2014届高考物理二轮复习简易通新课标配套课件第5讲功能关系在电学中的应用_1

真题思考体验高考命题视角考场失分防范 第5讲 功能关系在电学中的应用 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 思考研讨 思考1 电场力做功的特点及计算方法是什么？ 研讨：特点：与路径无关，只与初末位置有关 计算方法：WFEp WABqUAB WqEd(匀强电场、d为在场强方向上的距离) 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 思考2 关于电场电场 中的功能关系，下列叙述是否正确？ (1)若只有电场电场 力做功，电势电势 能与动动能之和保持不变变 (2)若只有电场电场 力和重力做功，电势电势 能、重力势势能、动动 能之和保持不变变 (3)除重力、弹弹簧弹弹力之外，其他各力对对物体做的功等 于物体机械能的变变化 (4)所有外力对对物体所做的功等于物体动动能的变变化 研讨：(1)不正确 (2)不正确 (3)不正确 (4)正确 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 思考3 洛伦兹力对运动电荷做功吗？安培力对通电导线 做功吗？ 研讨：洛伦兹力对运动电荷不做功安培力对通电导 线可做正功，可做负功，也可不做功 思考4 电电磁感应应中功能关系及焦耳热热的计计算方法是什么 ？ 研讨：在电磁感应中克服安培力做多少功，就有多少 其他形式的能转化为电能：E其他E电；安培力做多少 功，就有多少电能转化为其他形式的能：E电E其他， WIUt QI2Rt. 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 真题体验 1(2012新课标全国，18)(多选)如图图251，平行板电电 容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流 电电源相连连若一带电带电 粒子恰能沿图图中所示水平直线线通过过 电电容器，则则在此过过程中，该该粒子 ( ) 图图251 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 A所受重力与电场电场 力平衡 B电势电势 能逐渐渐增加 C动动能逐渐渐增加 D做匀变变速直线线运 动动 解析 带电粒子在平行板电容器之间受到两个力的作用，一 是重力mg，方向竖直向下；二是电场力FEq，方向垂直 于极板向上因二力均为恒力，已知带电粒子做直线运动， 所以此二力的合力一定在粒子运动的直线轨迹上，根据牛顿 第二定律可知，该粒子做匀减速直线运动，选项D正确，选 项A、C错误；从粒子运动的方向和电场力的方向可判断出 ，电场力对粒子做负功，粒子的电势能增加，选项B正确 答案 BD 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 2(2013全国新课标，16)(单选)一水平放置的平行板电电 容器的两极板间间距为为d，极板分别别与电电池两极相连连，上极 板中心有一小孔(小孔对电场对电场 的影响可忽略不计计)小孔正 上方处处的P点有一带电带电 粒子，该该粒子从静止开始下落，经经 过过小孔进进入电电容器，并在下极板处处(未与极板接触)返回 若将下极板向上平移，则则从P点开始下落的相同粒子将 ( ) 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 3. (2012山东理综，20)(多选)如图图252所示，相距为为L 的两条足够长够长 的光滑平行金属导轨导轨 与水平面的夹夹角为为， 上端接有定值电值电 阻R，匀强磁场场垂直于导轨导轨 平面，磁感应应 强度为为B.将质质量为为m的导导体棒由静止释释放，当速度达到v 时时开始匀速运动动，此时对导时对导 体棒施加一平行于导轨导轨 向下的 拉力，并保持拉力的功率恒为为P，导导体棒最终终以2v的速度 匀速运动动导导体棒始终终与导轨导轨 垂直且接触良好，不计导计导 轨轨和导导体棒的电电阻，重力加速度为为g.下列选项选项 正确的是 ( ) 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 图图252 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 视角一 电场中的功能关系 命题角度 角度1 结合功能关系考查带电 粒子在电场中的运动(2012 课标全国卷，18；2013新课标全国，16) 角度2 电场力的做功特点及电势能变化与电场力做功的关 系(2012广东卷，20；2012山东卷，19；2012 天津卷，5；2013天津卷，6) 角度3 结合动能定理、电场力做功情况综合考查多过程问 题(2012四川理综，24；2013浙江卷，24) 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 【典例1】 (2012四川理综，24)如图图253所示，ABCD为为 固定在竖竖直平面内的轨轨道，AB段光滑水平，BC段为为光滑圆圆 弧，对应对应 的圆圆心角37，半径r2.5 m，CD段平直倾倾斜 且粗糙，各段轨轨道均平滑连连接，倾倾斜轨轨道所在区域有电场电场 强度大小为为E2105 N/C、方向垂直于斜轨轨向下的匀强电电 场场质质量m5102 kg、电电荷量q1106 C的小物体( 可视为质视为质 点)被弹弹簧枪发枪发 射后，沿水平轨轨道向左滑行，在C 点以速度v03 m/s冲上斜轨轨以小物体通过过C点时为计时时为计时 起点，0.1 s以后，电场电场 强度大小不变变，方向反向已知斜 轨轨与小物体间间的动动摩擦因数0.25.