2020版高考物理总复习专题四动量与能量观点的综合应用课件.pptx

专题四动量与能量观点的综合应用,-2-,-3-,考点一,考点二,动量、能量与电磁感应结合的综合问题核心知识整合1.动量定理:物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化,即I=p或Ft=p或Ft=p1-p2,它的表达式是一个矢量方程,即表示动量的变化方向与冲量的方向相同。2.动量守恒定律:(1)内容:一个系统不受外力或者所受合外力为零,这个系统的总动量保持不变,即p1=p2或p1=-p2。(2)条件:系统不受外力或者所受外力的和为零;系统所受外力远小于系统的内力,可以忽略不计;系统在某一个方向上所受的合外力为零,则该方向上动量守恒。,-4-,考点一,考点二,3.动能定理:合外力做的功等于物体动能的变化。(这里的合外力指物体受到的所有外力的合力,包括重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等)表达式为W=Ek或W总=Ek2-Ek1。4.机械能守恒定律:在只有重力(或弹簧弹力)做功时,没有其他力做功或其他力做功的代数和为零,则系统机械能守恒。,-5-,考点一,考点二,关键能力提升命题点一单杆做非匀变速直线运动【例1】(2018浙江台州中学高三上学期第四次统练)如图所示,平行金属导轨OP、KM和PQ、MN相互垂直,且OP、KM与水平面间夹角为=37,导轨间距均为L=1m,电阻不计,导轨足够长。两根金属棒ab和cd与导轨垂直放置且接触良好,ab的质量为M=2kg,电阻为R1=2,cd的质量为m=0.2kg,电阻为R2=1,金属棒和导轨之间的动摩擦因数均为=0.5,两个导轨平面均处在垂直于轨道平面OPMK向上的匀强磁场中。现让cd固定不动,将金属棒ab由静止释放,当ab沿导轨下滑x=6m时,速度已达到稳定,此时,整个回路消耗的电功率为P=12W。(sin37=0.6,cos37=0.8,g取10m/s2)求:,-6-,考点一,考点二,(1)磁感应强度B的大小;(2)ab沿导轨下滑x=6m的过程中ab棒上产生的焦耳热Q;(3)若将ab与cd同时由静止释放,当运动时间t=0.5s时,ab的速度vab与cd棒速度vcd的关系式。,答案:(1)2T(2)10J(3)10vab-2vcd=5,-7-,考点一,考点二,解析:对ab杆进行受力分析,ab杆做加速度越来越小的加速运动,当受力平衡时速度最大。对cd杆进行受力分析,若将ab与cd同时由静止释放,cd杆受到的支持力越来越大,摩擦力越来越大,做加速度越来越小的加速运动。,-8-,考点一,考点二,当物体做非匀变速直线运动时,优先考虑动量定理和动能定理(1)以ab棒为研究对象,受重力、弹力、摩擦力和安培力。当ab沿导轨下滑x=6m时,速度已达到稳定,所以合外力为零,即:Mgsin37=BIL+Mgcos37设稳定运动的速度为v,所以E=BLv,联立以上解得:B=2T;v=3m/s,-9-,考点一,考点二,-10-,考点一,考点二,-11-,考点一,考点二,命题点二含有电容的电磁感应题目【例2】(2018浙江宁波新高考选考适应性)如图甲所示,绝缘水平面上固定着两根足够长的光滑金属导轨PQ、MN,相距为L=0.5m,ef右侧导轨处于匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向下,磁感应强度B的大小如图乙变化。开始时ab棒和cd棒锁定在导轨如图甲位置,ab棒与cd棒平行,ab棒离水平面高度为h=0.2m,cd棒与ef之间的距离也为L,ab棒的质量为m1=0.2kg,有效电阻R1=0.05,cd棒的质量为m2=0.1kg,有效电阻为R2=0.15。(设a、b棒在运动过程始终与导轨垂直,两棒与导轨接触良好,导轨电阻不计)问:,-12-,考点一,考点二,-13-,考点一,考点二,(1)01s时间段通过cd棒的电流大小与方向;(2)假如在1s末,同时解除对ab棒和cd棒的锁定,稳定后ab棒和cd棒将以相同的速度作匀速直线运动,试求这一速度;(3)对ab棒和cd棒从解除锁定到开始以相同的速度作匀速运动,ab棒产生的热量为多少?(4)ab棒和cd棒速度相同时,它们之间的距离为多大?思路点拨两根杆都做非匀变速直线运动时,两根杆产生的动生电动势大小相等时,达到稳定状态。,-14-,考点一,考点二,-15-,考点一,考点二,-16-,考点一,考点二,命题点三含有电容的电磁感应题目【例3】(2018浙江杭州高三上学期期末)某同学设计了一个电磁击发装置,其结构如图所示。间距为L=10cm的平行长直导轨置于水平桌面上,导轨中NO和NO段用绝缘材料制成,其余部分均为导电金属材料,两种材料导轨平滑连接。导轨左侧与匝数为100匝、半径为5cm的圆形线圈相连,线圈内存在垂直线圈平面的匀强磁场。电容为1F的电容器通过单刀双掷开关与导轨相连。在轨道间MPPM矩形区域内存在垂直桌面向上的匀强磁场,磁感强度为2T。