2017版《創(chuàng)新設(shè)計二輪專題復(fù)習(xí)》課件-專題突破2-功和能-動量和能量-第2講-能量和動量觀在電磁學(xué)中的應(yīng)用

1、第2講　能量和動量觀點在電磁學(xué)中的應(yīng)用,1.(多選)(2016·全國卷Ⅰ，20)如圖1，一帶負電荷的油滴在勻強電場中運動，其軌跡在豎直面(紙面)內(nèi)，且相對于過軌跡最低點P的豎直線對稱。忽略空氣阻力。由此可知(　　),圖1A.Q點的電勢比P點高B.油滴在Q點的動能比它在P點的大C.油滴在Q點的電勢能比它在P點的大D.油滴在Q點的加速度大小比它在P點的小,解析　由于油滴受到的電場力和重力都是恒力，所以合外力為恒力，加速度恒

2、定不變，所以D選項錯；由于油滴軌跡相對于過P的豎直線對稱且合外力總是指向軌跡彎曲內(nèi)側(cè)，所以油滴所受合外力沿豎直向上的方向，因此電場力豎直向上，且qE>mg，則電場方向豎直向下，所以Q點的電勢比P點的高，A選項正確；當(dāng)油滴從P點運動到Q點時，電場力做正功，電勢能減小，C選項錯誤；當(dāng)油滴從P點運動到Q點的過程中，合外力做正功，動能增加，所以Q點動能大于P點的動能，B選項正確。答案　AB,2.(2015·全國Ⅰ·1

3、5)如圖2，直線a、b和c、d是處于勻強電場中的兩組平行線，M、N、P、Q是它們的交點，四點處的電勢分別為φM、φN、φP、φQ。一電子由M點分別運動到N點和P點的過程中，電場力所做的負功相等。則(　　),圖2,A.直線a位于某一等勢面內(nèi)，φM＞φQB.直線c位于某一等勢面內(nèi)，φM＞φNC.若電子由M點運動到Q點，電場力做正功D.若電子由P點運動到Q點，電場力做負功,解析　由電子從M點分別運動到N點和P點的過程中，電場力所做的負功

4、相等可知，φM>φN＝φP，故過N、P點的直線d位于某一等勢面內(nèi)，則與直線d平行的直線c也位于某一等勢面內(nèi)，選項A錯、B正確；φM＝φQ，則電子由M點運動到Q點，電場力不做功，選項C錯誤；由于φP<φM＝φQ，電子由P點運動到Q點，電勢能減小，電場力做正功，選項D錯誤。答案　B,圖3(1)無電場時，小球到達A點時的動能與初動能的比值；(2)電場強度的大小和方向。,[備 考 指 導(dǎo)],【考情分析】,電場中的功能關(guān)系及電磁

5、感應(yīng)中的功能關(guān)系都是命題率較高的內(nèi)容，題型為選擇題、計算題。,【備考策略】在解決電磁學(xué)中功能關(guān)系問題時應(yīng)注意以下幾點：(1)洛倫茲力在任何情況下都不做功；(2)電場力做功與路徑無關(guān)，電場力做的功等于電勢能的變化；(3)安培力可以做正功，也可以做負功；(4)力學(xué)中的幾個功能關(guān)系在電學(xué)中仍然成立。,電場中的功能關(guān)系,[規(guī) 律 方 法],1.電場力做功的計算方法及電勢能的變化情況,2.用功能關(guān)系分析帶電粒子的運動(1)若只有電場力

6、做功，則電勢能與動能之和保持不變。(2)若只有電場力和重力做功，則電勢能、重力勢能、動能之和保持不變。(3)除重力外，其他各力對粒子所做的功等于粒子機械能的變化量。(4)各力對粒子所做功的代數(shù)和，等于粒子動能的變化量。,1.如圖4所示，絕緣斜面處在一個豎直向上的勻強電場中，一帶電金屬塊由靜止開始沿斜面滑到底端。已知在金屬塊下滑的過程中動能增加0.3 J，重力做功1.5 J，電勢能增加0.5 J，則以下判斷正確的是(　　),[精 典

7、 題 組],圖4,A.金屬塊帶負電荷B.電場力做功0.5 JC.金屬塊克服摩擦力做功0.8 JD.金屬塊的機械能減少1.2 J,解析　金屬塊的電勢能增加，說明電場力做負功，則電場力方向豎直向上，所以金屬塊帶正電荷，選項A錯誤；克服電場力做多少功，電勢能就增加多少，故金屬塊克服電場力做功0.5 J，即電場力做功－0.5 J，選項B錯誤；根據(jù)動能定理可得WG＋WE＋Wf＝ΔEk，解得Wf＝－0.7 J，即金屬塊克服摩擦力做功0.7 J

8、，選項C錯誤；重力做功1.5 J，金屬塊的重力勢能減少1.5 J，動能增加0.3 J，故機械能減少1.2 J，選項D正確。答案　D,2.長木板AB放在水平面上，如圖5所示，它的下表面光滑，上表面粗糙。一個質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小物塊C從A端以某一初速度起動向右滑行，當(dāng)存在向下的勻強電場時，C恰能滑到B端；當(dāng)此電場改為向上時，C只能滑到AB的中點，求此電場的場強。,圖5,3.(2016·四川雅安模擬)如圖6甲，O、N、P為直