设设小物体的电电荷量保持 不变变，取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8. 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 图253 (1)求弹弹簧枪对枪对 小物体所做的功； (2)在斜轨轨上小物体能到达的最高点为为P，求CP的长长度 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 审题指导 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 应考策略 处理电场中能量问题的基本方法 在解决电场中的能量问题时常用到的基本规律有动能定 理、能量守恒定律，有时也会用到功能关系 (1)应用动能定理解决问题需研究合外力的功(或总功) (2)应用能量守恒定律解决问题需注意电势能和其他形式 能之间的转化 (3)应用功能关系解决该类问题需明确电场力做功与电势 能改变之间的对应关系 (4)有电场力做功的过程机械能不守恒，但机械能与电势 能的总和可以守恒 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 应考组训 1. (2013天津卷，6)(多选)两个带带等量正电电的点电电荷，固定 在图图254中P、Q两点，MN为为PQ连线连线 的中垂线线，交PQ 于O点，A为为MN上的一点一带负电带负电 的试试探电电荷q，从A点 由静止释释放，只在静电电力作用下运动动，取无限远处远处 的电势电势 为为零，则则 ( ) 图图254 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 Aq由A向O的运动动是匀加速直线线运动动 Bq由A向O运动动的过过程电势电势 能逐渐渐减小 Cq运动动到O点时时的动动能最大 Dq运动动到O点时电势时电势 能为为零 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 解析 q由A向O运动的过程中，电场力的方向始终由A指 向O，但力的大小变化，所以电荷q做变加速运动，电场 力做正功，到O点时速度最大，动能最大，电势能最小， 故选项B、C均正确，选项A、D错误 答案 BC 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 2. (单选)如图图255所示，空间间虚线线框内有匀强电场电场 ， AA、BB、CC是该电场该电场 的三个等势势面，相邻邻等势势面间间的 距离为为1 cm，其中BB为为零电势电势 能面一质质量为为m、带电带电 荷量为为q的粒子沿AA方向以初速度v0自图图中的P点进进入电电 场场，刚刚好从C点离开电场电场 已知PA2 cm，粒子的重力忽 略不计计下列说说法中正确的是 ( ) 图图255 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 A该该粒子在P点时时的电势电势 能是2mv B该该粒子到达C点时时的速度是v0 C该该粒子到达C点时时的电势电势 能是mv D该该粒子通过过等势势面BB时时的动动能是1.5mv 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 3. 如图图256所示，一带电带电 平行板电电容器水平放置， 金属板M上开有一小孔有A、B、C三个质质量均为为m、 电电荷量均为为q的带电带电 小球(可视为质视为质 点)，其间间用长为长为 L 的绝缘轻绝缘轻 杆相连连，处处于竖竖直状态态已知M、N两板间间距 为为3L，现现使A小球恰好位于小孔中，由静止释释放并让让三 个带电带电 小球保持竖竖直下落，当A球到达N极板时时速度刚刚好 为为零，求： 图图256 (1)两极板间间的电压电压 ； (2)小球在运动过动过 程中的最大速率 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 视角二 磁场中的功能关系 命题角度 角度1 通电导线 所受安培力与功率、能量守恒综合考查 (2013浙江卷，25) 角度2 电磁感应中电流恒定时，考查焦耳定律、电功率的 相关知识(2011重庆卷，23；2013天津卷，3； 2013江苏卷，13) 角度3 电磁感应中电流变化时，考查不同能量的转化问题 (2012天津，11) 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 【典例2】 (2013天津卷，3)如图图257所示，纸纸面内有一 矩形导导体闭闭合线线框abcd，ab边长边长 大于bc边长边长 ，置于垂直纸纸 面向里、边边界为为MN的匀强磁场场外，线线框两次匀速地完全进进 入磁场场，两次速度大小相同，方向均垂直于MN.第一次ab边边 平行MN进进入磁场场，线线框上产产生的热热量为为Q1，通过线过线 框导导 体横截面的电电荷量为为q1；第二次bc边边平行MN进进入磁场场，线线 框上产产生的热热量为为Q2，通过线过线 框导导体横截面的电电荷量为为q2 ，则则 ( ) 图257 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 AQ1Q2，q1q2 BQ1Q2，q1q2 CQ1Q2，q1q2 DQ1Q2，q1q2 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 应考策略 1分析电磁感应中能量问题的基本方法： (1)明确安培力做的功是电能和其他形式的能之间相互转 化的“桥梁”，用框图表示如下： (2)明确功能关系，确定有哪些形式的能量发生了转化 如有摩擦力做功，必有内能产生；有重力做功，重力势 能必然发生变化；安培力做负功，必然有其他形式的能 