2011届高考物理二轮复习 第2讲 功能关系在电学中的应用

1、第一篇 专题知能突破专题二 功能关系的应用第2讲 功能关系在电学中的应用图2291如图229所示，空间中有一静电场，在x轴上场强E随位置 x的变化规律为E(x)kx，其中k为大于0的常数，单位为V/m2，x的单位为m.有一带正电的试探电荷在x0.4 m处由静止释放若不考虑其他力的作用则试探电荷()A释放后将一直沿x轴正方向运动B释放后将一直沿x轴负方向运动C在x0.4 m处的电势能最大D在x0.4 m处的加速度最小解析：本题考查电场力由题意中电场强度变化规律可知，正电荷在x0.4 m处，由静止释放将沿x轴负方向加速运动，根据a可知，加速度减小当到达O点场强为零，加速度为零，速度最大；越过O点粒

2、子减速运动直到停止然后反向运动，故A、B、D选项错误；根据电场力做功与电势能的关系可知，C选项正确图2210答案：C2a、b、c、d四个带电液滴在如图2210所示的匀强电场中，分别水 平向左、水平向右、竖直向上、竖直向下做匀速直线运动，可知()Aa、b为同种电荷，c、d为异种电荷Ba、b的电势能、机械能均不变Cc的电势能减少，机械能增加Dd的电势能减少，机械能减少解析：c、d受力平衡电场力均向上，为同种电荷，A错；ab在同一高度同一等势面上运动，电场力和重力不做功，电势能不变机械能不变，B对；c重力做负功重力势能增加电势能减少，d重力做正功重力势能减少电势能增加，C对，D错；选B、C，本题容易

3、图2211答案：BC3如图2211所示，光滑绝缘斜面的底端固定着一个带正电的小物 块P，将另一个带电小物块Q在斜面的某位置由静止释放，它将沿斜面向上运动设斜面足够长，则在Q向上运动过程中()A物块Q的动能一直增大B物块P、Q之间的电势能一直增大C物块P、Q的重力势能和电势能之和一直增大D物块Q的机械能一直增大解析：本题考查电势能，机械能等知识电场力做正功电势能减少，电场力做负功电势能增加，由题意知，电场力对Q做了正功，故Q电势能减少，根据除重力外(或弹力)，其余外力做正功，则机械能增加(反之减少)，可知D选项正确图2212答案：D4.如图2212所示，甲、乙是两个完全相同的闭合正方形导线线框，

4、 a、b是边界范围、磁感应强度大小和方向都相同的两个匀强磁场区域，只是a区域到地面的高度比b高一些甲、乙线框分别从磁场区域的正上方相同高度处同时由静止释放，穿过磁场后落到地面下落过程中线框平面始终保持与磁场方向垂直以下说法正确的是()A落地时甲框的速度比乙框小B落地时甲框的速度比乙框大C落地时甲乙两框速度相同D穿过磁场的过程中甲、乙线框中产生热量相同解析：本题考查动能定理由图可知乙线框进入磁场时的速度比甲线框进入磁场时速度大，分析可知安培力对乙做的负功多，产生的热量多，故D选项错误；重力做的功一部分转化为导线框的动能，一部分转化为导线框穿过磁场产生的热量，根据动能定理可知，甲落地速度比乙落地速

5、度大，故B选项正确图2213答案：B5. (改编题)在粗糙的斜面上固定一点电荷Q，如图2213所示在M 点无初速度释放带有恒定电荷的小物块，小物块在Q的电场中沿斜面运动到N点静止则从M到N的过程中()A点电荷Q一定带正电B小物块所受的电场力可能增大C电场力可能对小物块做功为零D小物块电势能变化量的大小一定小于克服摩擦力做的功解析：小物块在M点无初速度释放沿斜面向N运动，运动到N点静止，说明小物块受到点电荷的排斥力作用，小物块与点电荷带同种电荷，但带电种类未知，A错误；从M到N小物块与点电荷的距离增大，小物块受到的电场力减小，B错误；由于小物块受到排斥力作用，电场力对小物块做正功，C错误；由动能