9、角三角形的三個頂點，∠NOP＝37°，OP中點處固定一電荷量為q1＝2.0×10－8 C的正點電荷，M點固定一輕質(zhì)彈簧。MN是一光滑絕緣桿，其中ON長a＝1 m，桿上穿有一帶正電的小球(可視為點電荷)，將彈簧壓縮到O點由靜止釋放，小球離開彈簧后到達N點的速度為零。沿ON方向建立坐標(biāo)軸(取O點處x＝0)，取OP所在水平面為重力勢能零勢能面，圖乙中Ⅰ和Ⅱ圖線分別為小球的重力勢能和電勢能隨位置坐標(biāo)x變化的圖象，其中E0＝1

10、.24×10－3 J，E1＝1.92×10－3 J,E2＝6.2×10－4 J,靜電力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，取sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g＝10 m/s2。,圖6(1)求電勢能為E1時小球的位置坐標(biāo)x1和小球的質(zhì)量m；(2)已知在x＝x1處時小球與桿間的彈力恰好為零，求小球的電荷量q2；(3)求小球釋放瞬間彈簧的彈性勢能E

11、p。,解析　(1)當(dāng)小球運動到距離q1最近的A點時電勢能最大，如圖所示,答案　(1)0.32 m　1×10－3 kg　(2)2.56×10－6 C(3)5.38×10－3 J,【高分技巧】　涉及彈簧彈性勢能的分析要特別注意以下幾點：(1)彈簧處于原長時，其彈性勢能為零；(2)彈簧有形變量時一定具有彈性勢能，且形變程度越大，其彈性勢能越大；(3)對于同一個彈簧，無論彈簧處于壓縮狀態(tài)還是伸長狀態(tài)，只要形變量相

12、同，其彈性勢能大小就相同。,功能關(guān)系和動量守恒在電磁感應(yīng)中的應(yīng)用,[規(guī) 律 方 法],從能量觀點解決電磁感應(yīng)問題與解決力學(xué)問題時的分析方法相似，只是多了一個安培力做功、多了一個電能參與轉(zhuǎn)化，因此需要明確安培力做功及電能轉(zhuǎn)化的特點。1.電磁感應(yīng)中焦耳熱的三種求法(1)根據(jù)定義式Q＝I2Rt計算；(2)利用克服安培力做的功等于回路中產(chǎn)生的焦耳熱計算；(3)利用能量守恒定律計算。2.解題程序一般為受力分析→各力做功情況判斷→能量狀

13、態(tài)判斷→列方程解答。,1.半圓形光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在豎直平面內(nèi)，導(dǎo)軌左端通過單刀雙擲開關(guān)S接在電路中，如圖7甲所示，電源內(nèi)阻不計，導(dǎo)軌所在空間有如圖乙所示的磁場，金屬棒電阻為R、質(zhì)量為m，其他電阻不計。整個操作過程經(jīng)歷兩個階段：①開始時開關(guān)接位置1，金屬棒ab從導(dǎo)軌上M、P位置由靜止釋放，當(dāng)金屬棒從N、Q豎直向上飛出時，開關(guān)S改接位置2，金屬棒恰能上升到離N、Q為h的高度處；②之后金屬棒又從N、Q落回導(dǎo)軌內(nèi)并恰好能回到M、P

14、位置。重力加速度為g。下列關(guān)于金屬棒運動過程的描述正確的是(　　),[精 典 題 組],圖7A.階段①消耗的電能等于階段②產(chǎn)生的電能B.階段①安培力做的功等于階段②金屬棒克服安培力做的功C.階段②克服安培力做的功小于mghD.階段②回路中產(chǎn)生的熱量小于mgh,解析　階段①，開關(guān)接位置1，電源提供電能，由能量守恒可知E電1＝Q＋WA1＝Q＋mgh；階段②克服安培力做的功等于產(chǎn)生的電能，由能量守恒得E電2＝mgh，E電1>E電

15、2，A錯；階段①，安培力做的功等于金屬棒機械能的增加量，即WA1＝mgh；階段②克服安培力做的功等于金屬棒減少的機械能，即WA2＝mgh，B對，C錯；而階段②克服安培力做的功又等于產(chǎn)生的電能，等于回路產(chǎn)生的熱量，D錯。答案　B,2. (2016·湖南常德模擬)如圖8所示，豎直平面內(nèi)有無限長、不計電阻的兩組平行光滑金屬導(dǎo)軌，寬度均為L＝0.5 m，上方連接一個阻值R＝1 Ω的定值電阻，虛線下方的區(qū)域內(nèi)存在磁感應(yīng)強度B＝2 T的

