高考物理二輪復習 備課資料 專題四 能量與動量 第2講 功能關系在電學中的應用課件

第2講功能關系在電學中的應用 整合 突破 實戰(zhàn) 整合網(wǎng)絡要點重溫 網(wǎng)絡構建 要點重溫 1 電場中的功能關系 1 電場力做功的求法 W qElcos W W電場力 W其他力 Ek 2 電場中的功能關系 若只有電場力做功 與動能之和保持不變 若只有電場力和重力做功 電勢能 動能之和保持不變 2 x圖線的斜率表示沿x方向的 qU 電勢能 重力勢能 電場強度 3 法拉第電磁感應定律 1 E n 2 E 4 電磁感應中的功能對應關系 1 電磁感應電路為純電阻電路時產(chǎn)生的焦耳熱等于做的功 2 電磁感應發(fā)生的過程 遵從能量守恒 焦耳熱的增加量等于其他形式能量的 Blv 克服安培力 減少量 熱點考向一動力學觀點和能量觀點解決電磁場問題 核心提煉 1 動能定理在力學和電場中應用時的 3同1異 突破熱點考向聚焦 2 帶電粒子在復合場中的運動問題是典型的力電綜合問題 一般要從受力 運動 功能的角度來分析 此類問題所涉及的力有重力 電場力 磁場力 彈力 摩擦力等 涉及的運動形式有勻速直線運動 變速直線運動 曲線運動等 典例1 2017 百校聯(lián)盟模擬 如圖所示 在方向水平向左 范圍足夠大的勻強電場中 固定一由內表面絕緣光滑且內徑很小的圓管彎制而成的圓弧BD 圓弧的圓心為O 豎直半徑OD R B點和地面上A點的連線與地面成 37 角 AB R 一質量為m 電荷量為q的小球 可視為質點 從地面上A點以某一初速度沿AB方向做直線運動 恰好無碰撞地從管口B進入管道BD中 到達管中某處C 圖中未標出 時恰好與管道間無作用力 已知sin37 0 6 cos37 0 8 重力加速度大小為g 求 1 勻強電場的場強大小E和小球到達C處時的速度大小v 答案 見解析 2 小球的初速度大小v0以及到達D處時的速度大小vD 答案 見解析 3 若小球從管口D飛出時電場反向 則小球從管口D飛出后的最大水平射程xm 答案 見解析 預測練習1 在豎直平面內放置一個由絕緣材料制作的管狀圓環(huán) 管的內壁光滑 環(huán)的半徑R遠大于管的內徑 如圖所示 現(xiàn)以環(huán)的圓心為原點建立xOy平面坐標系 在第三象限內加一沿x軸正方向的勻強電場 整個空間有垂直環(huán)面向里的勻強磁場 一質量為m 帶電荷量為 q的小球 可視為質點 在管內從b點由靜止釋放 小球直徑略小于管的內徑 重力加速度為g 1 要使小球能沿絕緣管做圓周運動恰能到達最高點a 電場強度為多少 2 在 1 問的情況下 要使小球繼續(xù)運動 第二次通過最高點a時 小球對絕緣管恰好無壓力 勻強磁場的磁感應強度多大 3 如果場強大小 磁感應強度大小如 1 2 問所求 將小球從b點由靜止釋放 求小球第N次經(jīng)過最低點c時對管道的作用力 熱點考向二動力學觀點和能量觀點解決電磁感應問題 核心提煉 1 功能關系在力學和電磁感應中應用時的 3同3異 2 電磁感應中焦耳熱的求法 典例2 2017 江西新余模擬 如圖所示 兩條光滑的金屬導軌相距L 1m 其中MN段平行于PQ段 位于同一水平面內 NN0段與QQ0段平行 位于與水平面成傾角37 的斜面上 且MNN0與PQQ0均在豎直平面內 在水平導軌區(qū)域和傾斜導軌區(qū)域內分別有垂直于水平面和斜面的勻強磁場B1和B2 且B1 B2 0 5T ab和cd是質量均為m 0 1kg 電阻均為R 4 的兩根金屬棒 ab置于水平導軌上 cd置于傾斜導軌上 均與導軌垂直且接觸良好 從t 0時刻起 ab棒在外力作用下由靜止開始沿水平方向向右運動 ab棒始終在水平導軌上運動 且垂直于水平導軌 cd受到F 0 6 0 25t N 沿斜面向上的力的作用 始終處于靜止狀態(tài) 不計導軌的電阻 sin37 0 6 g取10m s2 1 求流過cd棒的電流Icd隨時間t變化的函數(shù)關系 