磁场右侧边界PP与OO间距离为a=4cm。初始时金属棒A处于NN左侧某处,金属棒B处于OO左侧距OO距离为a处。当开关与1连接时,圆形线圈中磁场随时间均匀变化,变化率为;稳定后将开关拨向2,金属棒A被弹出,与金属棒B相碰,并在B棒刚出磁场时A棒刚好运动到OO处,最终A棒恰在PP处停住。,-17-,考点一,考点二,已知两根金属棒的质量均为0.02kg、接入电路中的电阻均为0.1,金属棒与金属导轨接触良好,其余电阻均不计,一切摩擦不计。问:,(1)当开关与1连接时,电容器带的电荷量是多少?下极板带什么电?(2)金属棒A与B相碰后A棒的速度v是多少?(3)电容器所剩电荷量Q是多少?,答案:(1)1C正电(2)0.4m/s(3)0.88C,-18-,考点一,考点二,-19-,考点一,考点二,-20-,考点一,考点二,-21-,考点一,考点二,电荷量q与安培力的冲量之间的联系,可用下面的框图来说明。电荷量作为动量定理在电磁感应的桥梁,直接把两边的物理量联系起来,如把导体棒的位移和速度联系起来,但由于这类问题导体棒的运动一般都不是匀变速直线运动,无法使用匀变速直线运动的运动学公式进行求解,所以这种方法就显得十分巧妙。,-22-,考点一,考点二,动量、能量与带电粒子运动结合的综合问题关键能力提升命题点一碰撞求平均作用力,-23-,考点一,考点二,(1)求离子束从小孔O射入磁场后打到x轴的区间;(2)调整磁感应强度的大小,可使速度最大的离子恰好打在探测板右端,求此时的磁感应强度大小B1;(3)保持磁感应强度B1不变,求每秒打在探测板上的离子数N;若打在板上的离子80%被板吸收,20%被反向弹回,弹回速度大小为打板前速度大小的0.6,求探测板受到的作用力大小。,-24-,考点一,考点二,-25-,考点一,考点二,-26-,考点一,考点二,命题点二反冲原理提供作用力【例5】小型高效离子体发动机所用燃料不到化学燃料发动机的十分之一,它可以使在太空中的航天器获得动力进入太阳系。在等离子体发动机中,等离子气体在加速电场的作用下获得很大的速度后,从航天器尾部连续喷出产生推力。假设航天器的质量为M(在发射离子过程中质量可认为不变),在太空中处于静止状态,每个离子的质量为m、电荷量为q,加速电压为U,等离子体发动机单位时间内向外喷出的离子数是n,求:(1)每个离子经过加速后获得的速度;(2)航天器开始获得的加速度。,-27-,考点一,考点二,思路点拨1.应用动量定理可以计算某一过程中的平均作用力,通常多用于计算持续作用的变力的平均大小。在粒子碰撞器壁(或挡板等)产生的冲击力计算中,应用动量定理可方便解题,但要注意明确研究对象和动量定理的矢量性。2.应用动量定理可以计算某力或合力的冲量,通常多用于计算变力的冲量。如果已知物体的初、末动量,尤其方便处理物体受瞬间冲量的问题。,-28-,考点一,考点二,-29-,1,2,1.运用电磁感应可以测量运动物体的速度,当固定着线圈的小车进入磁场时,根据线圈切割磁感线产生的感应电流大小,可以间接测量出小车的速度。如图所示,水平地面上方存在有边界的水平匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里、磁感应强度大小B、电阻为R的矩形单匝线圈MNPQ固定在小车A上,其中MN边水平,NP边竖直,高度为L,小车A和线圈的总质量为m,小车载着线圈在光滑水平面上一起以初速度v0(未知)做匀速运动,与另一辆停在磁场边界处且质量也为m的小车C发生碰撞,碰后立刻粘在一起,随后进入匀强磁场,刚进入磁场时线圈中感应电流为I,小车A完全进入磁场时的速度为v1,已知小车由绝缘材料做成,小车长度与线圈MN边长度相同。求:,-30-,1,2,(1)线圈中感应电流的方向和小车A的初速度v0的大小;(2)小车A进入磁场的过程中线圈产生的焦耳热Q;(3)小车A进入磁场过程中通过线圈截面的电荷量q。,-31-,1,2,解析:(1)由楞次定律知线圈中感应电流方向为:MQPNM设小车的初速度为v0,小车A与C碰撞时,根据动量守恒定律:mv0=2mv线圈切割磁感线感应电动势E=Blv,-32-,1,2,-33-,1,2,2.(2018浙江温岭中学高三考前冲刺)某“太空粒子探测器”是由加速、偏转和探测三部分装置组成,其原理可简化如下:如图所示,沿半径方向的加速电场区域边界AB、CD为两个同心半圆弧面,圆心为O1,外圆弧面AB电势为1,内圆弧面电势为2;在O1点右侧有一与直线CD相切于O1半径为R的圆,圆心为O2,圆内(及圆周上)存在垂直于纸面向外的匀强磁场;MN是一个足够长的粒子探测板,与O1O2连线平行并位于其下方3R处;假设太空中漂浮着质量为m,电荷量为q的带正电粒子,它们能均匀地吸附到AB圆弧面上,并被加速电场从静止开始加速到CD圆弧面上,再由O1点进入磁场偏转,最后打到探测板MN(不计粒子间的相互作用和星球对粒子引力的影响),其中沿O1O2连线方向入射的粒子经磁场偏转后恰好从圆心O2的正下方G点射出磁场;,-34-,1,2,(1)求粒子运动到O1点时速度的大小及圆形磁