6、定理可知，小物块电势能的减少量与重力势能的减少量之和等于克服摩擦力做的功，D正确. 答案：D图22146.如图2214所示，竖直向上的匀强电场中，绝缘轻质弹簧竖直立于 水平地面上，上面放一质量为m的带正电小球，小球与弹簧不连接，施加外力F将小球向下压至某位置静止现撤去F，小球从静止开始运动到离开弹簧的过程中，重力、电场力对小球所做的功分别为W1和W2，小球离开弹簧时速度为v，不计空气阻力，则上述过程中()A小球与弹簧组成的系统机械能守恒B小球的重力势能增加W1C小球的机械能增加W1mv2D小球的电势能减少W2解析：本题考查势能大小和机械能守恒由于电场力做正功，故小球与弹簧组成的系统机械能增加，

7、机械能不守恒，故A选项错误；重力做功是重力势能变化的量度，由题意知重力做负功，重力势能增加，故B选项正确；小球增加的机械能在数值上等于重力势能和动能的增量，即W1mv2，故C选项错误；根据电场力做功是电势能变化的量度，电场力做正功电势能减少，电场力做负功电势能增加，故D选项正确答案：BD图22157. 两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L，底端接阻值为R的电阻将 质量为m，电阻也为R的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒与导轨接触良好，导轨所在的平面与磁感应强度为B的磁场垂直，如图2215所示除金属棒和电阻R外，其余电阻不计现将金属棒从弹簧的原长位置由静止释放，则()A金属棒向下运动时，

8、流过电阻R的电流方向为baB最终弹簧的弹力与金属棒的重力平衡C金属棒的速度为v时，所受的安培力大小为FD金属棒的速度为v时，金属棒两端的电势差为UBLv解析：本题考查欧姆定律、右手定则和安培力由右手定则可判断电流方向为ba，故A选项正确；根据能量守恒可知，最终弹簧的弹力与金属棒的重力平衡金属棒处于静止状态，故B选项正确；根据FBIL，EBLv，IE/2R，联立可得F，故C选项错误；金属棒速度为v时，金属棒两端的电势差为外压UBLv/2，故D选项错误答案：AB图22168. 如图2216所示，a、b两个带电小球，质量分别为ma、mb，用绝缘 细线悬挂两球静止时，它们距水平地面的高度均为h(h足够

9、大)，绳 与竖直方向的夹角分别为和(<)若剪断细线Oc，空气阻力不计，两球电荷量不变，重力加速度为g，则()Aa球先落地，b球后落地B落地时，a、b水平速度相等，且方向向右C整个运动过程中，a、b系统的电势能增加D落地时，a、b两球的动能之和为(mamb)gh解析：绳断后小球在竖直方向做自由落体运动，落地时间取决于竖直下落高度，故选项A错误；两球整体水平方向不受外力，由动量守恒可知，最终两球水平分速度为零，故选项B错误；由于绳断后，两球在库仑斥力的作用下，电场力做正功，电势能减小，故选项C错误；由以上分析可知小球落地时只有竖直速度，且是由重力引起的，故选项D正确答案：D图22179. 如

10、图2217所示，相距为l的光滑平行金属导轨ab、cd放置在 水平桌面上，阻值为R的电阻与导轨的两端a、c相连滑杆MN质量为m，垂直于导轨并可在导轨上自由滑动，不计导轨、滑杆以及导线的电阻整个装置放于竖直方向的范围足够大的匀强磁场中，磁感应强度的大小为B.滑杆的中点系一不可伸长的轻绳，绳绕过固定在桌边的光滑轻滑轮后，与另一质量也为m的物块相连，绳处于拉直状态现将物块由静止释放，当物块达到最大速度时，物块的下落高度h，用g表示重力加速度，则在物块由静止开始下落至速度最大的过程中()A物块达到的最大速度是B通过电阻R的电荷量是C电阻R放出的热量为D滑杆MN产生的最大感应电动势为答案：ABD图2218

