高考物理二輪復(fù)習(xí)專題二動(dòng)量與能量第2講動(dòng)量觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)在電磁學(xué)中的應(yīng)用學(xué)案

#第2講動(dòng)量觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)在電磁學(xué)中的應(yīng)用核心要點(diǎn)提煉I網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建備考策略網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建備考策略1.若只有電場(chǎng)力做功，電勢(shì)能與動(dòng)能之和保持不變。2.若只有電場(chǎng)力和重力做功，電勢(shì)能、重力勢(shì)能、動(dòng)能之和保持不變。3.洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功。4.安培力可做正功，也可做負(fù)功。5.力學(xué)中的三大觀點(diǎn)（動(dòng)力學(xué)、動(dòng)量、能量觀點(diǎn)）仍是解決力電綜合問題首選的方法。!您騫攔hh!!=H!!h=h!e：措瞳Z接!您騫攔hh!!=H!!h=h!e：措瞳Z接=H!^1e!：=命翹角度考向n應(yīng)用能量觀點(diǎn)解決力電綜合問題命翹角度考向n應(yīng)用能量觀點(diǎn)解決力電綜合問題電場(chǎng)中的功能關(guān)系【典例1】（多選）（2018?全國卷I,21）圖1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a時(shí)的動(dòng)能為10eV,從a到d的過程中克服電場(chǎng)力所做的功為d的過程中克服電場(chǎng)力所做的功為6eV。下列說法正確的是（）圖1A.平面c上的電勢(shì)為零B.該電子可能到達(dá)不了平面f

C.該電子經(jīng)過平面d時(shí)，其電勢(shì)能為4eVD.該電子經(jīng)過平面b時(shí)的速率是經(jīng)過d時(shí)的2倍解析電子在等勢(shì)面b時(shí)的電勢(shì)能為E=qe=—2eV,電子由a到d的過程電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加6eV,由于相鄰兩等勢(shì)面之間的距離相等，故相鄰兩等勢(shì)面之間的電勢(shì)差相等，貝U電子由a至Ub、由b至Uc、由c至Ud、由d至Uf電勢(shì)能均增加2eV,則電子在等勢(shì)面c的電勢(shì)能為零，等勢(shì)面c的電勢(shì)為零，A正確；由以上分析可知，電子在等勢(shì)面d的電勢(shì)能應(yīng)為2eV,C錯(cuò)誤；電子在等勢(shì)面b的動(dòng)能為8eV,電子在等勢(shì)面d的動(dòng)能為4eV,由公式Ek=2mv2可知，該電子經(jīng)過平面b時(shí)的速率為經(jīng)過平面d時(shí)速率的位倍，D錯(cuò)誤；如果電子的速度與等勢(shì)面不垂直，則電子在該勻強(qiáng)電場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)，所以電子可能到達(dá)不了平面f就返回平面a,B正確。答案AB能量觀點(diǎn)在電磁場(chǎng)中的應(yīng)用能量觀點(diǎn)在電磁場(chǎng)中的應(yīng)用【典例2】如圖2所示，一帶正電小球穿在一根絕緣粗糙直桿上，桿與水平方向夾角為0,整個(gè)空間存在著豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),先給小球一初速度,使小球沿桿向下運(yùn)動(dòng)，在A點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為100J,在C點(diǎn)時(shí)動(dòng)能減為零，D為AC的中點(diǎn)，那么帶電小球在運(yùn)動(dòng)過程中()圖2圖2A.到達(dá)C點(diǎn)后小球不可能沿桿向上運(yùn)動(dòng)B.小球在AD段克服摩擦力做的功與在DC段克服摩擦力做的功不等C.小球在D點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為50JD.小球電勢(shì)能的增加量等于重力勢(shì)能的減少量解析如果電場(chǎng)力大于重力，則速度減為零后小球可能沿桿向上運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；小球受重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力、彈力和滑動(dòng)摩擦力，由于F洛=qvB,故洛倫茲力減小，導(dǎo)致支持力和滑動(dòng)摩擦力變化，故小球在AD段克服摩擦力做的功與在DC段克服摩擦力做的功不等，選項(xiàng)B正確；由于小球在AD段克服摩擦力做的功與在DC段克服摩擦力做的功不等，故小球

