高考物理复习备课资料专题二力与直线运动第2讲应用牛顿运动定律解决电学问题

第2讲应用牛顿运动定律处理电学问题1/36整合突破实战2/36整合

网络关键点重温【网络构建】3/36【关键点重温】1.带电粒子在匀强电场中做加速直线运动,应用

求出加速度,结合运动学公式确定带电粒子速度、位移等.2.安培力大小F=

(其中θ为B与I之间夹角).

3.电磁感应中安培力方向(1)先用

定则或

定律确定感应电流方向,再用

定则确定安培力方向.(2)依据楞次定律,安培力方向一定和导体切割磁感线运动方向

.4.单棒切割磁感线时安培力大小牛顿第二定律BILsinθ右手楞次左手相反4/36突破热点考向聚焦热点考向一应用牛顿运动定律分析电场中物体运动问题【关键提炼】1.因为匀强电场中带电粒子所受电场力和重力都是恒力,可用正交分解法.2.类似于处理偏转问题方法,将复杂运动分解为正交简单直线运动,化繁为简.3.解答问题时要综合利用牛顿运动定律和匀变速直线运动公式,注意受力分析要全方面,注意运动学公式里包含物理量正负号,即其矢量性.5/36【典例1】一电荷量为q(q>0)、质量为m带电粒子在匀强电场作用下,在t=0时由静止开始运动,场强随时间改变规律如图所表示,不计重力.求在t=0到t=T时间间隔内6/36

(1)粒子位移大小和方向;7/368/36(2)粒子沿初始电场反方向运动时间.9/36【预测练习1】(·山西长治模拟)(多项选择)在绝缘水平桌面(桌面足够大)上方充满平行桌面电场,其电场强度E随时间t改变关系如图所表示,小物块电荷量为q=+1×10-4C,将其放在该水平桌面上并由静止释放,小物块速度v与时间t关系图像如图所表示,重力加速度g取10m/s2,则以下说法正确是()A.物块在4s内位移是6mB.物块质量是2kgC.物块与水平桌面间动摩擦因数是0.2D.物块在4s内电势能降低了18J

AC10/3611/36热点考向二应用牛顿运动定律分析磁场中物体运动问题【关键提炼】1.安培力包括三维空间,要变三维为二维,如画侧视图、剖面图或俯视图等,其中安培力方向要注意F安⊥B、F安⊥I.2.对于磁场内动力学问题,要尤其注意洛伦兹力特征,因F洛=qvB,则速度v改变影响受力,受力改变又反过来影响运动.3.带电微粒在电场力、重力和洛伦兹力共同作用下直线运动只能是匀速直线运动.12/36【典例2】(多项选择)如图(甲)所表示,一带电物块无初速度地放在传送带底端,传送带以恒定大小速率沿顺时针传动,该装置处于垂直纸面向里匀强磁场中,物块由底端E运动至传送带顶端F过程中,其v-t图像如图(乙)所表示.物块全程运动时间为4.5s,关于带电物块及运动过程说法正确是()A.该物块带负电B.传送带传动速度大小可能大于1m/sC.若已知传送带长度,可求出该过程中物块与传送带发生相对位移D.在2～4.5s内,物块与传送带仍可能有相对运动

BD13/36解析:由图(乙)可知,物块做加速度逐步减小加速运动,物块最大速度是1m/s.物块开始时μFN-mgsinθ=ma物块运动后,又受到洛伦兹力作用,加速度逐步减小,可知物块加速度逐步减小,一定是FN逐步减小,而开始时FN=mgcosθ,以后FN′=mgcosθ-F洛,即洛伦兹力方向是垂直于传送带向上.物块沿传送带向上运动,由左手定则可知,物块带正电,选项A错误;物块向上运动过程中,洛伦兹力越来越大,则受到支持力越来越小,可知物块加速度也越来越小,当加速度等于0时,物块到达最大速度,此时mgsinθ=μ(mgcosθ-F洛),只要传送带速度大于等于1m/s,则物块到达最大速度条件与传送带速度无关,所以传送带速度有可能是1m/s,也有可能大于1m/s,物块可能相对于传送带静止,也有可能与传送带相对滑动,选项B,D正确;由以上分析可知,传送带速度不能判断,所以若已知传送带长度,也不能求出该过程中物块与传送带发生相对位移,选项C错误.14/36【预测练习2】

(多项选择)如图所表示,两根长直导线竖直平行固定放置,且与水平放置光滑绝缘杆MN分别交于c,d两点,点O是cd中点,杆MN上a,b两点关于O点对称.两导线均通有大小相等、方向向上电流,已知长直导线在周围某点产生磁场磁感应强度与电流成正比、与该点到导线距离成反比,一带正电小球穿在杆上,以初速度v0从a点出发沿杆运动到b点.在a,b,O三点杆对小球支持力大小分别为Fa,Fb,FO.以下说法可能正确是(

