【物理】2020屆高考二輪精品復(fù)習(xí)資源專題五電學(xué)中的動(dòng)量和能量問(wèn)題

1、專題五電學(xué)中的動(dòng)量和能量問(wèn)題考向預(yù)測(cè)動(dòng)量與能量在電學(xué)中應(yīng)用，主要是動(dòng)力學(xué)知識(shí)和功能關(guān)系解決力電綜合問(wèn)題，在高考中常以壓軸題的形式出現(xiàn)，題目綜合性強(qiáng)，分值高，難度大?？疾橹攸c(diǎn)：（1）電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的動(dòng)量和能量問(wèn)題；（2）電磁感應(yīng)中的動(dòng)量和能量問(wèn)題。知識(shí)與技巧的梳理2V 0 -2V-1V不垂直于等勢(shì)面，如圖中實(shí)曲線所示，電子可能到達(dá)不了平面f, B項(xiàng)正確；經(jīng)過(guò)d時(shí)，電勢(shì)能Ep= e（fd= 2（45分鐘）限時(shí)訓(xùn)練O經(jīng)典常規(guī)題1. （多選）圖中虛線a、b、c、d、f代表勻強(qiáng)電場(chǎng)內(nèi)間距相等的一組等勢(shì)面，已知平面b上的電勢(shì)為2V。一電子經(jīng)過(guò)a時(shí)的動(dòng)能為10 eV，從a到d的過(guò)程中克服電場(chǎng)力所做的功為6 e

2、V。下列說(shuō)法正確的是A .平面c上的電勢(shì)為零B .該電子可能到達(dá)不了平面 fC .該電子經(jīng)過(guò)平面 d時(shí)，其電勢(shì)能為4 eVD 該電子經(jīng)過(guò)平面 b時(shí)的速率是經(jīng)過(guò) d時(shí)的2倍【解析】因等勢(shì)面間距相等，由 U = Ed得相鄰虛線之間電勢(shì)差相等，由a到d, eUad= 6 eV，故Uad= 6 V;各虛線電勢(shì)如圖所示，因電場(chǎng)力做負(fù)功，故電場(chǎng) 方向向右，沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，風(fēng)=0, A項(xiàng)正確；因電子的速度方向未知，若eV, C 項(xiàng)錯(cuò)誤；由 a 到 b, Wab = Ekb Eka= 2 eV，所以 Ekb= 8 eV;由 a 到 d, Wad = Ekd Eka= 6 eV，所物理1以 Ekd = 4

3、 eV ；貝9 Ekb= 2Ekd,根據(jù) Ek= qmv2 知 vb= 2vd , D 項(xiàng)錯(cuò)誤?！敬鸢浮緼B2 如圖所示，間距為 L的足夠長(zhǎng)光滑平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，虛線MN右側(cè)區(qū)域存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。質(zhì)量均為m、長(zhǎng)度均為L(zhǎng)、電阻均為R的導(dǎo)體棒a、b,垂直導(dǎo)軌放置且保持與導(dǎo)軌接觸良好.開(kāi)始導(dǎo)體棒b靜止于與MN相距為X0處，導(dǎo)體棒a以水平速度vo從MN處進(jìn)入磁場(chǎng)。不計(jì)導(dǎo)軌電阻，忽略因電流變化產(chǎn)生的電磁輻射，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)體棒a、b沒(méi)有發(fā)生碰撞。求:（1）導(dǎo)體棒b中產(chǎn)生的內(nèi)能;（2）導(dǎo)體棒a、b間的最小距離。H丄4/%1 1科一后一產(chǎn)生感應(yīng)電流.在安培力作【解析】（