16、勻強磁場。完全相同的兩根金屬桿1和2靠在導(dǎo)軌上，金屬桿與導(dǎo)軌等寬且與導(dǎo)軌接觸良好，電阻均為r＝0.5 Ω。將金屬桿1固定在磁場的上邊緣(仍在此磁場內(nèi))，金屬桿2從磁場邊界上方h0＝0.8 m處由靜止釋放，進入磁場后恰做勻速運動。(g取10 m/s2),圖8(1)求金屬桿的質(zhì)量m；(2)若金屬桿2從磁場邊界上方h1＝0.2 m處由靜止釋放，進入磁場經(jīng)過一段時間后開始做勻速運動。在此過程中整個回路產(chǎn)生了1.4 J的電熱，則此過程中流過電

17、阻R的電荷量q為多少？,答案　(1)0.2 kg　(2)0.65 C,3.如圖9所示，質(zhì)量為100 g的鋁框，用細線懸掛起來，框中央離地面h為0.8 m，有一質(zhì)量為200 g的磁鐵以10 m/s的水平速度射入并穿過鋁框，落在距鋁框原位置水平距離3.6 m處，則在磁鐵與鋁框發(fā)生相互作用時，求：,圖9,(1)鋁框向哪邊偏斜，它能上升多高；(2)在磁鐵穿過鋁框的整個過程中，框中產(chǎn)生了多少熱量。,答案　(1)0.2 m　(2)1.7 J,高頻

18、考點六　應(yīng)用動力學(xué)方法和功能關(guān)系解決力、電綜合問題,[滿分策略]應(yīng)用動力學(xué)知識和功能關(guān)系解決力、電綜合問題與解決純力學(xué)問題的分析方法相似，動力學(xué)中的物理規(guī)律在電磁學(xué)中同樣適用，分析受力時只是多了個安培力或電場力或洛倫茲力。,[滿分示例](18分) (2016·渝中區(qū)二模)如圖10，電阻不計的相同的光滑彎折金屬軌道MON與M′O′N′均固定在豎直面內(nèi)，二者平行且正對，間距為L＝1 m，構(gòu)成的斜面NOO′N′與MOO′M′跟水

19、平面夾角均為α＝30°，兩邊斜面均處于垂直于斜面的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度大小均為B＝0.1 T。t＝0時，將長度也為L，電阻R＝0.1 Ω的金屬桿ab在軌道上無初速度釋放。金屬桿與軌道接觸良好，軌道足夠長。(g取10 m/s2，不計空氣阻力，軌道與地面絕緣)求：,圖10(1)t時刻桿ab產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小E；(2)在t＝2 s時將與ab完全相同的金屬桿cd放在MOO′M′上，發(fā)現(xiàn)cd恰能靜止，求ab桿的質(zhì)量m以及放上桿

20、cd后ab桿每下滑位移s＝1 m回路產(chǎn)生的焦耳熱Q。,[審題指導(dǎo)]1.讀題→抓關(guān)鍵點→提取信息(1)“光滑彎折金屬軌道”不計桿與軌道間摩擦力(2)“與ab完全相同的金屬桿cd”桿ab、cd的電阻、質(zhì)量均相同(3)“cd恰能靜止”cd受力平衡，那么ab桿受力也平衡,2.再讀題→過程分析→選取規(guī)律,[滿分模板]解析　(1)只放ab桿在導(dǎo)軌上，ab桿做勻加速直線運動，由牛頓第二定律得mgsin α＝ma①(2分)t時刻速度為v＝

21、at②(1分)由法拉第電磁感應(yīng)定律得E＝BLv③(1分)聯(lián)立解得E＝0.5t V④(1分),答案　(1)0.5t V　(2)0.1 kg　0.5 J,解題指導(dǎo)　(1)根據(jù)運動過程要列定律、定理的原始方程，不能寫成變形式，否則不得分。(2)題目中如果有隱含的條件，計算完成一定要進行必要的文字說明，否則將影響步驟分。,[滿分體驗](18分)(2016·福建省畢業(yè)班質(zhì)量檢查)如圖11，軌道CDGH位于豎直平面內(nèi)，其中圓弧段D

22、G與水平段CD及傾斜段GH分別相切于D點和G點，圓弧段和傾斜段均光滑，在H處固定一垂直于軌道的絕緣擋板，整個軌道絕緣且處于水平向右的勻強電場中。一帶電物塊由C處靜止釋放，經(jīng)擋板碰撞后滑回CD段中點P處時速度恰好為零。已知物塊的質(zhì)量m＝4×10－3 kg,所帶的電荷量q＝＋3×10－6 C；電場強度E＝1×104 N/C；CD段的長度L＝0.8 m，圓弧DG的半徑r＝0.2 m，GH段與水平面的夾角為θ，且

23、sin θ＝0.6，cos θ＝0.8；不計物塊與擋板碰撞時的動能損失，物塊可視為質(zhì)點，重力加速度g取10 m/s2。,圖11(1)求物塊與軌道CD段的動摩擦因數(shù)μ；(2)求物塊第一次碰撞擋板時的動能Ek；(3)物塊在水平軌道上運動的總路程；(4)物塊碰撞擋板時的最小動能。,(3)物塊最終會在DGH間來回往復(fù)運動，物塊在D點的速度為0設(shè)物塊能在水平軌道上運動的總路程為s，由能量轉(zhuǎn)化與守恒定律可得qEL＝μmgs⑥(2分)由②