高考物理一轮复习 专题二 功和能 第6讲 功能关系在电磁学中的应用课件.ppt

第6讲功能关系在电磁学中的应用 1 多选 2013 江苏单科 6 将一电荷量为 q的小球放在不带电的金属球附近 所形成的电场线分布如图1所示 金属球表面的电势处处相等 a b为电场中的两点 则 a a点的电场强度比b点的大b a点的电势比b点的高c 检验电荷 q在a点的电势能比在b点的大d 将检验电荷 q从a点移到b点的过程中 电场力做负功 图1 答案abd 解析根据图中电场线的疏密可知a点场强比b点的大 a项正确 由电场线的方向可知a点电势比b点的高 则b项正确 由电场力做功和电势能变化关系可判断c错 d项正确 2 2015 新课标全国卷 15 如图2 直线a b和c d是处于匀强电场中的两组平行线 m n p q是它们的交点 四点处的电势分别为 m n p q 一电子由m点分别运动到n点和p点的过程中 电场力所做的负功相等 则 图2 a 直线a位于某一等势面内 m qb 直线c位于某一等势面内 m nc 若电子由m点运动到q点 电场力做正功d 若电子由p点运动到q点 电场力做负功解析电子带负电荷 电子由m点分别运动到n点和p点的过程中 电场力所做的负功相等 有wmn wmp 0 而wmn qumn wmp qump q 0 所以有umn ump 0 即 m n p 匀强电场中等势线为平行的直线 所以np和mq分别是两条等势线 有 m q 故a错误 b正确 电子由m点到q点过程中 wmq q m q 0 电子由p点到q点过程中 wpq q p q 0 故c d错误 答案b 3 2014 江苏单科 13 如图3所示 在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨 导轨间距为l 长为3d 导轨平面与水平面的夹角为 在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层 匀强磁场的磁感应强度大小为b 方向与导轨平面垂直 质量为m的导体棒从导轨的顶端由静止释放 在滑上涂层之前已经做匀速运动 并一直匀速滑到导轨底端 导体棒始终与导轨垂直 且仅与涂层间有摩擦 接在两导轨间的电阻为r 其他部分的电阻均不计 重力加速度为g 求 图3 1 导体棒与涂层间的动摩擦因数 2 导体棒匀速运动的速度大小v 3 整个运动过程中 电阻产生的焦耳热q 4 2015 新课标全国卷 24 如图4 一质量为m 电荷量为q q 0 的粒子在匀强电场中运动 a b为其运动轨迹上的两点 已知该粒子在a点的速度大小为v0 方向与电场方向的夹角为60 它运动到b点时速度方向与电场方向的夹角为30 不计重力 求a b两点间的电势差 图4 主要题型 选择题和计算题知识热点 1 结合电势 电势差考查电场力的功 2 结合电场力的功 安培力的功 摩擦力的功考查对功能关系的理解 3 功能关系 能量守恒在电磁感应现象中的应用 思想方法 1 守恒法 2 过程分解法 3 过程组合法 4 模型法 考向一电场中的功能关系 核心知识 规律方法 在解决电学中功能关系问题时应注意以下几点 1 洛伦兹力在任何情况下都不做功 2 电场力做功与路径无关 电场力做的功等于电势能的变化 3 力学中的几个功能关系在电学中仍然成立 1 2015 北京市海淀区高三测试 地球表面附近某区域存在大小为150n c 方向竖直向下的电场 一质量为1 00 10 4kg 带电荷量为 1 00 10 7c的小球从静止释放 在电场区域内下落10 0m 对此过程 该小球的电势能和动能的改变量分别为 重力加速度大小取9 80m s2 忽略空气阻力 a 1 50 10 4j和9 95 10 3jb 1 50 10 4j和9 95 10 3jc 1 50 10 4j和9 65 10 