4、1）導(dǎo)體棒a進(jìn)入磁場(chǎng)后,a、 b及導(dǎo)軌組成的回路磁通量發(fā)生變化,用下，a做減速運(yùn)動(dòng)、b做加速運(yùn)動(dòng)，最終二者速度相等此過(guò)程中系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，以vo的方向?yàn)檎较?，?mvo= 2mv根據(jù)能量守恒定律1212小qmvo 2 mv = Q導(dǎo)體棒b中產(chǎn)生的內(nèi)能Qb= 21整理得Qb= zmvo2 ；8設(shè)經(jīng)過(guò)時(shí)間 A二者速度相等，此過(guò)程中安培力的平均值為F，導(dǎo)體棒ab間的最小距離為x以b為研究對(duì)象，根據(jù)動(dòng)量定理 F At= mv而 F = BILE1 = 2R E =云=BL(xo x)mvoR聯(lián)立解得x= xo。0高頻易錯(cuò)題1 .（多選）一質(zhì)量為m帶正電荷的小球由空中 A點(diǎn)無(wú)初速自由下落，在 t秒末加

5、上豎直向上、范圍足夠大 的勻強(qiáng)電場(chǎng)，再經(jīng)過(guò) t秒小球又回到 A點(diǎn)。不計(jì)空氣阻力且小球從未落地，則（）3A .整個(gè)過(guò)程中小球電勢(shì)能變化了2mg2t2B .整個(gè)過(guò)程中小球速度增量的大小為2gtC .從加電場(chǎng)開(kāi)始到小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)小球動(dòng)能變化了mg2t22D .從A點(diǎn)到最低點(diǎn)小球重力勢(shì)能變化了mg2t2【解析】小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程如圖所示，加電場(chǎng)之前與加電場(chǎng)之后,小球的位移大小是相等的。由運(yùn)o W t動(dòng)學(xué)公式2V2（ Q2 ，得v2= 2v1。對(duì)加電場(chǎng)之后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程（圖中虛線過(guò)程）應(yīng)用動(dòng)能定理1Wt mgh1mv；得21 2m%2,對(duì)此前自由下落過(guò)程由機(jī)械能守恒得mgh1 丄 mv；t2，又v1 gt，聯(lián)

6、立以1 1上各式可解得電場(chǎng)力所做的功W電=mgh1+ -mv -mv1= 2mv?= 2mg2t2,即整個(gè)過(guò)程中小球電勢(shì)能減少了 2mg2t2，故A錯(cuò)；整個(gè)過(guò)程中速度增量大小為Av= v2 o = 2v1 = 2gt，故B正確;從加電場(chǎng)開(kāi)始到小球1 1運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能變化了 AEk = 0尹/=一 2mg2t2，故C錯(cuò)；由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式知a2vjt1V2( Vj/t3，以及2h1 v1 /2a131=v2/2a2 = 3 則從 A點(diǎn)到最低點(diǎn)小球重力勢(shì)能變化量為AEp= mg(h1+ h2)= mg(h1 + h1)= mgh1= 3423mg2t2，故D正確?！敬鸢浮緽D2.如圖所示，abed

7、為一矩形金屬線框，其中ab= cd= L, ab邊接有定值電阻 R, cd邊的質(zhì)量為m,其他部分的電阻和質(zhì)量均不計(jì)，整個(gè)裝置用兩根絕緣輕彈簧懸掛起來(lái)。線框下方處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里。初始時(shí)刻，使兩彈簧處于自然長(zhǎng)度，且給線框一豎直向下的初速度vo,當(dāng)cd邊第一次運(yùn)動(dòng)至最下端的過(guò)程中，R產(chǎn)生的電熱為 Q,此過(guò)程cd邊始終未離開(kāi)磁場(chǎng)，已知重力加速度大小為g，下列說(shuō)法中正確的是（）r2| 2A .初始時(shí)刻cd邊所受安培力的大小為 B置一mgB .線框中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電流可能為BLvoRC. cd邊第一次到達(dá)最下端的時(shí)刻，兩根彈簧具有的彈性勢(shì)能總量大于mv2- QII

8、1D .在cd邊反復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中， R中產(chǎn)生的電熱最多為2mv2【解析】初始時(shí)刻cd邊速度為vo,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 E = BLvo,感應(yīng)電流1= RB,初始時(shí)刻cd邊R2 2所受安培力的大小為 F = BIL = B晉，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；若Fmg, cd邊開(kāi)始向下減速，電流變小，初始時(shí)電流最1大，選項(xiàng)B正確；由能量守恒定律，2mv0+ mgh= Q + Ep, cd邊第一次到達(dá)最下端的時(shí)刻，兩根彈簧具有的彈1 1性勢(shì)能總量為 Ep= 2口*+ mgh Q,大于2mv0 Q ,選項(xiàng)C正確；在cd邊反復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，最后平衡位置彈簧1彈力等于線框重力，一定具有彈性勢(shì)能，R中產(chǎn)生的電熱一定小于 -mv0，

