全国通用2018届高考物理复习备课资料能量与动量第2讲功能关系在电学中的应用课件

1、整整 合合突突 破破实实 战战整合整合 网络要点重温网络要点重温【网络构建网络构建】 【要点重温要点重温】 1.1.电场中的功能关系电场中的功能关系(1)(1)电场力做功的求法电场力做功的求法W=qElcos .W=qElcos .W=W= . .W W电场力电场力+W+W其他力其他力=E=Ek k. .(2)(2)电场中的功能关系电场中的功能关系若只有电场力做功若只有电场力做功, , 与动能之和保持不变与动能之和保持不变. .若只有电场力和重力做功若只有电场力和重力做功, ,电势能、电势能、 、动能之和保持不变、动能之和保持不变. .2. 2. - -x x图线的斜率表示沿图线的斜率表示沿x

2、 x方向的方向的 . .qUqU电势能电势能重力势能重力势能电场强度电场强度3.3.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律(1)E=n .(1)E=n .(2)E=(2)E= . .4.4.电磁感应中的功能对应关系电磁感应中的功能对应关系(1)(1)电磁感应电路为纯电阻电路时产生的焦耳热等于电磁感应电路为纯电阻电路时产生的焦耳热等于 做的功做的功. .(2)(2)电磁感应发生的过程电磁感应发生的过程, ,遵从能量守恒遵从能量守恒, ,焦耳热的增加量等于其他形式能量焦耳热的增加量等于其他形式能量的的 . .BlvBlvt克服安培力克服安培力减少量减少量热点考向一动力学观点和能量观点解决电磁场问题热

3、点考向一动力学观点和能量观点解决电磁场问题【核心提炼核心提炼】1.1.动能定理在力学和电场中应用时的动能定理在力学和电场中应用时的“3 3同同1 1异异”突破突破 热点考向聚焦热点考向聚焦2.2.带电粒子在复合场中的运动问题是典型的力电综合问题带电粒子在复合场中的运动问题是典型的力电综合问题, ,一般要从受力、一般要从受力、运动、功能的角度来分析运动、功能的角度来分析; ;此类问题所涉及的力有重力、电场力、磁场力、此类问题所涉及的力有重力、电场力、磁场力、弹力、摩擦力等弹力、摩擦力等, ,涉及的运动形式有匀速直线运动、变速直线运动、曲线运涉及的运动形式有匀速直线运动、变速直线运动、曲线运动等动

4、等. .【典例典例1 1】 (2017(2017百校联盟模拟百校联盟模拟) )如图所示如图所示, ,在方向水平向左、范围足够大的在方向水平向左、范围足够大的匀强电场中匀强电场中, ,固定一由内表面绝缘光滑且内径很小的圆管弯制而成的圆弧固定一由内表面绝缘光滑且内径很小的圆管弯制而成的圆弧BD,BD,圆弧的圆心为圆弧的圆心为O,O,竖直半径竖直半径OD=R,BOD=R,B点和地面上点和地面上A A点的连线与地面成点的连线与地面成=37=37角角, ,AB=R.AB=R.一质量为一质量为m m、电荷量为、电荷量为q q的小球的小球( (可视为质点可视为质点) )从地面上从地面上A A点以某一初速度点

5、以某一初速度沿沿ABAB方向做直线运动方向做直线运动, ,恰好无碰撞地从管口恰好无碰撞地从管口B B进入管道进入管道BDBD中中, ,到达管中某处到达管中某处C(C(图图中未标出中未标出) )时恰好与管道间无作用力时恰好与管道间无作用力. .已知已知sin 37sin 37=0.6,cos 37=0.6,cos 37=0.8,=0.8,重力重力加速度大小为加速度大小为g.g.求求: :(1)(1)匀强电场的场强大小匀强电场的场强大小E E和小球到达和小球到达C C处时的速度大小处时的速度大小v;v;答案答案: :见解析见解析(2)(2)小球的初速度大小小球的初速度大小v v0 0以及到达以及到

