高考物理第一轮复习第十章-专题强化十四课件

,专题强化十四动力学、动量和,能量,观点,在电学中的应用,大一轮复习讲义,专题强化十四动力学、动量和能量大一轮复习讲义,1.,本专题是力学三大观点在电学中的综合应用，高考对本专题将作为计算,题,压,轴题的形式命题,.,2.,学好本专题，可以帮助同学们应用力学三大观点分析带电粒子在电场和,磁,场,中的碰撞问题、电磁感应中的动量和能量问题，提高分析和解决综合,问,题,的能力,.,3.,用到的知识、规律和方法有：电场的性质、磁场对电荷的作用、,电磁感应,的,相关知识以及力学三大观点,.,专题解读,1.本专题是力学三大观点在电学中的综合应用，高考对本专题将作,电磁感应中动量和能量观点的应用,能力考点师生共研,题型一,1.,应用动量定理可以由动量变化来求解变力的冲量,.,如在导体棒做非匀变速运动的问题中，应用动量定理可以解决牛顿运动定律不易解答的问题,.,2.,在相互平行的水平轨道间的双导体棒做切割磁感线运动时，由于这两根导体棒所受的安培力等大反向，若不受其他外力，两导体棒的总动量守恒，解决此类问题往往要应用动量守恒定律,.,电磁感应中动量和能量观点的应用能力考点师生共研题型一1.应,例,1,(2019,福建龙岩市,5,月模拟,),如图,1,为电磁驱动与阻尼模型，在水平面上有两根足够长的平行轨道,PQ,和,MN,，左端接有阻值为,R,的定值电阻，其间有垂直轨道平面的磁感应强度为,B,的匀强磁场，两轨道间距及磁场宽度均为,L,.,质量为,m,的金属棒,ab,静置于导轨上，当磁场沿轨道向右运动的速度为,v,时，棒,ab,恰好滑动,.,棒运动过程始终在磁场范围内，并与轨道垂直且接触良好，轨道和棒电阻均不计，最大静摩擦力等于滑动摩擦力,.,(1),判断棒,ab,刚要滑动时棒中的感应电流方向,，,并,求此时棒所受的摩擦力,F,f,大小,；,图,1,类型,1,动量定理,和功能关系的应用,答案,见解析,例1(2019福建龙岩市5月模拟)如图1为电磁驱动与阻尼,解析,磁场沿轨道向右运动，即棒相对于磁场沿轨道向左运动，则根据右手定则，感应电流方向由,a,至,b,.,依题意得，棒刚要运动时，受到的摩擦力等于安培力：,F,f,F,安,F,安,BI,1,L,解析磁场沿轨道向右运动，即棒相对于磁场沿轨道向左运动，则根,(2),若磁场不动，将棒,ab,以水平初速度,2,v,运动，经过时间,t,停止,运动，求棒,ab,运动位移,x,及回路中产生的焦耳热,Q,.,答案,见解析,(2)若磁场不动，将棒ab以水平初速度2v运动，经过时间t,根据功能关系有,Q,W,安,得：,Q,m,v,2,.,根据功能关系有,变式,1,(,多选,)(2019,广东湛江市第二次模拟,),如图,2,所示，,CD,、,EF,是两条水平放置的电阻可忽略的平行光滑导轨，导轨固定不动，间距为,L,，在水平导轨的左侧存在磁感应强度方向垂直导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为,B,.,导轨的右端接有一电阻,R,，左端与一弯曲的光滑轨道平滑连接,.,将一阻值也为,R,、质量为,m,的导体棒从弯曲轨道上,h,高处由静止释放，导体棒最终恰好停在磁场的右边界处,.,已知导体棒与水平导轨垂直且接触良好，则下列说法中正确的是,A.,电阻,R,的最大电流为,B.,电阻,R,中产生的焦耳热为,mgh,C.,磁场左右边界的长度,d,为,D.,流过电阻,R,的电荷量为,图,2,变式1(多选)(2019广东湛江市第二次模拟)如图2所示,解析,导体棒下滑过程中，机械能守恒，,导体棒到达水平面后进入磁场受到向左的安培力做减速运动，则刚到达水平面时的速度最大，所以最大感应电动势为,E,BL,v,，,导体棒在整个运动过程中，机械能最终转化为焦耳热，即,Q,mgh,，,解析导体棒下滑过程中，机械能守恒，导体棒到达水平面后进入磁,高考物理第一轮复习第十章-专题强化十四课件,1.,问题特点,对于双导体棒运动的问题，通常是两棒与导轨构成一个闭合回路，当其中一棒在外力作用下获得一定速度时必然在磁场中切割磁感线，在该闭合回路中形成一定的感应电流；另一根导体棒在磁场中在安培力的作用下开始运动，一旦运动起来也将切割磁感线产生一定的感应电动势，对原来电流的变化起阻碍作用,.,2.,方法技巧,解决此类问题时通常将两棒视为一个整体，于是相互作用的安培力是系统的内力，这个变力将不影响整体的动量守恒,.,因此解题的突破口是巧妙选择系统，运用动量守恒,(,动量定理,),和功能关系求解,.,类型,2,动量守恒定律,和功能关系的应用,1.