9、選項(xiàng)D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緽Co精準(zhǔn)預(yù)測(cè)題1.如圖所示，ABC是處于豎直平面內(nèi)的光滑絕緣固定斜劈，/量為m、帶正電的小滑塊沿 AB面自A點(diǎn)由靜止釋放，滑到斜面底端面平行的勻強(qiáng)電場(chǎng)，滑塊仍由靜止釋放,沿AB面滑下，滑到斜面底端C = 30 / B= 60 D為AC的中點(diǎn)；質(zhì)B點(diǎn)時(shí)速度為vo,若空間加一與 ABC平B點(diǎn)時(shí)速度為，；2v,若滑塊由靜止沿 AC面滑下，滑到斜面底端 C點(diǎn)時(shí)速度為 3vo,則下列說(shuō)法正確的是（）A .電場(chǎng)方向由A指向CB . B點(diǎn)電勢(shì)與 D點(diǎn)電勢(shì)相等1C .滑塊滑到D點(diǎn)時(shí)機(jī)械能增加了 2mvo2D .小滑塊沿AB面、AC面滑下過(guò)程中電勢(shì)能變化量大小之比為2 : 31 1【解析】

10、 無(wú)電場(chǎng)時(shí)由A到B: mgh = qmvo2，有電場(chǎng)時(shí)由 A到B: mgh+ We= 2m（.2vo）2，有電場(chǎng)時(shí),1 1由 A 到 C: mgh+ We = 2m（ ,3vo）2，聯(lián)立式得：We= 2mvo2, We= mvo2,又因?yàn)?We= qUAB, We= qUAc,1故Uab = 0AC，則D點(diǎn)與B點(diǎn)電勢(shì)相等，故 B正確；AC與BD不垂直，所以電場(chǎng)方向不可能由A指向C,故1 1A錯(cuò)誤；因D為AC的中點(diǎn)，則滑塊滑到 D點(diǎn)電場(chǎng)力做的功為滑到 C點(diǎn)的一半，為;-mvo2，則機(jī)械能增加了專1mvo2,故C正確；根據(jù)We= 2mvo2, We= mvo2知滑塊沿AB面、AC面滑下過(guò)程中電勢(shì)能

11、變化量大小之比為1 :2, 故D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緽C2如圖所示，一豎直放置的足夠大金屬板正前方O點(diǎn)固定一正點(diǎn)電荷 Q, 表面絕緣的帶正電小球 （可視為質(zhì)點(diǎn)且不影響 Q的電場(chǎng)）從金屬板的上端釋放，由靜止開(kāi)始沿金屬板下落先后運(yùn)動(dòng)到板面的OB垂直于金屬板，已知小球的質(zhì)量不可忽略，金屬板表面粗糙，則小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中（A 小球可能一直做加速運(yùn)動(dòng)B .小球在A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)能大小 EpbEpaC .小球在A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小 EbEa;由于電場(chǎng)力與小球的速度方向垂直，電場(chǎng)力對(duì)小球不做功，小球的電勢(shì)能不變，小球在A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)能大小 Epb= Epa；在豎直方向受到重力和摩擦力作用，由于重力和摩擦力作用