6、达D D处时的速度大小处时的速度大小v vD D; ;答案答案: :见解析见解析(3)(3)若小球从管口若小球从管口D D飞出时电场反向飞出时电场反向, ,则小球从管口则小球从管口D D飞出后的最大水平射程飞出后的最大水平射程x xm m. .答案答案: :见解析见解析【预测练习预测练习1 1】 在竖直平面内放置一个由绝缘材料制作的管状圆环在竖直平面内放置一个由绝缘材料制作的管状圆环, ,管的内管的内壁光滑壁光滑, ,环的半径环的半径R R远大于管的内径远大于管的内径, ,如图所示如图所示. .现以环的圆心为原点建立现以环的圆心为原点建立xOyxOy平面坐标系平面坐标系, ,在第三象限内加一沿

7、在第三象限内加一沿x x轴正方向的匀强电场轴正方向的匀强电场, ,整个空间有垂直环整个空间有垂直环面向里的匀强磁场面向里的匀强磁场. .一质量为一质量为m m、带电荷量为、带电荷量为+q+q的小球的小球( (可视为质点可视为质点) )在管内从在管内从b b点由静止释放点由静止释放, ,小球直径略小于管的内径小球直径略小于管的内径. .重力加速度为重力加速度为g.g.(1)(1)要使小球能沿绝缘管做圆周运动恰能到达最高点要使小球能沿绝缘管做圆周运动恰能到达最高点a,a,电场强度为多少电场强度为多少? ?(2)(2)在在(1)(1)问的情况下问的情况下, ,要使小球继续运动要使小球继续运动, ,第

8、二次通过最高点第二次通过最高点a a时时, ,小球对绝缘小球对绝缘管恰好无压力管恰好无压力, ,匀强磁场的磁感应强度多大匀强磁场的磁感应强度多大? ?(3)(3)如果场强大小、磁感应强度大小如如果场强大小、磁感应强度大小如(1),(2)(1),(2)问所求问所求, ,将小球从将小球从b b点由静止释点由静止释放放, ,求小球第求小球第N N次经过最低点次经过最低点c c时对管道的作用力时对管道的作用力. .热点考向二动力学观点和能量观点解决电磁感应问题热点考向二动力学观点和能量观点解决电磁感应问题【核心提炼核心提炼】1.1.功能关系在力学和电磁感应中应用时的功能关系在力学和电磁感应中应用时的“

9、3 3同同3 3异异”2.2.电磁感应中焦耳热的求法电磁感应中焦耳热的求法【典例典例2 2】 (2017(2017江西新余模拟江西新余模拟) )如图所示如图所示, ,两条光滑的金属导轨相距两条光滑的金属导轨相距L=1 m,L=1 m,其中其中MNMN段平行于段平行于PQPQ段段, ,位于同一水平面内位于同一水平面内,NN,NN0 0段与段与QQQQ0 0段平行段平行, ,位于与水平面位于与水平面成倾角成倾角3737的斜面上的斜面上, ,且且MNNMNN0 0与与PQQPQQ0 0均在竖直平面内均在竖直平面内. .在水平导轨区域和倾斜在水平导轨区域和倾斜导轨区域内分别有垂直于水平面和斜面的匀强磁

10、场导轨区域内分别有垂直于水平面和斜面的匀强磁场B B1 1和和B B2 2, ,且且B B1 1=B=B2 2=0.5 T.ab=0.5 T.ab和和cdcd是质量均为是质量均为m=0.1 kgm=0.1 kg、电阻均为、电阻均为R=4 R=4 的两根金属棒的两根金属棒,ab,ab置于水平导轨置于水平导轨上上,cd,cd置于倾斜导轨上置于倾斜导轨上, ,均与导轨垂直且接触良好均与导轨垂直且接触良好. .从从t=0t=0时刻起时刻起,ab,ab棒在外力棒在外力作用下由静止开始沿水平方向向右运动作用下由静止开始沿水平方向向右运动(ab(ab棒始终在水平导轨上运动棒始终在水平导轨上运动, ,且垂直且

