块的电势能逐渐减少d 物块受到的摩擦力始终小于其受到的库仑力答案c 如图2 5 4所示 有三根长度均为l 0 3m的不可伸长的绝缘细线 其中两根的一端分别固定在天花板上的p q两点 另一端分别拴有质量均为m 0 12kg的带电小球a和b 其中a球带正电 电荷量为q 3 10 6c a b之间用第 预测2 图2 5 4 三根线连接起来 在水平向左的匀强电场e作用下 a b保持静止 悬线仍处于竖直方向 且a b间细线恰好伸直 静电力常量k 9 109n m2 c2 取g 10m s2 1 此匀强电场的电场强度e为多大 2 现将pa之间的线烧断 由于有空气阻力 a b球最后会达到新的平衡位置 求此时细线qb所受的拉力ft的大小 并求出a b间细线与竖直方向的夹角 3 求a球的电势能与烧断前相比改变了多少 不计b球所带电荷对匀强电场的影响 3 a球克服电场力做功 w qel 1 sin 3 10 6 3 105 0 3 1 0 6 j 0 108j所以a球的电势能增加了 ep w 0 108j答案 1 3 105n c 2 2 4n37 3 增加0 108j 1 洛伦兹力 安培力的做功情况 1 洛伦兹力在任何情况下对运动电荷都不做功 2 安培力对通电导线可做正功 负功 还可能不做功 其计算方法一般有如下两种 由公式w flcos 计算 由动能定理计算 w安 w其他力 ek2 电磁感应中的功能关系 1 电磁感应电路为纯电阻电路时产生的焦耳热等于克服安培力做的功 即q w克安 2 电磁感应发生的过程遵从能量守恒 焦耳热的增加量等于其他形式能量的减少量 考向二动量守恒 功能关系在电磁感应中的应用 2013 珠海模拟 如图2 5 5所示 c1d1e1f1和c2d2e2f2是距离为l的相同光滑导轨 c1d1和e1f1为两段四分之一圆弧 半径分别为r1 8r和r2 r 在水平矩形d1e1e2d2内有竖直向上的匀强磁场 磁感应强度为b 导体棒p q的长度均为l 质量均为m 电阻均为r 其余电阻不计 q停在图中位置 现将p从轨道最高点无初速释放 则 典例2 1 求导体棒p进入磁场瞬间 回路中的电流的大小和方向 顺时针或逆时针 2 若p q不会在轨道上发生碰撞 棒q到达e1e2瞬间 恰能脱离轨道飞出 求导体棒p离开轨道瞬间的速度 3 若p q不会在轨道上发生碰撞 且两者到达e1e2瞬间 均能脱离轨道飞出 求回路中产生热量的范围 图2 5 5 1 功能关系在电学中应用的题目 一般过程复杂且涉及多种性质不同的力 因此 通过审题 抓住受力分析和运动过程分析是关键 然后根据不同的运动过程各力做功的特点来选择规律求解 2 力学中的动量守恒定律 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规律 单选 如图2 5 6所示 水平固定放置的足够长的u形金属导轨处于竖直向上的匀强磁场中 在导轨上放着金属棒ab 开始时ab棒以水平初速度v0向右运 预测3 图2 5 6 动 最后静止在导轨上 就导轨光滑和导轨粗糙的两种情况相比较 这个过程 a 安培力对ab棒所做的功相等b 电流所做的功相等c 产生的总内能相等d 通过ab棒的电荷量相等 答案c 如图2 5 7所示 光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连 水平轨道上方有一足够长的金属杆 杆上挂有一光滑螺线管 在弧形轨道上高为h的地方无初速 预测4 图2 5 7 释放一磁铁 可视为质点 下滑至水平轨道时恰好沿螺线管的轴心运动 设螺线管和磁铁的质量分别为m m 求 1 螺线管获得的最大速度 2 全过程中整个电路所消耗的电能 在物理变化的过程中 常存在着某些不变的关系或不变的量 在讨论一个物理变化过程时 对其中的各个量或量的变化关系进行分析 寻找到整个过程中或过程发生前后存在着不变关系或不变的量 则成为研究这一变化过程的中心和关键 这就是物理学中最常用的一种思维方法 守恒思维法 简称守恒法 技法五守恒思维法 人们在认识客观世界的过程中积累了丰富的经验 总结出许多守恒定律 建立在守恒定律之下的具体的解题方法可分为 能量守恒法 机械能守恒法 电荷守恒法 质量守恒法及动量守恒法等 能量守恒定律是物理学中普遍适用的规律之一 是物理教材的知识主干 也是历年高考各种题型正面考查或侧面渗透的重点 且常见于高考压轴题中 由于守恒定律适用范围广 处理问题方便 因此 寻求 守恒量 已成为物理研究的一个重要方面 如图2 5 8所示 两平行金属导轨相距l 0 6m 其倾角为 37 导轨电阻不计 底端接有阻值为r 3 的定值电阻 磁感应强度为b 1t的匀强磁场垂直穿过导轨平面 有一质量m 0 2kg 长为l的导体棒固定在ab位置 导体棒的电阻为r0 1 导体棒与导轨之间的动摩擦因数为 0 3 现导体棒获得平行斜面向上的初速度v0 10m s滑行最远至a b 位置 所滑行距离为s 4m sin37 0 6 cos37 0 8 重力加速度g 10m s2 典例 1 把导体棒视为电源 最大输出功率是多少 2 导体棒向上滑行至a b 过程中所受的安培力做了多少功 3 以ab位置为重力势能的零点 若导体棒从ab沿导轨面向上滑行d 3m过程中电阻r产生的热量qr 2 1j 此时导体棒的机械能e 为多大 图2 5 8 答案 1 6 75w 2 3 28j 3 5 76j 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 即学即练 图2 5 9 值不等的等势面 其过球心的截面如图2 5 9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 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 解析 1 电子 带负电 做圆周运动 电场力方向指向球心 电场方向从b指向a b板电势高于a板 2 据题意 电子在电场力