12、大小未知，若重力一直大于摩擦力， 小球有可能一直做加速運(yùn)動(dòng)；根據(jù)動(dòng)量定理可知小球受到合力的沖量不為0，故選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緼R,3. （多選）如圖所示，固定的水平放置的平行導(dǎo)軌CD、EH足夠長(zhǎng)，在導(dǎo)軌的左端用導(dǎo)線連接一電阻導(dǎo)軌間距為L(zhǎng), 一質(zhì)量為M、長(zhǎng)為2L的金屬棒放在導(dǎo)軌上，在平行于導(dǎo)軌的水平力速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中金屬棒與導(dǎo)軌保持垂直，金屬棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為強(qiáng)磁場(chǎng)中(圖中未畫(huà)出)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，導(dǎo)軌單位長(zhǎng)度的電阻為為g。若在0時(shí)刻水平力的大小為 Fo,則在0t時(shí)間內(nèi)，以下說(shuō)法正確的有(A .水平力F對(duì)金屬棒的沖量大小 FotB .水平力和摩擦力的合力對(duì)金屬棒

13、的沖量為零C .合力對(duì)金屬棒做的功為零F作用下以速度v向右勻仏整個(gè)裝置處于豎直向下的勻r，其余電阻不計(jì)，重力加速度D .若某時(shí)刻通過(guò)電阻R的電流為I，則此時(shí)水平力 F的功率為(BIL +卩Mgv【解析】由題意可知，金屬棒在力F作用下做勻速運(yùn)動(dòng)，由于金屬棒切割磁感線，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，B2| 2v根據(jù)左手定則可知， 金屬棒受到向左的安培力作用，則外力F= F安+卩Mg= BIL +卩Mg=+卩Mg其中xR+ 2xr為金屬棒CE的距離，導(dǎo)軌電阻增大，所以外力F隨時(shí)間逐漸減小，并不是保持Fo不變，故選項(xiàng) A錯(cuò)誤；由于金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)， 即安培力、水平力和摩擦力的合力為零，則這三個(gè)力的合力對(duì)金屬棒的沖

14、量為零，則這三個(gè)力的合力對(duì)金屬棒做功為零，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確；若某時(shí)刻通過(guò)電阻 R的電流為I，則根據(jù)平衡條件可知：F = BIL +卩Mg則此時(shí)水平力 F的功率為(BIL +卩Mgv，故選項(xiàng) D正確?！敬鸢浮緾D4如圖所示，質(zhì)量 M = 1 kg的半圓弧形絕緣凹槽放置在光滑的水平面上，凹槽部分嵌有cd和ef兩個(gè)光滑半圓形導(dǎo)軌，c與e端由導(dǎo)線連接，一質(zhì)量 m= 1 kg的導(dǎo)體棒自ce端的正上方h= 2 m處平行ce由靜止下 落，并恰好從ce端進(jìn)入凹槽，整個(gè)裝置處于范圍足夠大的豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)體棒在槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 與導(dǎo)軌接觸良好。已知磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B= 0.5 T,導(dǎo)軌的間距與導(dǎo)體棒的

15、長(zhǎng)度均為L(zhǎng) = 0.5 m,導(dǎo)軌的半徑r=0.5 m,導(dǎo)體棒的電阻 R= 1 Q其余電阻均不計(jì)，重力加速度g = 10 m/s2,不計(jì)空氣阻力。(1) 求導(dǎo)體棒剛進(jìn)入凹槽時(shí)的速度大?。?2) 求導(dǎo)體棒從開(kāi)始下落到最終靜止的過(guò)程中系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量；(3) 若導(dǎo)體棒從開(kāi)始下落到第一次通過(guò)導(dǎo)軌最低點(diǎn)的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量為16 J,求導(dǎo)體棒第一次通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)回路中的電功率。1【解析】 根據(jù)機(jī)械能守恒定律，可得：mgh= 2mv2解得導(dǎo)體棒剛進(jìn)入凹槽時(shí)的速度大小：v= 2 . 10 m/s。(2)導(dǎo)體棒在凹槽導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生感應(yīng)電流，最終整個(gè)系統(tǒng)處于靜止，導(dǎo)體棒停在凹槽最低點(diǎn)。根據(jù)能量