11、垂直于水平导轨于水平导轨),cd),cd受到受到F=0.6-0.25t(N)F=0.6-0.25t(N)沿斜面向上的力的作用沿斜面向上的力的作用, ,始终处于静止始终处于静止状态状态. .不计导轨的电阻不计导轨的电阻.(sin 37.(sin 37=0.6,g=0.6,g取取10 m/s10 m/s2 2) )(1)(1)求流过求流过cdcd棒的电流棒的电流I Icdcd随时间随时间t t变化的函数关系变化的函数关系; ;(2)(2)求求abab棒在水平导轨上运动的速度棒在水平导轨上运动的速度v vabab随时间随时间t t变化的函数关系变化的函数关系; ;解析解析: :(1)(1)由题意知由

12、题意知cdcd棒受力平衡棒受力平衡, ,则则F+FF+Fcdcd=mgsin 37=mgsin 37F Fcdcd=B=B2 2I IcdcdL,L,得得I Icdcd=0.5t(A).=0.5t(A).(2)ab(2)ab棒中电流棒中电流I Iabab=I=Icdcd=0.5t(A)=0.5t(A)则回路中电源电动势则回路中电源电动势E=IE=IcdcdR R总总abab棒切割磁感线棒切割磁感线, ,产生的感应电动势为产生的感应电动势为E=BE=B1 1LvLvabab解得解得abab棒的速度棒的速度v vabab=8t(m/s)=8t(m/s)所以所以,ab,ab棒做初速度为零的匀加速直线

13、运动棒做初速度为零的匀加速直线运动. .答案答案: :(1)I(1)Icdcd=0.5t(A) (2)v=0.5t(A) (2)vabab=8t(m/s)=8t(m/s)(3)(3)求从求从t=0t=0时刻起时刻起,1.0 s,1.0 s内通过内通过abab棒的电荷量棒的电荷量q;q;答案答案: :(3)0.25 C(3)0.25 C(4)(4)若若t=0t=0时刻起时刻起,1.0 s,1.0 s内作用在内作用在abab棒上的外力做功为棒上的外力做功为W=16 J,W=16 J,求这段时间内求这段时间内cdcd棒产生的焦耳热棒产生的焦耳热Q Qcdcd. .答案答案: :(4)6.4 J(4)

14、6.4 J【预测练习预测练习2 2】 (2017(2017江南十校二模江南十校二模) )如图如图,EFPMN,EFPMN为光滑金属导轨为光滑金属导轨, ,电阻不计电阻不计, ,处于竖直平面内处于竖直平面内, ,其中其中FPFP倾斜倾斜, ,倾角为倾角为,EFFP,PMN,EFFP,PMN是半径为是半径为R R的圆弧的圆弧, ,圆弧圆弧与倾斜部分平滑连接于与倾斜部分平滑连接于P P点点,N,M,N,M分别为圆弧的最高点和最低点分别为圆弧的最高点和最低点, ,还有一根与还有一根与EFPMNEFPMN完全相同的导轨完全相同的导轨EFPMN,EFPMN,两导轨平行放置两导轨平行放置, ,间距为间距为L

15、,L,沿垂直于沿垂直于导轨所在平面的方向看去导轨所在平面的方向看去, ,两导轨完全重合两导轨完全重合. .过过P P点的竖直线右侧有垂直于点的竖直线右侧有垂直于FPFP向上的匀强磁场向上的匀强磁场, ,磁感应强度大小为磁感应强度大小为B,B,两根相同的金属棒两根相同的金属棒ab,cd(ab,cd(图中只画出图中只画出了了a a端和端和c c端端),),质量为质量为m m、电阻为、电阻为r,r,分别从导轨分别从导轨FPFP和和EFEF上某位置由静止释放上某位置由静止释放, ,在在以后的过程中以后的过程中,ab,cd,ab,cd始终与导轨保持垂直且接触良好始终与导轨保持垂直且接触良好.(.(轨道轨

