高中物理高考二轮专题复习课件（可编辑）：专题二第2课时（2）人教大纲版.pptVIP

第2课时匀变速直线运动规律在电学中的应用 基础回扣 1 带电粒子在电场中做直线运动的问题 在电场中处理力学问题 其分析方法与力学相同 首先进行 然后看物体所受的合力与是否一致 其运动类型有电场加速运动和在交变的电场内往复运动 2 带电粒子在磁场中做直线运动的问题 洛伦兹力的方向始终粒子的速度方向 受力 分析 速度方向 垂直于 3 带电粒子在复合场中的运动情况一般较为复杂 但是它仍然是一个问题 同样遵循力和运动的各条基本规律 4 若带电粒子在电场力 重力和洛伦兹力共同作用下做直线运动 如果是匀强电场和匀强磁场 那么重力和电场力都是力 洛伦兹力与速度方向垂直 而其大小与大小密切相关 因此 只有带电粒子的不变 才可能做直线运动 也即匀速直线运动 力学 恒 速度 速度大小 思路方法 1 处理带电粒子在交变电场作用下的直线运动问题时 首先要分析清楚带电粒子在内的受力和运动特征 2 在具体解决带电粒子在复合场内运动问题时 要认真做好以下三点 1 正确分析情况 2 充分理解和掌握不同场对电荷作用的特点和差异 3 认真分析运动的详细过程 充分发掘题目中的 建立清晰的物理情景 最终把物理模型转化为数学表达式 受力 隐 含条件 一个周期 题型1动力学方法在电场内的应用 例1 2009 广东 20 如图2 2 1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 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的质量ma 0 6kg 其受到的电场力大小f 1 2n 假设a所带的电荷量不影响极板间的电场分布 t 0时 图2 2 1 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 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 解析 1 由牛顿第二定律f ma有 a刚开始运动时的加速度大小aa 2 0m s2 方向水平向右 b刚开始运动时受电场力和摩擦力作用 由牛顿第三定律得电场力f f 1 2n 摩擦力ff ma mb g 0 8n b刚开始运动时的加速度大小ab 2 0m s2 方向水平向左 2 设b从开始匀减速到零的时间内t1 则有t1 0 2s 此时间内b运动的位移sb1 0 04m t1时刻a的速度va1 va aat1 1 2m s 0 故此过程a一直匀减速运动 此t1时间内a运动的位移sa1 0 28m 此t1时间内a相对b运动的位移s1 sa1 sb1 0 32m 此t1时间内摩擦力对b做的功为 w1 ff sb1 0 032j t1后 由于f f b开始向右做匀加速运动 a继续做匀减速运动 当它们速度相等时a b相距最远 设此过程运动时间为t2 它们的速度为v 则有 对a速度v va1 aat2 对b加速度ab1 0 4m s2 速度v ab1t2 联立以上各式并代入数据解得v 0 2m s t 0 5s 此t2时间内a运动的位移sa2 0 35m 此t2时间内b运动的位移sb2 0 05m此t2时间内a相对b运动的位移s2 sa2 sb2 0 30m 此t2时间内摩擦力对b做的功为w1 ff sb2 0 04j 所以a最远能到达b点a b的距离为l s1 s2 0 62m从t 0时刻到a运动到b点时 摩擦力对b做的功为wf w1 w2 0 072j 解决电场内带电粒子的运动问题时要抓住两个分析 1 受力分析 2 运动过程和特点分析 通过受力分析研究运动 反过来 看运动是否对受力有影响 答案 1 2 0m s2 方向水平向右2 0m s2 方向水平向左 2 0 62m 0 072j 预测演练1 2009 汕头市二模 18分 如图2 2 2甲所示 a b为水平放置的平行金属板 板间距离为d d远小于板的长和宽 在两板的中心各有小孔o和o o和o 处在同一竖直线上 在两板之间有一带负电的质点p 已知a b间所加电压为u0时 质点p所受的电场力恰好与重力平衡 现在a b间加上如图乙所示随时间t作周期性变化的 图2 2 2 电压u 已知周期t g为重力加速度 在第一个周期内的某一时刻t0 在a b间的中点处由静止释放质点p 一段时间后质点p从金属板的小孔飞出 1 t0在什么范围内 