3jd 1 50 10 4j和9 65 10 3j 解析在电场区域内下落10 0m 电场力做功w qeh 1 00 10 7c 150n c 10 0m 1 50 10 4j 该小球的电势能增加1 50 10 4j 由动能定理可知 动能的改变量为w mgh 1 50 10 4j 1 00 10 4kg 9 80m s2 10 0m 9 65 10 3j 选项d正确 答案d 2 多选 2015 四川理综 6 如图5所示 半圆槽光滑 绝缘 固定 圆心是o 最低点是p 直径mn水平 a b是两个完全相同的带正电小球 视为点电荷 b固定在m点 a从n点静止释放 沿半圆槽运动经过p点到达某点q 图中未画出 时速度为零 则小球a 图5 a 从n到q的过程中 重力与库仑力的合力先增大后减小b 从n到p的过程中 速率先增大后减小c 从n到q的过程中 电势能一直增加d 从p到q的过程中 动能减少量小于电势能增加量 解析a从n点静止释放 过p点后到q点速度为零 整个运动过程只有重力和库仑力做功 库仑力方向与a速度方向夹角一直大于90 所以库仑力整个过程做负功 小球a从n到q的过程中 库仑力增大 库仑力与重力的夹角从90 一直减小 所以它们的合力一直增大 故a错误 带电小球a受力如图所示 在靠近n点的位置 合力与速度夹角小于90 在p点合力与速度夹角大于90 所以小球a从n到p的过程中 速率应先增大后减小 故b正确 从n到q的过程中 库仑力一直做负功 所以电势能一直增加 故c正确 根据能量守恒可知 p到q的过程中 动能的减少量等于重力势能和电势能的增加量之和 故d错误 答案bc 图6 答案bc 图7 1 小物块b经过桌面右侧边缘b点时的速度大小 2 释放后 小物块b在运动过程中克服摩擦力做的功 3 小物块b在半圆轨道运动中最大速度的大小 考向二功能观点在电磁感应问题中的应用 核心知识 规律方法 电磁感应中焦耳热的求法 1 如图8所示 固定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d 其右端接有阻值为r的电阻 整个装置处在竖直向上 磁感应强度大小为b的匀强磁场中 一质量为m 质量分布均匀 的导体杆ab垂直于导轨放置 且与两导轨保持良好接触 杆与导轨之间的动摩擦因数为 现杆在水平向左 垂直于杆的恒力f作用下从静止开始沿导轨运动距离l时 速度恰好达到最大 运动过程中杆始终与导轨保持垂直 设杆接入电路的电阻为r 导轨电阻不计 重力加速度大小为g 则此过程中 图8 答案d 2 多选 2015 太原市高三年级第二学段测评 如图9所示 在磁感应强度b 0 50t的匀强磁场中 两平行光滑金属导轨竖直放置 导体棒pq在竖直向上的拉力f的作用下向下做初速度为0 加速度a 5m s2的匀加速直线运动 两导轨间距离l 1 0m 电阻r 1 0 导体棒质量m 1kg 导体棒和导轨接触良好且电阻均不计 取g 10m s2 则下列说法中正确的是 图9 a 导体棒运行2s时 拉力的功率为25wb 拉力f所做的功等于导体棒减少的机械能c t 4s时 导体棒所受安培力为5nd 导体棒运行2s的过程中 通过电阻的电荷量为2 5c 答案ac 3 如图10所示 一质量为m 边长为h的正方形金属线框abcd自某一高度静止下落 依次经过两匀强磁场区域 且金属线框bc边的初始位置离磁场b1的上边界的高度为h 4 两磁场的磁感应强度分别为b1和b2 且b1 2b0 b2 b0 b0已知 两磁场的间距为h h未知 但h h 线框进入磁场b1时 恰好做匀速运动 速度为v1 v1已知 从磁场b1中穿出后又以v2匀速通过宽度也为h的磁场b2 图10 1 求v1与v2的比值 2 写出h与h的关系式 3 若地面离磁场b2的下边界的高度为h 求金属线框下落到地面所产生的热量 用m h g表示 4 