16、守恒可知，整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量:Q = mg(h+ r)= 25 J。(3)設(shè)導(dǎo)體棒第一次通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)速度大小為V1,凹槽速度大小為 V2,導(dǎo)體棒在凹槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)系統(tǒng)在水平方向動(dòng)量守恒，故有：mvi= MV21 1由能量守恒可得：2mvi2+ qMv22= mg(h+ r) Qi導(dǎo)體棒第一次通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：E= BL(Vi + V2)E2回路電功率：p=ER9聯(lián)立解得：P= 9 W。45.如圖所示，一豎直光滑絕緣的管內(nèi)有一勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)絕緣彈簧，其下端固定于地面，上端與一質(zhì)量為m、帶電荷量為+ q的小球A相連，整個(gè)空間存在一豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，小球A靜止時(shí)彈簧恰為原長(zhǎng)，另一質(zhì)量也

17、為 m的不帶電的絕緣小球 B從管內(nèi)距A高為xo處由靜止開(kāi)始下落，與 A發(fā)生碰撞后一起向下運(yùn)動(dòng)。若全過(guò)程中小球 A的電荷量不發(fā)生變化，重力加速度為g。(1) 若X0已知，試求B與A碰撞過(guò)程中損失的機(jī)械能AE;(2) 若X0未知，且B與A 一起向上運(yùn)動(dòng)在最高點(diǎn)時(shí)恰未分離，試求A、B運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)彈簧的形變量x ；(3) 在滿足第(2)問(wèn)的情況下，試求 A、B運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大速度 vm?！窘馕觥?1)設(shè)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為E,在碰撞前A靜止、彈簧恰為原長(zhǎng)時(shí)，有mg qE = 0設(shè)B在與A碰撞前的速度為 V0,由機(jī)械能守恒定律得mgx0=設(shè)B與A碰撞后共同速度為 V1,由動(dòng)量守恒定律得mv0= 2mv1B

18、與A碰撞過(guò)程中損失的機(jī)械能AE為1 o 1AE= 2mv2刁-mv21解得 AE = mgxoo(2)A、B在最高點(diǎn)恰不分離，此時(shí)彈簧處于拉伸狀態(tài)，且對(duì) B: mg= maA、B間的彈力為零，設(shè)它們共同加速度為a,則對(duì) A: mg+ kx qE = ma解得x=爭(zhēng)。kA、B 一起運(yùn)動(dòng)過(guò)程中合外力為零時(shí)具有最大速度，設(shè)此時(shí)彈簧的壓縮量為x,則2mg (kx+ qE) = 0 解得x=mk由于x= x,說(shuō)明A、B在最高點(diǎn)處與合外力為 0處彈簧的彈性勢(shì)能相等，對(duì)此過(guò)程由能量守恒定律得物理(qE 2mg)(x+ x)= 0 1 - mvm解得Vm = g2mT。d.在導(dǎo)軌6 如圖所示，ab、ef是固定

19、在絕緣水平桌面上的平行光滑金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，導(dǎo)軌間距為ab、ef間放置一個(gè)阻值為 R的金屬導(dǎo)體棒PQ,其質(zhì)量為m、長(zhǎng)度恰好為d。另一質(zhì)量為3m、長(zhǎng)為d的金屬棒MN也恰好能和導(dǎo)軌良好接觸，起初金屬棒MN靜止于PQ棒右側(cè)某位置，整個(gè)裝置處于方向垂直桌面向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的光滑絕緣小球在桌面上從O點(diǎn)(O為導(dǎo)MN的中點(diǎn)，小球與軌上的一點(diǎn))以與導(dǎo)軌ef成60角的方向斜向右方進(jìn)入磁場(chǎng)，隨后小球垂直地打在金屬棒 金屬棒MN的碰撞過(guò)程中無(wú)機(jī)械能損失， 不計(jì)導(dǎo)軌間電場(chǎng)的影響， 不計(jì)導(dǎo)軌和金屬棒 MN的電阻，兩棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不相碰，求:(1)小球在O點(diǎn)射入磁場(chǎng)時(shí)的初速度 v0的大小;(2)金屬棒PQ上產(chǎn)生的熱量E和通過(guò)的電荷量Q ；(3)在整個(gè)過(guò)程中金屬棒 MN比金屬棒PQ多滑動(dòng)的距離;pJMbX X X MXXX1 X X X XX X X MXXXX X K XX X M MXX%P of(4)請(qǐng)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明小球不會(huì)與MN棒發(fā)生