可使质点在飞出小孔之前运动的时间达到最短 2 t0在哪一时刻 可使质点p从小孔飞出时的速度达到最大 解析设质点p的质量为m 电量大小为q 根据题意 当a b间的电压为u0时 有 q mg 1分 当两板间的电压为2u0时 p的加速度向上 其大小为a1 则 q mg ma1 1分 解得a1 g 1分 当两板间的电压为 2u0时 p的加速度向下 其大小为a2 则q mg ma2 1分 解得a2 3g 1分 1 要使质点在飞出小孔之前运动的时间达到最短 须使质点释放后一直向下加速运动 设质点释放后经过时间t到达小孔o 则 d a2t2 1分 解得t 1分 因为t 所以t 质点到达小孔之前能一直加速 1分 因此要使质点在飞出小孔之前运动的时间达到最短 质点释放的时刻t0应满足 t0 t t 即 t0 5 1分 2 要使质点p从小孔飞出时的速度达到最大 须使质点释放后先向上加速 再向上减速运动 在到达小孔o时速度减为0 然后向下加速运动直到小孔o 设质点释放后向上加速时间为t1 向上减速时间为t2 则 v1 gt1 0 v1 3gt2 d gt12 v1t2 3gt22 3分 由以上各式解得t1 t2 1分 因为t1 t2 因此质点p能向上先加速后减速恰好到达小孔o 1分 设质点从小孔o向下加速运动到小孔o 经过的时间为t3 则d 3gt32 1分 解得t3 1分 因为t2 t3 因此质点p能从小孔o向下 一直加速运动到小孔o 此时质点p从小孔o 飞出时的速度达到最大 1分 因此 要使质点p从小孔飞出时的速度达到最大 质点p释放的时刻应为 t0 t1 1分 答案 1 t0 5 2 题型2混合场内直线运动的动力学分析 例2带负电的小物体a放在倾角为 sin 0 6 的足够长的绝缘斜面上 整个斜面处于范围足够大 图2 2 3 方向水平向右的匀强电场中 如图2 2 3所示 物体a的质量为m 电荷量为 q 与斜面间的动摩擦因数为 它在电场中受到的电场力的大小等于重力的一半 物体a在斜面上由静止开始下滑 经时间t后突然在斜面区域加上范围足够大的匀强磁场 磁场方向垂直于纸面向里 磁感应强度大小为b 此后物体a沿斜面继续下滑距离l后离开斜面 1 物体a在斜面上的运动情况如何 说明理由 2 物体a在斜面上运动的过程中有多少能量转化为内能 解析 1 物体a在斜面上受重力 电场力 支持力和滑动摩擦力的作用 方向如右图所示 由此可知 小物体a在恒力作用下 先在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动 加上匀强磁场后 还受方向垂直斜面向上的洛伦兹力的作用 方可使a离开斜面 故磁感应强度的方向应垂直纸面向里 随着速度的增加 洛伦兹力增大 斜面的支持力减小 滑动摩擦力减小 物体继续做加速度增大的加速运动 直到斜面的支持力变为零 此后小物体a将离开斜面 2 加磁场之前 物体a做匀加速直线运动 由牛顿运动定律 有 mgsin qecos ff ma 对物体a受力分析 在垂直斜面上 有 fn qesin mgcos 0 ff fn 由以上三式解得 a a沿斜面运动的距离为s at2 加上磁场后 受洛伦兹力f洛 qvb 随速度v的增大 支持力fn减小 直到fn 0时物体将离开斜面 有qvb mgcos qesin 解得v mg 2qb 物体a在斜面上运动的全过程中 重力和电场力做正功 滑动摩擦力做负功 洛伦兹力不做功 由动能定理 有 mg l s sin qe l s cos wf mv2 0 物体a克服摩擦力做功 机械能转化为内能 e wf mg l gt2 答案 1 见解析 2 mg l gt2 拓展探究上例中若改为如图2 2 4所示 质量为m 带电荷量为 q的滑块 沿绝缘斜面匀速下滑 当滑块滑至竖直向下的匀强电场区域时 滑块的运动状态为 已知qe mg 图2 2 4 a 继续匀速下滑 b 将加速下滑 c 将减速下滑 d 上述三种情况都有可能发生 解析滑块进入电场前 沿绝缘斜面匀速下滑 受力情况满足mgsin mgcos 进入电场后 mg qe sin mg qe cos 仍满足平衡条件 故滑块将继续匀速下滑 答案a 1 该题涉及到重力 电场力 洛伦兹力的做特点和动能定理等知识点 考查学生对运动和力的关系的理解和掌握情况 同时考查了学生对接触物体分离条件的灵活运用 2 解决此题的关键是要抓住重力 电场力做功与路径无关 洛伦兹力永不做功的特点 