转化为电能 (3)根据不同物理情景选择动能定理、能量守恒定律或功 能关系列方程求解问题 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 2分析力、电综合问题的两个有效途径 (1)建立物体受力图景 弄清物理情境，选定研究对象； 对研究对象按顺序进行受力分析，画出受力图； 应用力学规律进行归类建模 (2)建立能量转化图景 各种不同的能量之间相互转化时，遵守能量守恒定律， 运用能量观点，建立能量转化图景是分析解决力电综合问 题的有效途径 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 应考组训 4. (单选)一个边长为边长为 L的正方形导线导线 框在倾倾角为为的光滑 固定斜面上由静止开始沿斜面下滑，随后进进入虚线线下方 方向垂直于斜面的匀强磁场场中，如图图258所示，磁场场 的上边边界线线水平，线线框的下边边ab边边始终终水平，斜面以及 下方的磁场场往下方延伸到足够远够远 下列推理判断正确的 是 ( ) 图图258 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 A线线框进进入磁场过场过 程b点的电势电势 比a点高 B线线框进进入磁场过场过 程一定是减速运动动 C线线框中产产生的焦耳热热一定等于线线框减少的机械能 D线线框从不同高度下滑时时，进进入磁场过场过 程中通过线过线 框 导线导线 横截面的电电荷量不同 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 5. 如图图259所示，两根平行金属导轨导轨 MN、PQ相距为为 d1.0 m，导轨导轨 平面与水平面夹夹角为为30，导轨导轨 上端跨 接一定值电值电 阻R1.6 ，导轨电导轨电 阻不计计，整个装置处处于与 导轨导轨 平面垂直且向上的匀强磁场场中，磁感应应强度大小为为B 1.0 T一根与导轨导轨 等宽宽的金属棒ef垂直于MN、PQ静止 放置，且与导轨导轨 保持良好接触金属棒质质量m0.1 kg、电电 阻r0.4 ，距导轨导轨 底端s13.75 m. 图图259 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 (1)绝缘绝缘 棒gh与金属棒ef碰前瞬间绝缘间绝缘 棒的速率； (2)两棒碰后，安培力对对金属棒做的功以及碰后瞬间间金属 棒的加速度 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 6(2013浙江卷，25)为为了降低潜艇噪音，提高其前进进速度， 可用电电磁推进进器替代螺旋桨桨潜艇下方有左、右两组组推进进器 ，每组组由6个相同的、用绝缘绝缘 材料制成的直线线通道推进进器构 成，其原理示意图图如图图2510.在直线线通道内充满电满电 阻率 0.2 m的海水，通道中abc0.3 m0.4 m0.3 m的空间间 内，存在由超导线导线 圈产产生的匀强磁场场，其磁感应应强度B6.4 T、方向垂直通道侧侧面向外磁场场区域上、下方各有ab0.3 m0.4 m的金属板M、N，当其与推进进器专专用直流电电源相连连后 ，在两板之间间的海水中产产生了从N到M、大小恒为为I1.0103 A的电电流，设该电设该电 流只存在于磁场场区域不计电计电 源内阻及导导 线电线电 阻，海水密度海1.0103 kg/m3. 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 图2510 (1)求一个直线线通道推进进器内磁场对场对 通电电海水的作用力大 小，并判断其方向； (2)在不改变变潜艇结结构的前提下，简简述潜艇如何转转弯？如 何“倒车车”？ (3)当潜艇以恒定速度v030 m/s前进时进时 ，海水在出口处处 相对对于推进进器的速度v34 m/s，思考专专用直流电电源所提 供的电电功率如何分配，求出相应应功率的大小 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 解析 (1)将通电海水看成导线，所受磁场力为FIBl 代入数据得：FIBc1.01036.40.3 N1.92103 N 由左手定则可判断磁场对海水作用力方向向右(或与海水 出口方向相同) (2)考虑到潜艇下方有左、右2组推进器，可以开启或关闭 不同个数的左、右两侧的直线通道推进器，实施转弯 改变电流方向，或者磁场方向，可以改变海水所受磁场 力的方向，根据牛顿第三定律，使潜艇“倒车” 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 失分点搜索 失分点1：误认为电势误认为电势 能属于机械能，有电场电场 力做功时时机 械能守恒 失分点2：不能熟练练掌握在电电磁感应现应现 象中导导体棒(或线线框) 克服安培力做的功等于电电路中电电能的增加 失分点3：在电电学问题问题 中不能灵活选选取动动能定理或能量守恒 求解问题问题 真题思考体验高考命题视角考场失分防范 易失分案例 (2012天津理综，11)如图图2511所示，一对对光滑的平 行金属导轨导轨 固定在同一水平面内，导轨间导轨间 距l0.5 m，左 端接有阻值值R0.3 的电电阻一质质量m0.1 kg，电电阻r 0.1 的金属棒MN放置在导轨导轨 上，整个装置置于竖竖直向上 的匀强磁场场中，磁场场的磁感应应强度B0.4 T棒在水平向 右的外力作用下，由静止开始以a2 m/s2的加速度做匀加 速运动动，当棒的位移x9 m时时撤去外力，棒继续继续 运动动一段 距离后停下来，已知撤去外力前后回路中产产生的焦耳热热之 比Q1Q221.导轨导轨 足够长够长 且电电阻不计计，棒在运动过动过 程中 始终终与导轨导轨 垂直且两端