16、道FPFP和和EFEF足够长足够长, ,题中所给的各个物理量均为已知题中所给的各个物理量均为已知, ,重力加速度为重力加速度为g)g)(1)(1)若若abab棒到达棒到达P P点之前已经匀速运动点之前已经匀速运动, ,求求abab棒匀速下滑时的速度棒匀速下滑时的速度v,v,以及此时以及此时cdcd棒的电功率棒的电功率P;P;答案答案: :(2)(2)不能运动到圆弧最高点不能运动到圆弧最高点实战实战 高考真题演练高考真题演练D D2.2. 应用动力学观点和能量观点解决电磁场问题应用动力学观点和能量观点解决电磁场问题 (2017(2017北京卷北京卷,22),22)如图所示如图所示, ,长长l=1

17、 ml=1 m的轻质细绳上端固定的轻质细绳上端固定, ,下端连接一个可视为质点的带电小球下端连接一个可视为质点的带电小球, ,小球静止小球静止在水平向右的匀强电场中在水平向右的匀强电场中, ,绳与竖直方向的夹角绳与竖直方向的夹角=37=37. .已知小球所带电荷量已知小球所带电荷量q=1.0q=1.01010-6-6 C, C,匀强电场的场强匀强电场的场强E=3.0E=3.010103 3 N/C, N/C,取重力加速度取重力加速度g=10 m/sg=10 m/s2 2, , sin 37sin 37=0.6,cos 37=0.6,cos 37=0.8.=0.8.求求: :(1)(1)小球所受

18、电场力小球所受电场力F F的大小的大小. .(2)(2)小球的质量小球的质量m.m.(3)(3)将电场撤去将电场撤去, ,小球回到最低点时速度小球回到最低点时速度v v的大小的大小. .解析解析: :(1)F=qE=3.0(1)F=qE=3.01010-3-3 N. N.答案答案: :(1)3.0(1)3.01010-3-3 N N(2)4.0(2)4.01010-4-4 kg kg(3)2.0 m/s(3)2.0 m/s3.3. 应用动力学观点和能量观点解决电磁感应问题应用动力学观点和能量观点解决电磁感应问题 (2017(2017江苏卷江苏卷,13),13)如图所如图所示示, ,两条相距两条

19、相距d d的平行金属导轨位于同一水平面内的平行金属导轨位于同一水平面内, ,其右端接一阻值为其右端接一阻值为R R的电阻的电阻. .质量为质量为m m的金属杆静置在导轨上的金属杆静置在导轨上, ,其左侧的矩形匀强磁场区域其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQMNPQ的磁感应强的磁感应强度大小为度大小为B B、方向竖直向下、方向竖直向下. .当该磁场区域以速度当该磁场区域以速度v v0 0匀速地向右扫过金属杆后匀速地向右扫过金属杆后, ,金属杆的速度变为金属杆的速度变为v.v.导轨和金属杆的电阻不计导轨和金属杆的电阻不计, ,导轨光滑且足够长导轨光滑且足够长, ,杆在运动杆在运动过程中始终与导轨垂直且

20、两端与导轨保持良好接触过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触. .求求: :(1)MN(1)MN刚扫过金属杆时刚扫过金属杆时, ,杆中感应电流的大小杆中感应电流的大小I;I;(2)MN(2)MN刚扫过金属杆时刚扫过金属杆时, ,杆的加速度大小杆的加速度大小a;a;(3)PQ(3)PQ刚要离开金属杆时刚要离开金属杆时, ,感应电流的功率感应电流的功率P.P.4.4. 应用动力学观点和能量观点解决电磁感应问题应用动力学观点和能量观点解决电磁感应问题 (2016(2016浙江卷浙江卷,24),24)小明设计小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示的电磁健身器的简化装置如图所示, ,两根平行金属导轨相距两根平行金属导轨相距l=0.50 m,l=0.50 m,倾角倾角=5353, ,导轨上端串接一个导轨上端串接一个R=0.05 R=0.05 的电阻的电阻. .在导轨间长在导轨间长d=0.56 md=0.56 m的区域内的区域内, ,存存 在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场在方向垂直导轨平面向