另要注意加上磁场后 受洛伦兹力f洛 qvb 随速度v的增大 支持力fn减小 直到fn 0时物体将离开斜面 预测演练2 2009 大连市二模 在互相垂直的匀强磁场和匀强电场中固定放置一光滑的绝缘斜面 其倾角为 斜面足够长 磁场的磁感应强度为b 方向垂直纸面向外 电场方向竖直向上 如图2 2 5所示 一质量为m 带电荷量为q的小球静止放在斜面上 小球对斜面的压力正好为零 若将电场方向迅速改为沿斜面向下 场强太小不变 则 a 小球沿斜面下滑过程中的加速度越来越小 b 小球沿斜面下滑过程中的加速度恒为2gsin c 小球沿斜面下滑的速度v 时小球对斜面的正压力再次为零 图2 2 5 解析由原来小球静止在斜面上可得mg qe 当电场方向改为沿斜面向下时 电场力方向沿斜面向下 运动过程中受力如右图所示 由mgsin qe ma知 a gsin b错 由mgcos qvb知 c正确 d 小球沿斜面下滑的速度v 时小球对斜面的正压力再次为零 答案c 题型3电磁感应中动态问题分析 例3 2009 南平市适应性考试 如图2 2 6甲所示 两根质量均为0 1kg完全相同的导体棒a b 用绝缘轻杆相连置于由金属导轨pq mn架设的斜面上 已知斜面倾角 为53 a b导体棒的间距是pq mn导轨间间距的一半 导轨中间分界线oo 以下有方向垂直斜面向上的匀强磁场 当a b导体棒沿导轨下滑时 其下滑速度v与时间的关系图象如图乙所示 若a b导体棒接入电路的电阻均为1 其它电阻不计 取g 10m s2 sin53 0 8 cos53 0 6 试求 图2 2 6 1 pq mn导轨的间距d 2 a b导体棒与导轨间的动摩擦因数 3 匀强磁场的磁感应强度 思路导引 1 利用v t图象分析 b棒何时开始进入磁场 答案0 4s时进入 2 0 4s 0 6s内a b导体棒为什么能做匀速运动呢 v t图象中两段斜线 斜率相同吗 说明了什么问题 解析 1 由图乙可知导体棒b刚进入磁场时a b的连接体做匀速运动 当导体棒a进磁场后才再次加速运动 因而b棒匀速运动的位移即为a b棒的间距 依题意可得 d 2vt 2 3 0 6 0 4 m 1 2m 2 设导体棒运动的加速度为a 由图乙得 a m s2 7 5m s2 答案0 4s 0 6s内导体棒b进入磁场 切割磁感线产生感应电流 受到沿斜面向上的安培力 摩擦力和重力 三力合力为零 因此能匀速运动 v t图象的斜率相同 说明了两过程加速度相同 即两导体棒进入磁场后 不再受安培力 因a b棒一起运动 故可看作一整体 其受力如右图所示 由牛顿第二定律得2mgsin 2mgcos 2ma 故 0 083 3 当b导体棒在磁场中做匀速运动时 2mgsin 2mgcos bil 0 i 联立解得 b 0 83t 答案 1 1 2m 2 0 083 3 0 83t 1 本题考查对复杂物理过程的分析能力 从图象读取有用信息的能力 考查逻辑推理能力 分析综合运用能力和运用物理知识解决物理问题能力 2 考查了运动学 牛顿第二定律 闭合电路欧姆定律 法拉第电磁感应定律等知识 3 在电磁感应的动态分析中 应注意以下物理量间的相互联系 v e blv i f bil a 预测演练3 2009 西安市第三次质检 如图2 2 7所示 ab和cd是足够长的平行光滑导轨 其间距为l 导轨平面与水平面的夹角为 整个装置处在磁感应强度为b 方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中 ac端连有电阻值为r的电阻 若将一质量为m 电阻为r的金属棒ef垂直于导轨在距bd端x处由静止释放 在棒ef滑至底端前会有加速和匀速两个运动阶段 今用大小为f 方向沿斜面向上的恒力把棒ef从bd位置由静止推至距bd端x处 突然撤去恒力f 棒ef最后又回到bd端 导轨的电阻不计 图2 2 7 1 求恒力f刚推棒ef时棒的加速度 2 求棒ef下滑过程中的最大速度 3 棒ef自bd端出发又回到bd端的整个过程中 电阻r上有多少电能转化成了内能 解析 1 根据牛顿第二定律f mgsin ma 得a 2 当ef从距bd端x处由静止开始滑至bd的过程中 安培力f安 bil bl 根据牛顿第二定律mgsin f安 ma 当a 0时速度达到最大值vm 即vm 答案 1 2 3 e fx m 3 棒先向上减速至零 然后从静止加速下滑 在滑回bd之前已达最大速度vm开始匀速 