2 求ab棒在水平導軌上運動的速度vab隨時間t變化的函數(shù)關系 解析 1 由題意知cd棒受力平衡 則F Fcd mgsin37 Fcd B2IcdL 得Icd 0 5t A 2 ab棒中電流Iab Icd 0 5t A 則回路中電源電動勢E IcdR總ab棒切割磁感線 產(chǎn)生的感應電動勢為E B1Lvab解得ab棒的速度vab 8t m s 所以 ab棒做初速度為零的勻加速直線運動 答案 1 Icd 0 5t A 2 vab 8t m s 3 求從t 0時刻起 1 0s內通過ab棒的電荷量q 答案 3 0 25C 4 若t 0時刻起 1 0s內作用在ab棒上的外力做功為W 16J 求這段時間內cd棒產(chǎn)生的焦耳熱Qcd 答案 4 6 4J 預測練習2 2017 江南十校二模 如圖 EFPMN為光滑金屬導軌 電阻不計 處于豎直平面內 其中FP傾斜 傾角為 EF FP PMN是半徑為R的圓弧 圓弧與傾斜部分平滑連接于P點 N M分別為圓弧的最高點和最低點 還有一根與EFPMN完全相同的導軌E F P M N 兩導軌平行放置 間距為L 沿垂直于導軌所在平面的方向看去 兩導軌完全重合 過P點的豎直線右側有垂直于FP向上的勻強磁場 磁感應強度大小為B 兩根相同的金屬棒ab cd 圖中只畫出了a端和c端 質量為m 電阻為r 分別從導軌FP和EF上某位置由靜止釋放 在以后的過程中 ab cd始終與導軌保持垂直且接觸良好 軌道FP和EF足夠長 題中所給的各個物理量均為已知 重力加速度為g 1 若ab棒到達P點之前已經(jīng)勻速運動 求ab棒勻速下滑時的速度v 以及此時cd棒的電功率P 答案 2 不能運動到圓弧最高點 實戰(zhàn)高考真題演練 D 2 應用動力學觀點和能量觀點解決電磁場問題 2017 北京卷 22 如圖所示 長l 1m的輕質細繩上端固定 下端連接一個可視為質點的帶電小球 小球靜止在水平向右的勻強電場中 繩與豎直方向的夾角 37 已知小球所帶電荷量q 1 0 10 6C 勻強電場的場強E 3 0 103N C 取重力加速度g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 小球所受電場力F的大小 2 小球的質量m 3 將電場撤去 小球回到最低點時速度v的大小 解析 1 F qE 3 0 10 3N 答案 1 3 0 10 3N 2 4 0 10 4kg 3 2 0m s 3 應用動力學觀點和能量觀點解決電磁感應問題 2017 江蘇卷 13 如圖所示 兩條相距d的平行金屬導軌位于同一水平面內 其右端接一阻值為R的電阻 質量為m的金屬桿靜置在導軌上 其左側的矩形勻強磁場區(qū)域MNPQ的磁感應強度大小為B 方向豎直向下 當該磁場區(qū)域以速度v0勻速地向右掃過金屬桿后 金屬桿的速度變?yōu)関 導軌和金屬桿的電阻不計 導軌光滑且足夠長 桿在運動過程中始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸 求 1 MN剛掃過金屬桿時 桿中感應電流的大小I 2 MN剛掃過金屬桿時 桿的加速度大小a 3 PQ剛要離開金屬桿時 感應電流的功率P 4 應用動力學觀點和能量觀點解決電磁感應問題 2016 浙江卷 24 小明設計的電磁健身器的簡化裝置如圖所示 兩根平行金屬導軌相距l(xiāng) 0 50m 傾角 53 導軌上端串接一個R 0 05 的電阻 在導軌間長d 0 56m的區(qū)域內 存在方向垂直導軌平面向下的勻強磁場 磁感應強度B 2 0T 質量m 4 0kg的金屬棒CD水平置于導軌上 用絕緣繩索通過定滑輪與拉桿GH相連 CD棒的初始位置與磁場區(qū)域的下邊界相距s 0 24m 一位健身者用恒力F 80N拉動GH桿 CD棒由靜止開始運動 上升過程中CD棒始終保持與導軌垂直 當CD棒到達磁場上邊界時健身者松手 觸發(fā)恢復裝