)A.Fa>FOB.Fb>FaC.小球一直做匀速直线运动D.小球先做加速运动后做减速运动ABC

15/36解析:依据安培定则可知,从a点出发沿连线运动到b点,aO间磁场方向垂直于MN向里,Ob间磁场方向垂直于MN向外,所以合磁场大小先减小过O点后反向增大,而方向先向里,过O点后向外,依据左手定则可知,带正电小球受到洛伦兹力方向先向上,大小在减小,在a点,若Bqv0>mg,则有Fa=Bqv0-mg;在O点,FO=mg,所以有可能Fa>FO,过O点后洛伦兹力方向向下,大小在增大.由此可知,小球在速度方向不受力作用,则将做匀速直线运动,而小球对杆压力一直在增大,即Fb>Fa,选项A,B,C正确,D错误.16/36热点考向三应用牛顿运动定律分析电磁感应中物体运动问题【关键提炼】电磁感应中动力学问题分析思绪17/36【典例3】如图所表示,一个足够长“U”形金属导轨NMPQ固定在水平面内,导轨间距L=0.50m,一根质量为m=0.50kg匀质金属棒ab横跨在导轨上且接触良好,abMP恰好围成一个正方形.该导轨平面处于磁感应强度方向竖直向上、大小能够随时间改变磁场中,ab棒与导轨间滑动摩擦力为f=1.0N(最大静摩擦力等于滑动摩擦力),棒电阻R=0.10Ω,其它电阻均不计.开始时,磁感应强度B0=0.50T.(1)若从t=0时开始,使磁感应强度以=0.40T/s改变率均匀增加,求经过多长时间ab棒开始滑动?(2)若保持磁感应强度B0不变,从t=0时刻开始,给ab棒施加一个与之垂直且水平向右拉力F,其大小随时间改变函数表示式为F=(3+2.5t)N,使棒从静止开始匀加速运动,求此棒加速度大小.

18/36〚审题突破〛

19/3620/36答案:(1)3.75s(2)4.0m/s221/36【拓展延伸】

在“典例3”情景中,若保持磁感应强度B0不变,金属棒ab在与之垂直且水平向右恒定拉力F=3N作用下,从静止开始运动,则金属棒ab取得最大速度是多少?答案:3.2m/s22/36【预测练习3】(·银川质检)如图所表示,竖直平面内有一宽L=1m、足够长光滑矩形金属导轨,电阻不计.在导轨上、下边分别接有电阻R1=3Ω和R2=6Ω.在MN上方及CD下方有垂直纸面向里匀强磁场Ⅰ和Ⅱ,磁感应强度大小均为B=1T.现有质量m=0.2kg、电阻r=1Ω导体棒ab,在金属导轨上从MN上方某处由静止下落,下落过程中导体棒一直保持水平,与金属导轨接触良好.当导体棒ab下落到快要靠近MN时速度大小为v1=3m/s.不计空气阻力,g取10m/s2.23/36(1)求导体棒ab快要靠近MN时加速度大小;答案:(1)5m/s224/36答案:(2)1.35m(2)若导体棒ab进入磁场Ⅱ后,棒中电流大小一直保持不变,求磁场Ⅰ和Ⅱ之间距离h;25/36(3)若将磁场ⅡCD边界略微下移,使导体棒ab刚进入磁场Ⅱ时速度大小变为v2=9m/s,要使棒在外力F作用下做a=3m/s2匀加速直线运动,求所加外力F随时间t改变关系式.答案:(3)F=(t+1.6)N26/36实战高考真题演练1.[应用牛顿运动定律分析电场中物体运动](·全国卷Ⅱ,14)如图,两平行带电金属板水平放置.若在两板中间a点从静止释放一带电微粒,微粒恰好保持静止状态.现将两板绕过a点轴(垂直于纸面)逆时针旋转45°,再由a点从静止释放一一样微粒,该微粒将(

)A.保持静止状态 B.向左上方做匀加速运动C.向正下方做匀加速运动 D.向左下方做匀加速运动D

27/36解析:最初带电微粒处于静止状态,受力如图(甲),Eq=mg;当两板绕过a点轴逆时针转过45°时,带电微粒受力如图(乙),其协力指向左下方,故微粒从静止开始向左下方做匀加速运动,选项D正确.

28/362.[应用牛顿运动定律分析电磁感应中物体运动](·全国Ⅱ卷,16)如图,在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R正方形导线框;在导线框右侧有一宽度为d(d>L)条形匀强磁场区域,磁场边界与导线框一边平行,磁场方向竖直向下.导线框以某一初速度向右运动,t=0时导线框右边恰与磁场左边界重合,随即导线框进入并经过磁场区域.以下v-t图像中,可能正确描述上述过程是(

)D29/3630/363.[应用牛顿运动定律分析电场中物体运动](·安徽卷,22)如图所表示,充电后平行板电容器水平放置,电容为C,极板间距离为d,上极板正中有一小孔.质量为m、电荷量为+q小球从小孔正上方高h处由静止开始下落,穿过小孔抵达下极板处速度恰为零(空气阻力忽略不计,极板间电场可视为匀强电场,重力加速度为g).求(1)小球抵达小孔处速度;

31/36(2)极板间电场强度大小和电容器所带电荷量;(3)小球从开始下落运动到下极板处时间.32/364.[应用牛顿运动定律分析电磁感应中物体运动](·全国Ⅰ卷,25)如图,两条平行导轨所在平面与水平地面夹角为θ,间距为L.导轨上端接有一平行板电容器,电