在D點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能也就不一定為50J,選項(xiàng)C錯(cuò)誤；該過程是小球的重力勢(shì)能、電勢(shì)能、動(dòng)能和系統(tǒng)的內(nèi)能之和守恒，故小球電勢(shì)能的增加量不等于重力勢(shì)能的減少量，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案B命幽角度￡命幽角度￡動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)在電磁感應(yīng)中的應(yīng)用【典例3】(2018?江西七校聯(lián)考)如圖3所示，兩條光滑的金屬導(dǎo)軌相距L=1m,其中MN段平行于PQ段，位于同一水平面內(nèi)，NN°段與QQ°段平行，位于與水平面成傾角37°的斜面上，且MNN。與PQQ。均在豎直平面內(nèi)。在水平導(dǎo)軌區(qū)域和傾斜導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)分別有垂直于水平面和斜面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)耳和B2,且B1=B2=0.5T。ab和cd是質(zhì)量均為m=0.1kg、電阻均為R=4Q的兩根金屬棒，ab置于水平導(dǎo)軌上，cd置于傾斜導(dǎo)軌上，均與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。從t=0時(shí)刻起，ab棒在外力作用下由靜止開始沿水平方向向右運(yùn)動(dòng)(ab棒始終在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，且垂直于水平導(dǎo)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?fàn)顟B(tài)。不計(jì)導(dǎo)軌的電阻。(sin37°=0.6,g取10m/s2)圖3⑴求流過cd棒的電流1cd隨時(shí)間t變化的函數(shù)關(guān)系；⑵求ab棒在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的速度vab隨時(shí)間t變化的函數(shù)關(guān)系；⑶求從t=0時(shí)刻起，1.0s內(nèi)通過ab棒的電荷量q；⑷若t=0時(shí)刻起，1.0s內(nèi)作用在ab棒上的外力做功為W=16J,求這段時(shí)間內(nèi)cd棒產(chǎn)生的焦耳熱Qcd。解析(1)由題意知cd棒受力平衡，則F+Fcd=mgsin37°Fd=B2IdL，得1d=0.5t(A)。⑵ab棒中電流Iab=Icd=0.5t(A)則回路中電源電動(dòng)勢(shì)E=IcdR總ab棒切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=B1Lvab解得ab棒的速度v=8t(m/s)ab所以，ab棒做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

(3)ab棒的加速度為a=8m/s2,1.0s內(nèi)的位移為x=[at2=；X8X1.02m=4m乙 乙mu—E△①BLx根據(jù)1=鼠=不1=商總總 總得q=得q=It=BLx/ax4C=0.25C。(4)t=1.0s時(shí)，ab棒的速度，v=8t(m/s)=8m/s,(4)t=1.0s時(shí)，ab棒的速度，v=8t(m/s)=8m/s,ab根據(jù)動(dòng)能定理有W—W安=2mvab—0,得1.0s內(nèi)克服安培力做功W安=(16—2*。.1*82)J=12.8J回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q=W安=12.8Jcd棒上產(chǎn)生的焦耳熱Q，=Q=6.4J。cd2答案(1)Icd=0.5t(A) (2)vab=8t(m/s) (3)0.25C(4)6.4J相同點(diǎn)1.動(dòng)能定理在力學(xué)和電場(chǎng)中應(yīng)用時(shí)的“三同一異”過程井析 分析研究對(duì)案是單一運(yùn)動(dòng)過我還 \是多個(gè)提動(dòng)過程功能關(guān)系，分析 曹力對(duì)研究對(duì)象救的勸等于 : 答案(1)Icd=0.5t(A) (2)vab=8t(m/s) (3)0.25C(4)6.4J相同點(diǎn)1.動(dòng)能定理在力學(xué)和電場(chǎng)中應(yīng)用時(shí)的“三同一異”過程井析 分析研究對(duì)案是單一運(yùn)動(dòng)過我還 \是多個(gè)提動(dòng)過程功能關(guān)系，分析 曹力對(duì)研究對(duì)象救的勸等于 : 、其耕能的變化堂,—.在電埼中造站時(shí)多了一個(gè)電場(chǎng)力.林利注意2與C電與為俄的與路起無美2.功能關(guān)系在力學(xué)和電磁感應(yīng)中應(yīng)用時(shí)的“三同三異”里省今妍 分析研究對(duì)黎各個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的受*?和一、力情以互各力的做功橋況不同點(diǎn)t二均需運(yùn)動(dòng)過程分桁.量力升析和功能之間特弱化理些一分析L受力分析:在電磁也應(yīng)中出力學(xué)中多了一個(gè)安培力涉及麗識(shí)比辦學(xué)中多7后手定則.左手定則.閉合電路的歐姆定律等知能過假分析：在電電感應(yīng)問題中，去培力一般做負(fù)功.瑞啟轉(zhuǎn)化為總耳熱I考向預(yù)測(cè).1.（多選）（2018?湖南十二校第二次聯(lián)考）如圖4所示，兩個(gè)傾角分別為30°和60°的光滑斜面固定于水平地面上，并處于方向垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。兩個(gè)質(zhì)量均為m、帶電荷量為+q的滑塊甲和乙分別從兩個(gè)斜面頂端由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，兩滑塊都將飛離斜面。此過程中（）KXXX MXXX圖4A.甲滑塊飛離斜面瞬間的速度比乙滑塊飛離斜面瞬間的速度大B.甲滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間比乙滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間短C.甲滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的位移與乙滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的位移大小相同D.兩滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的過程中，重力的平均功率相等解析小滑塊飛離斜面時(shí)，洛倫茲力與重力的垂直斜面的分力大小相等，mgcos0=qvB,m解得丫=咚黃1，故斜面傾角越大，飛離時(shí)速度越小，甲飛離斜面的速度大于乙，選項(xiàng)AmqB正確；甲斜面傾角小，加速度小，但是末速度大，故甲在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)間比乙的長(zhǎng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)動(dòng)能定理mglsin0=1mv2,解得1=黑堂上《，故甲的位移大于乙的位移，2m 2q2B2Sinu選項(xiàng)C錯(cuò)誤；重力的平均功率為重力乘以豎直方向的分速度的平均值P=mgVsino,v=1v,2m代入數(shù)據(jù)得平均值相等，故選項(xiàng)D正確。答案AD2.（2018?江南十校二模）如圖5,EFPMN為光滑金屬導(dǎo)軌，電阻不計(jì)，處于豎直平面內(nèi)，其中FP傾斜，傾角為0,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(diǎn)，N、M分別為圓弧的豎直直徑的兩端點(diǎn)，還有一根與EFPMN完全相同的導(dǎo)軌E'F'P‘M‘N,兩導(dǎo)軌平行放置，間距為L(zhǎng),沿垂直于導(dǎo)軌所在平面的方向看去，兩導(dǎo)軌完全重合。過P點(diǎn)的豎直線右側(cè)有垂直于FP向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)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(zhì)量為m、電阻為r,分別從導(dǎo)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(dǎo)軌保持垂直且接觸良好。（軌道FP和EF足夠長(zhǎng)，題中所給的各個(gè)物理量均為已知，重力加速度為g）