设ef棒由bd从静止出发到再返回bd的过程中 转化成的内能为 e 根据能的转化与守恒定律fx e mvm2 e fx m 1 2009 泰安市考前模拟 如图2 2 8所示 倾角为 的绝缘斜面固定在水平面上 当质量为m 带电荷量为 q的滑块沿斜面下滑时 在此空间突然加上竖直方向的匀强电场 已知滑块受到的电场力小于滑块的重力 则 a 若滑块匀速下滑 加上竖直向上的电场后 滑块将减速下滑 b 若滑块匀速下滑 加上竖直向下的电场后 滑块仍匀速下滑 图2 2 8 c 若滑块匀减速下滑 加上竖直向上的电场后 滑块仍减速下滑 但加速度变大 d 若滑块匀加速下滑 加上竖直向下的电场后 滑块仍以原加速度加速下滑 解析a b选项若滑块原来匀速下滑 受力如右图所示 则有 mgsin mgcos 即sin cos 当加竖直向上的电场时 mg qe sin mg qe cos ma a 0 匀速 同样 电场方向向下也匀速 a错 b对 c中若匀减速下滑sin cos mg qe sin mg qe cos ma1 a1 g cos sin sin co a1变小 c错 d中若匀加速下滑sin cos mg qe sin mg qe cos ma2 a2 g sin cos qe sin cos m a2变大 d错 答案b 2 2009 南通市二模 如图2 2 9所示 不带电的金属球a固定在绝缘底座上 它的正上方有b点 该处有带电液滴不断地自静止开 图2 2 9 始落下 液滴到达a球后将电荷量全部传给a球 设前一液滴到达a球后 后一液滴才开始下落 不计b点未下落带电液滴对下落液滴的影响 则下列叙述中正确的是 a 第一滴液滴做自由落体运动 以后液滴做变加速运动b 当液滴下落到重力等于电场力位置时 开始做匀速运动 c 所有液滴下落过程所能达到的最大动能不相等 d 所有液滴下落过程中电场力做功相等 解析第一滴液滴下落过程将使a球发生静电感应 即受到a球的引力 a错 由于距离越近 电场力越大 重力等于电场力时 开始做减速运动 b错 由于a球 积聚电荷越来越多 后续电荷电场力和重力相等的位置不断变化 c对d错 答案c 3 2009 宣城市第三次调研 如图2 2 10所示 电源电动势为e 内阻为r 滑动变阻器为r 开关闭合 两平行极板间有匀强磁场 一带正电粒子正好以速度v匀速穿过两板 以下说法正确的是 图2 2 10 a 保持开关闭合 将滑片p向上滑动一点 粒子将可能从下极板边缘射出 b 保持开关闭合 将滑片p向下滑动一点 粒子将可能从下极板边缘射出 c 保持开关闭合 将a极板向下移动一点 粒子将继续沿直线穿出 d 如果将开关断开 粒子将继续沿直线穿出 解析由匀速穿过两板可知qvb qe场 e场 当p向上移动时 u e场 f洛 f电 将从上极板边缘射出 a错 b对 同理c也错 开关断开后板间无电场但有磁场 粒子仍会偏转 d错 答案b 4 2009 临沂市第二次调研 质量为m的物块 带正电荷量q 开始时让它静止在倾角 60 的固定光滑绝缘斜面顶端 整个装置放在水平方向 大小为e q的匀强电场中 如图2 2 11所示 斜面高为h 释放物块后 物块落地的速度大小为 图2 2 11 解析取物块受力分析知 物块脱离斜面做匀加速直线运动 设落地时水平位移为x 历时为t a b c d 由动能定理 mgh qe x mv2 竖直方向 t 水平方向 x 由 得x 将 代入 得v 故选项c对 答案c 5 2009 鞍山市第二次质量检查 如图2 2 12所示为一个质量为m 电荷量为 q的圆环 可在水平放置的足够长的粗糙 图2 2 12 细杆上滑动 细杆处于磁感应强度为b的匀强磁场中 现给圆环向右的初速度v0 在以后的运动过程中 圆环运动的速度图象可能是下图中的 解析受力分析如右图所示 当v0适当时 fn 0 ff 0 f洛 mg 则会匀速运动 a对 若fn 0 假设fn向上 做减速运动 f洛减小 fn增大 ff增大 做加速度增大的减速运动 直到速度为零 当fn向下时 f洛减小 fn减小 ff减小 做加速度减小的减速运动 直到fn 0 匀速运动 d正确 d 6 如图2 2 13所示 倾角为 的斜面ab是粗糙且绝缘的 ab长为l c为ab的中点 在a c之间加一方向垂直斜面向上的匀强电场 与斜面垂直的虚线cd为电场的边界 现有一质量为m 电荷量为q的带正电的小物块 可视为质点 从b点开始在b c间以速度v0沿斜面向下做匀速运动 经过c后沿斜面匀加速下滑 到达斜面底