如图11甲所示 mn fq为间距l 0 5m且足够长的粗糙平行导轨 nq mn 导轨的电阻不计 导轨平面与水平面间的夹角 37 n q间连接有一个阻值r 4 的电阻 有一匀强磁场垂直于导轨平面且方向向上 磁感应强度为b0 1t 将一根质量为m 0 05kg 电阻为r的金属棒ab紧靠nq放置在导轨上 且与导轨接触良好 现由静止释放金属棒 当金属棒滑行至cd处时刚好达到稳定速度 已知在此过程中通过金属棒横截面的电荷量q 0 2c 且金属棒的加速度a与速度v的关系如图乙所示 设金属棒沿导轨向下运动过程中始终与nq平行 g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 金属棒与导轨平面间的动摩擦因数 和金属棒的内阻r 2 金属棒滑行至cd处的过程中 电阻r上产生的热量 图11 答案 1 0 51 2 0 08j 解决电磁感应能量问题的基本思路 1 确定感应电动势的大小和方向 2 画出等效电路图并求出电流 3 进行受力情况分析和做功情况分析 4 明确在此过程中的能量变化情况 5 用动能定理或能量守恒定律解题 高频考点六应用动力学知识和功能关系解决力 电综合问题 16分 如图12甲所示 aa bb cc dd 为四条平行金属轨道 都处在水平面内 aa dd 间距为2l bb cc 间距为l 磁感应强度为b的有界匀强磁场垂直于纸面向里 边界与轨道垂直 ab cd两段轨道在磁场区域正中间 到磁场左右边界的距离均为s 轨道电阻不计且光滑 在a d 之间接一阻值为r的定值电阻 现用水平向右的力拉着质量为m 长为2l的均匀金属杆从磁场左侧某处由静止开始向右运动 金属杆的电阻与其长度成正比 金属杆与轨道接触良好 且运动过程中不转动 忽略与ab cd重合的短暂时间内速度的变化 1 证明 若拉力为恒力 无论金属杆的电阻r为多少 都不能使金属杆保持匀速通过整个磁场 2 若金属杆的电阻r 2r 保持拉力为f不变 使金属杆进入磁场后立刻做匀速直线运动 当金属杆到达磁场右边界时 速度大小为v 试求此次通过磁场过程中 整个回路放出的总热量 3 若金属杆的电阻r 2r 通过改变拉力的大小 使金属杆从磁场左侧某处从静止开始出发 保持匀加速运动到达磁场右边界 已知金属杆即将到达ab cd位置的时拉力的大小为f0 已在图乙中标出 试在图乙中定性画出拉力大小随时间变化的关系图象 不需要标明关键点的具体坐标 但图象应体现各段过程的差异 图12 审题指导 1 要想使金属杆保持匀速通过整个磁场 外力和安培力之间的关系是什么 安培力与哪些因素有关 2 电路的连接方式是什么 哪一部分相当于电源 哪一部分相当于外电路 3 当金属杆做匀速运动时 外力f与安培力之间有什么关系 安培力的表达式是怎样的 4 求解回路中产生的总热量时 能应用公式q i2rt吗 5 画拉力随时间变化的图象时 要先写出拉力f与t之间的函数关系 找出拉力变化的趋势 再分析拉力的突变点在何位置 发生了怎样的变化 比较可得进入ab cd右侧后f t图线的斜率变小 由于物体做匀加速运动 所以在ab cd左侧运动的时间比在ab cd右侧运动的时间要长 如图所示 5分 1 不管题目所给信息量的大小 解决问题的根本方法没有改变 以该题为例 解决电路问题的基本方法是找出各部分的连接方式 题中的难点是金属杆通过ab cd前后金属杆接入电路的电阻不同 所以需要分别对两个过程进行电路分析和受力分析 2 分析清楚电路结构和受力情况后 关键是研究运动情况 能量的转化情况 16分 如图13所示 平行金属导轨与水平面间夹角均为37 导轨间距为1m 电阻不计 导轨足够长 两根金属棒ab和a b 的质量都是0 2kg 电阻都是1 与导轨垂直放置且接触良好 金属棒和导轨之间的动摩擦因数为0 25 两个导轨平面处均存在着垂直轨道平面向上的匀强磁场