浙江专用2020版高考物理二轮复习专题二第2讲动量观点和能量观点在电磁学中的应用课件.pptx

第2讲动量观点和能量观点在电磁学中的应用,网络构建,备考策略,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.洛伦兹力对运动电荷不做功。4.安培力可做正功，也可做负功。5.力学中的三大观点(动力学、动量、能量观点)仍是解决力电综合问题首选的方法。,应用能量观点解决力、电综合问题,电场中的功能关系,【典例1】(2018全国卷，21)(多选)图1中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面，已知平面b上的电势为2V。一电子经过a时的动能为10eV，从a到d的过程中克服电场力所做的功为6eV。下列说法正确的是(),图1,A.平面c上的电势为零B.该电子可能到达不了平面fC.该电子经过平面d时，其电势能为4eVD.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍,答案AB,【典例2】(2019浙江宁海选考模拟)如图2所示，一带正电小球穿在一根绝缘粗糙直杆上，杆与水平方向夹角为，整个空间存在着竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，先给小球一初速度，使小球沿杆向下运动，在A点时的动能为100J，在C点时动能减为零，D为AC的中点，那么带电小球在运动过程中(),图2,能量观点在电磁场中的应用,A.到达C点后小球不可能沿杆向上运动B.小球在AD段克服摩擦力做的功与在DC段克服摩擦力做的功不等C.小球在D点时的动能为50JD.小球电势能的增加量等于重力势能的减少量,解析如果电场力大于重力，则速度减为零后小球可能沿杆向上运动，选项A错误；小球受重力、电场力、洛伦兹力、弹力和滑动摩擦力，由于F洛qvB，故洛伦兹力减小，导致支持力和滑动摩擦力变化，故小球在AD段克服摩擦力做的功与在DC段克服摩擦力做的功不等，选项B正确；由于小球在AD段克服摩擦力做的功与在DC段克服摩擦力做的功不等，故小球在D点时的动能也就不一定为50J，选项C错误；该过程是小球的重力势能、电势能、动能和系统的内能之和守恒，故小球电势能的增加量不等于重力势能的减少量，选项D错误。,答案B,【典例3】(2019温州九校高三上学期模拟)如图3甲所示，两条相互平行的光滑金属导轨，相距L0.2m，左侧轨道的倾斜角30，右侧轨道为圆弧线，轨道端点间接有电阻R1.5，轨道中间部分水平，MP、NQ间距离为d0.8m，水平轨道间充满方向竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B随时间变化如图乙所示。一质量为m10g、导轨间电阻为r1.0的导体棒a从t0时刻无初速释放，初始位置与水平轨道间的高度差H0.8m。另一与a棒完全相同的导体棒b静置于磁场外的水平轨道上，靠近磁场左边界PM。a棒下滑后平滑进入水平轨道(转角处无机械能损失)，并与b棒发生碰撞而粘合在一起，此后作为一个整体运动。导体棒始终与导轨垂直并接触良好，轨道的电阻和电感不计，重力加速度大小g取10m/s2。求：,动力学观点和能量观点在电磁感应中的应用,图3(1)导体棒进入磁场前，流过R的电流大小；(2)导体棒刚进入磁场瞬间受到的安培力大小；(3)导体棒最终静止的位置离PM的距离；(4)全过程电阻R上产生的焦耳热。,解析(1)由法拉第电磁感应定律可知,与b发生完全非弹性碰撞后的速度为v由动量守恒定律有mvD2mv,(3)导体棒直到静止，由动量定理有BqL2mv,由以上各式解得s2m，因此导体棒停在距离PM为0.4m处。,(4)滑入磁场前有QR1IRt，解得QR11.2102J,答案(1)0.1A(2)0.04N(3)0.4m(4)0.042J,1.动能定理在力学和电场中应用时的“三同一异”,2.功能关系在力学和电磁感应中应用时的“三同三异”,图4,(1)小球C与小球B碰撞前的速度v0的大小？小球B的电荷量q为多少？(2)小球C与小球B一起向下运动的过程中，最大速度为多少？,解析(1)小球C自由下落H时获得速度v0，由机械能守恒定律得,(2)两个球碰撞过程，动量守恒，故mv02mv设当B和C向下运动的速度最大为vm时，与A相距x，对B和C整体，由平衡条件得,代入数据得x0.28m由能量守恒定律得,答案(1)4m/s4.4109C(2)2.16m/s,2.(2019江南十校模拟)如图5，EFPMN为光滑金属导轨，电阻不计，处于竖直平面内，其中FP倾斜，倾角为，EFFP，PMN是半径为R的圆弧，圆弧与倾斜部分平滑连接于P点，N、M分别为圆弧的竖直直径的两端点，还有一根与EFPMN完全相同的导轨EFPMN，两导轨平行放置，间距为L，沿垂直于导轨所在平面的方向看去，两导轨完全重合。