圖5⑴若ab棒到達(dá)P點(diǎn)之前已經(jīng)勻速運(yùn)動(dòng)，求ab棒勻速下滑時(shí)的速度v,以及此時(shí)cd棒的電功率P；圖5⑵在第⑴問的基礎(chǔ)上，若。=60°,m=0.1kg,r=±4Q,B=1T,L=1m,R=^m,3 15g=10m/s2,則ab棒能否運(yùn)動(dòng)到圓弧最高點(diǎn)?解析（1）勻速下滑時(shí)有mgsin0-BIL=0,I=BLV,2r2mgrsin0考向應(yīng)用動(dòng)量觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)解決力電綜合問題動(dòng)量觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)在電磁場(chǎng)中的應(yīng)用得上 B2L2根據(jù)能量守恒，此時(shí)回路總的電功率等于ab棒重力的功率，所以cd棒的電功率P=mgvsin0考向應(yīng)用動(dòng)量觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)解決力電綜合問題動(dòng)量觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)在電磁場(chǎng)中的應(yīng)用【典例1】(多選)(2018?全國卷m,21)如圖6,一平行板電容器連接在直流電源上，電容器的極板水平；兩微粒a、b所帶電荷量大小相等、符號(hào)相反，使它們分別靜止于電容器的上、下極板附近，與極板距離相等?，F(xiàn)同時(shí)釋放a、b,它們由靜止開始運(yùn)動(dòng)。在隨后的某時(shí)刻t,a、b經(jīng)過電容器兩極板間下半?yún)^(qū)域的同一水平面。a、b間的相互作用和重力可忽略。下列說法正確的是()

圖圖6A.a的質(zhì)量比b的大B.在t時(shí)刻，a的動(dòng)能比b的大C.在t時(shí)刻，a和b的電勢(shì)能相等D.在t時(shí)刻，a和b的動(dòng)量大小相等解析兩微粒只受電場(chǎng)力qE作用且兩電場(chǎng)力大小相等，由x=；a0t2,知微粒a的加速度大，由qE=ma0，知微粒a的質(zhì)量小，A錯(cuò)誤；由動(dòng)能定理qEx=Ek得，位移x大的動(dòng)能大，B正確；在同一等勢(shì)面上，a、b兩微粒電荷量雖相等，但電性相反，故在t時(shí)刻，a、b的電勢(shì)能不相等，C錯(cuò)誤；由動(dòng)量定理qEt=mv得，在t時(shí)刻，a、b的動(dòng)量大小相等，D正確。答案BD命噩角度動(dòng)量觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)在電磁感應(yīng)中的應(yīng)用命噩角度動(dòng)量觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)在電磁感應(yīng)中的應(yīng)用【典例2】（2018?河北五名校聯(lián)盟二模）如圖7所示，MN、PQ兩平行光滑水平導(dǎo)軌分別與半徑r=0.5m的相同豎直半圓導(dǎo)軌在N、Q端平滑連接，M、P端連接定值電阻R,質(zhì)量M=2kg的cd絕緣桿垂直且靜止在水平導(dǎo)軌上，在其右側(cè)至N、Q端的區(qū)域內(nèi)充滿豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)?，F(xiàn)有質(zhì)量m=1kg的ab金屬桿以初速度v°=12m/s水平向右運(yùn)動(dòng)，與cd絕緣桿發(fā)生正碰后，進(jìn)入磁場(chǎng)并最終未滑出，cd絕緣桿則恰好能通過半圓導(dǎo)軌最高點(diǎn)，不計(jì)除R以外的其他電阻和摩擦，ab金屬桿始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，g取10m/s2（不考慮cd桿通過半圓導(dǎo)軌最高點(diǎn)以后的運(yùn)動(dòng)），求：QQ