2024年高考物理大一轮复习：第2课时 动量观点和能量观点在电学中的应用

第2课时动量观点和能量观点在电学中的应用电场中的动量与能量动量观点和能量观点在力学和电场中应用时的“三同一异”【例1】

(2019·江苏卷，5)一匀强电场的方向竖直向上。t＝0时刻，一带电粒子以一定初速度水平射入该电场，电场力对粒子做功的功率为P，不计粒子重力，则P－t关系图象是(

)电场力做功的功率问题命题角度一解析设粒子带正电，运动轨迹如图所示，水平方向，粒子不受力，vx＝v0。电场力做功的功率答案A【例2】

(2019·全国卷Ⅱ，24)如图1，两金属板P、Q水平放置，间距为d。两金属板正中间有一水平放置的金属网G，P、Q、G的尺寸相同。G接地，P、Q的电势均为φ(φ＞0)。质量为m、电荷量为q(q＞0)的粒子自G的左端上方距离G为h的位置，以速度v0平行于纸面水平射入电场，重力忽略不计。(1)求粒子第一次穿过G时的动能，以及它从射入电场至此时在水平方向上的位移大小；(2)若粒子恰好从G的下方距离G也为h的位置离开电场，则金属板的长度最短应为多少？动能定理在电场中的应用图1命题角度二解析(1)PG、QG间场强大小相等，设均为E。粒子在PG间所受电场力F的方向竖直向下，设粒子的加速度大小为a，F＝qE＝ma②设粒子第一次到达G时动能为Ek，由动能定理有设粒子第一次到达G时所用的时间为t，粒子在水平方向的位移大小为l，则有l＝v0t⑤联立①②③④⑤式解得(2)若粒子穿过G一次就从电场的右侧飞出，则金属板的长度最短。由对称性知，此时金属板的长度L为图2代入数据解得xm＝0.5m。(2)因qE＞mgsinθ＋μmgcosθ，mgsinθ＜μmgcosθ，物块不可能停止在x轴正向，设物块最终停在x轴负向且离O点为x处，整个过程电场力做功为零，由动能定理得(1)物块沿斜面向下运动的最大距离；(2)物块最终停止时系统因摩擦产生的热量。解析(1)设物块向下运动的最大距离为xm，由动能定理得代入数据解得x＝0.4m因摩擦产生的热量Q＝μmgcosθ(2xm＋x)代入数据解得Q＝10.5J。答案(1)0.5m

(2)10.5J2.如图3所示，一足够长的光滑绝缘水平面上方存在着水平向右的匀强电场，电场强度E＝3×103V/m。一质量m＝1kg、电荷量q＝＋3×10－3C的弹性小球A由静止释放。距离A右侧x＝2m处静置一大小与A相同、质量为2m的不带电的弹性绝缘小球B。经过一段时间，两球发生弹性正碰(碰撞时间极短，碰撞过程中电荷不发生转移)，空气阻力不计。求：图3(1)小球A、B第一次碰后瞬间的速度v1、v2；(2)两球第一次碰撞后到第二次碰撞前的最大距离Δx。A、B两球碰撞瞬间动量守恒、机械能守恒有mv0＝mv1＋2mv2解析(1)以电场方向为正方向，假设球A在与球B碰前瞬间的速度为v0v2＝v1＋at(2)A、B两球碰撞后A球弹回，向左做匀减速直线运动，B球向右做匀速直线运动，A球速度减小到零后反向向右做匀加速直线运动，当二者速度相同时，距离最远。设从碰撞到共速经历的时间为txB＝v2t，Δx＝xB－xA＝2m。答案(1)－2m/s

4m/s

(2)2m电磁感应中的动量和能量问题1.功能关系在力学和电磁感应中应用时的“四同三异”2.电磁感应中焦耳热的求法【例1】(多选)如图4所示，固定在倾角为θ的斜面上的两根平行长直光滑金属导轨的间距为d，其底端接有阻值为R的电阻，整个装置处在垂直斜面向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触。现杆在沿斜面向上、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离L时，速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直)。设杆接入电路的电阻为r，导轨电阻不计，重力加速度大小为g。则此过程中(

)图4电磁感应中的能量问题命题角度一答案BD【例2】(多选)(2019·枣庄二模)如图5所示，两根足够长的平行光滑金属导轨固定在同一水平面内，两导轨间的距离为L；导轨上面垂直于导轨横放着两根相距x0的导体棒ab、cd，两导体棒与导轨构成矩形闭合回路。两导体棒的质量均为m、电阻均为R，回路中其余部分的电阻忽略不计。整个装置处于磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。开始时，cd棒静止，ab棒的速度大小为v0、方向指向cd棒。若两导体棒在运动过程中始终不接触，选水平向右的方向为正方向，则在运动过程中(

)电磁感应中的动量和能量问题图5命题角度二答案BCD图6A.金属棒运动过程中的最大加速度B.金属线框最终获得的速度C.通过金属棒横截面的电荷量D.金属棒产生的焦耳热答案BD2.(多选)如图7所示，两根间距为l的光滑平行金属导轨与水平面夹角为θ，上端连接阻值为R的电阻，空间存在垂直于导轨平面向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。质量为m、电阻为r的导体棒ab与一劲度系数为k的轻质弹簧相连，导体棒放在导