过P点的竖直线右侧有垂直于FP向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B，两根相同的金属棒ab、cd(图中只画出了a端和c端)，质量为m、电阻为r，分别从导轨FP和EF上某位置由静止释放，在以后的过程中，ab、cd始终与导轨保持垂直且接触良好。(轨道FP和EF足够长，题中所给的各个物理量均为已知，重力加速度为g),图5(1)若ab棒到达P点之前已经匀速运动，求ab棒匀速下滑时的速度v，以及此时cd棒的电功率P；,假定能够运动到圆弧最高点，且到达最高点时速度为vN，,故ab棒不能运动到圆弧最高点。,【典例1】(2019浙江宁波选考模拟)如图6所示，一竖直光滑绝缘的管内有一劲度系数为k的轻质绝缘弹簧，其下端固定于地面，上端与一质量为m、带电荷量为q的小球A相连，整个空间存在一竖直向上的匀强电场，小球A静止时弹簧恰为原长，另一质量也为m的不带电的绝缘小球B从管内距A高为x0处由静止开始下落，与A发生碰撞后一起向下运动。若全过程中小球A的电荷量不发生变化，重力加速度为g。,应用动量观点和能量观点解决力、电综合问题,动量观点和能量观点在电磁场中的应用,图6,(1)若x0已知，试求B与A碰撞过程中损失的机械能E；(2)若x0未知，且B与A一起向上运动在最高点时恰未分离，试求A、B运动到最高点时弹簧的形变量x；(3)在满足第(2)问的情况下，试求A、B运动过程中的最大速度vm。,解析(1)设匀强电场的场强为E，在碰撞前A静止、弹簧恰为原长时，有mgqE0,设B与A碰撞后共同速度为v1，由动量守恒定律得mv02mv1,(2)A、B在最高点恰不分离，此时弹簧处于拉伸状态，且A、B间的弹力为零，设它们共同加速度为a，则对B：mgma对A：mgkxqEma,(3)A、B一起运动过程中合外力为零时具有最大速度，设此时弹簧的压缩量为x，则2mg(kxqE)0,由于xx，说明A、B在最高点处与合外力为0处弹簧的弹性势能相等，对此过程由能量守恒定律得,动量观点和能量观点在电磁感应中的应用,【典例2】(2019浙江省重点中学高三期末热身联考)如图7所示，两根间距为L的光滑金属导轨CM1M2P1P2、DN1N2Q1Q2固定放置，导轨M1N1左侧向上弯曲，右侧水平。水平导轨左端有宽度为d、方向竖直向上的匀强磁场区域，右端有另一磁场区域，其宽度也为d，但方向竖直向下，两磁场的磁感应强度大小均为B，相隔的距离也为d。有两根电阻均为R的金属棒a和b与导轨垂直放置，金属棒a质量为m，金属棒b质量为3m，b棒置于磁场的中点E、F处，并用绝缘细线系住，细线能承受的最大拉力为F0。现将a棒从弯曲导轨上某一高度h0处由静止释放并沿导轨运动，当a棒刚进入磁场区域时细线刚好被拉断，重力加速度大小为g。,图7,解析(1)因为a棒进入磁场后做减速运动，所以只要刚进入时b棒不动，b棒就可以静止不动，由题意对a棒：由机械能守恒定律得,(2)a棒从弯曲导轨上高度为h(hh0)处由静止释放，则b棒保持静止。设a棒出磁场的速度为va棒进入磁场的过程：,答案见解析,(1)克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能；安培力做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。(2)若回路中电流恒定，可以利用WUIt或QI2Rt直接进行电能计算。(3)若电流变化，则根据能量守恒求解。,(2019稽阳联谊学校联考)如图8所示，两根光滑的金属平行导轨放在水平面上，左端向上弯曲，右端连有绝缘弹性障碍物，导轨间距为L0.5m，电阻不计。水平段导轨所处空间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小B1.0T。质量为mb0.1kg、电阻为Rb0.1的金属棒b垂直导轨放置其上，它与磁场左边界AA的距离为x01.0m，现将质量为ma0.2kg、电阻为Ra0.2的金属棒a从弯曲导轨上高为h0.45m处由静止释放，使其沿导轨运动。已知在以后的运动过程中，两金属棒始终不会相撞，且金属棒b撞击障碍物前已经是匀速运动状态，撞击过程中不损耗机械能。设两金属棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，g取10m/s2。求：,图8(1)金属棒a刚越过磁场左边界AA时，它两端的电压大小；(2)金属棒b第一次撞击障碍物前，b棒上产生的焦耳热；(3)金属棒a最终静止在轨道上离障碍物的距离。,(2)b棒做匀速直线运动，说明已没有安培力，已没有电