11、10. 如图2218所示，水平光滑绝缘轨道MN的左端有一个固定挡板，轨道所在空间存在E4.0×102 N/C、水平向左的匀强电场一个质量m0.10 kg、带电荷量q5.0×105 C的滑块(可视为质点)，从轨道上与挡板相距x10.20 m的P点由静止释放，滑块在电场力作用下向左做匀加速直线运动当滑块与挡板碰撞后滑块沿轨道向右做匀减速直线运动，运动到与挡板相距x20.10 m的Q点，滑块第一次速度减为零若滑块在运动过程中，电荷量始终保持不变，求：(1)滑块沿轨道向左做匀加速直线运动的加速度的大小；(2)滑块从P点运动到挡板处的过程中，电场力所做的功；(3)滑块第一次与挡板碰撞

12、过程中损失的机械能解析：(1)设滑块沿轨道向左做匀加速运动的加速度为a此过程滑块所受合外力FqE2.0×102 N根据牛顿第二定律Fma，解得a0.20 m/s2.(2)滑块从P点运动到挡板处的过程中，电场力所做的功W1qEx14.0×103 J.(3)滑块第一次与挡板碰撞过程中损失的机械能等于滑块由P点运动到Q点过程中电场力所做的功即EqE(x1x2)2.0×103 J.答案：(1)0.2 m/s2(2)4.0×103 J(3)2.0×103 J11(2010·淮安市第四次调研)如图2219甲所示，一对平行光滑轨道放置在水平面上两轨

13、道相距L1 m，两轨道之间用R3 的电阻连接，一质量m0.5 kg、电阻r1 的导体杆与两轨道垂直，静止放在轨道上，轨道的电阻可忽略不计整个装置处于磁感应强度B2 T的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道平面向上，现用水平拉力沿轨道方向拉导体杆，拉力F与导体杆运动的位移x间的关系如图2219乙所示，当拉力达到最大时，导体杆开始做匀速运动，当位移x2.5 m时撤去拉力，导体杆又滑行了一段距离x后停下，在滑行x的过程中电阻R上产生的焦耳热为12 J求：图2219(1)拉力F作用过程中，通过电阻R上电量q.(2)导体杆运动过程中的最大速度vm.(3)拉力F作用过程中，电阻R上产生的焦耳热解析：(1)拉力F作

14、用过程中，在时间t内，磁通量为，通过电阻R上电量qqtq C1.25 C.(2)撤去F后金属棒滑行过程中动能转化为电能由能量守恒定律，得mvQRQrvm8 m/s.(3)匀速运动时最大拉力与安培力平衡Fm N8 N由图象面积，可得拉力做功为WF18 J由动能定理，得WFW安mv0回路上产生的热量QW安，QRQ1.5 J.答案：(1)1.25 C(2)8 m/s(3)1.5 J图222012. (2010·山东理综，25)如图2220所示，以两虚线为边界， 中间存在平行纸面且与边界垂直的水平电场，宽度为d，两侧为相同的匀强磁场，方向垂直纸面向里一质量为m、带电量q、重力不计的带电粒子，以初速度v1垂直边界射入磁场做匀速圆周运动，后进入电场做匀加速运动，然后第二次进入磁场中运动，此后粒子在电场和磁场中交替运动已知粒子第二次在磁场中运动的半径是第一次的二倍，第三次是第一次的三倍，以此类推求：(1)粒子第一次经过电场的过程中电场力所做的功W1.(2)粒子第n次经过电场时电场强度的大小En.(3)粒子第n次经过电场所用的时间tn.(4)假设粒子在磁场中运动时，电场区域场强为零请画出从粒子第一次射入磁场至第三次离开电场的过程中，电场强度随时间变化的关系图线(不要求写出推导过程，不要求标明坐标刻度值)解析：(1)设磁场的磁感应强度大小为B，粒子第