问题特点类型2动量守恒定律和功能关系的应用,例,2,(2019,河北衡水中学高考模拟,),如图,3,所示，,MN,、,PQ,两平行光滑水平导轨分别与半径,r,0.5 m,的相同竖直半圆导轨在,N,、,Q,端平滑连接，,M,、,P,端连接定值电阻,R,，质量,M,2 kg,的,cd,绝缘杆垂直静止在水平导轨上，在其右侧至,N,、,Q,端的区域内充满竖直向上的匀强磁场,.,现有质量,m,1 kg,的,ab,金属杆以初速度,v,0,12 m/s,水平向右与,cd,绝缘杆发生正碰后，进入磁场并最终未滑出，,cd,绝缘杆则恰好能通过半圆导轨最高点，不计其他电阻和摩擦，,ab,金属杆始终与导轨垂直且接触良好，取,g,10 m/s,2,，求：,图,3,(1),cd,绝缘杆通过半圆导轨最高点时的速度大小,v,；,例2(2019河北衡水中学高考模拟)如图3所示，MN、P,解析,cd,绝缘杆通过半圆导轨最高点时，由牛顿第二定律有：,解析cd绝缘杆通过半圆导轨最高点时，由牛顿第二定律有：,(2),电阻,R,产生的焦耳热,Q,.,答案,2 J,(2)电阻R产生的焦耳热Q.答案2 J,解析,cd,绝缘杆以速度,v,2,由,NQ,滑至最高点的过程中，由动能定理有：,解得：,v,2,5 m/s,由于,cd,是绝缘杆，所以没有电流通过，故碰后匀速运动，,则碰撞后,cd,绝缘杆的速度为,v,2,5 m/s,两杆碰撞过程，动量守恒，以,v,0,的方向为正方向，有：,m,v,0,m,v,1,M,v,2,解得碰撞后,ab,金属杆的速度：,v,1,2 m/s,解析cd绝缘杆以速度v2由NQ滑至最高点的过程中，由动能定,解得：,Q,2 J.,解得：Q2 J.,变式,2,(2019,山东泰安市第二轮复习质量检测,),如图,4,所示，间距为,L,的足够长光滑平行金属导轨固定在同一水平面内，虚线,MN,右侧区域存在磁感应强度为,B,、方向竖直向下的匀强磁场,.,质量均为,m,、长度均为,L,、电阻均为,R,的导体棒,a,、,b,，垂直导轨放置且保持与导轨接触良好,.,开始导体棒,b,静止于与,MN,相距为,x,0,处，导体棒,a,以水平速度,v,0,从,MN,处进入磁场,.,不计导轨电阻，忽略因电流变化产生的电磁辐射，运动过程中导体棒,a,、,b,没有发生碰撞,.,求：,(1),导体棒,b,中产生的内能；,图,4,变式2(2019山东泰安市第二轮复习质量检测)如图4所示,解析,导体棒,a,进入磁场后，,a,、,b,及导轨组成的回路磁通量发生变化，产生感应电流,.,在安培力作用下，,a,做减速运动、,b,做加速运动，最终二者速度相等,.,此过程中系统的动量守恒，以,v,0,的方向为正方向，有,m,v,0,2,m,v,根据能量守恒定律,解析导体棒a进入磁场后，a、b及导轨组成的回路磁通量发生变,(2),导体棒,a,、,b,间的最小距离,.,(2)导体棒a、b间的最小距离.,解析,设经过时间,t,二者速度相等，此时,a,、,b,间有最小距离，此过程中安培力的平均值为,F,，导体棒,ab,间的最小距离为,x,.,以,b,为研究对象，根据动量定理得,F,t,m,v,而,F,BIL,BL,(,x,0,x,),解析设经过时间t二者速度相等，此时a、b间有最小距离，此,电场或磁场中的动量和能量问题,能力考点师生共研,题型,二,例,3,如图,5,所示，轨道,ABCDP,位于竖直平面内，其中圆弧段,CD,与水平段,AC,及倾斜段,DP,分别相切于,C,点和,D,点，水平段,BC,粗糙，其余都光滑，,DP,段与水平面的夹角,37,，,D,、,C,两点的高度差,h,0.1 m,，整个轨道绝缘，处于方向水平向左、电场强度大小未知的匀强电场中，一个质量,m,1,0.4 kg,、带正电、电荷量未知的小物块,在,A,点由静止释放，经过时间,t,1 s,，与静止在,B,点的不带电、质量,m,2,0.6 kg,的小物块,碰撞并粘在一起后,，在,BC,段上做,匀速,直线运动,，到达倾斜段,DP,上某位置,，物,块,和,与,轨道,BC,段的,动摩擦因数均为,0.2,，,g,10 m/s,2,，,sin,37,0.6,，,cos 37,0.8.,求,：,图,5,电场或磁场中的动量和能量问题能力考点师生共研题型二例3如,(1),物块,和,在,BC,段上做匀速直线运动的速度大小；,答案,2 m/s,解析,物,块,和,粘在一起在,BC,段上做匀速直线运动，设电场强度大小为,E,，物块,带电荷量大小为,q,，与物块,碰撞前物块,速度为,v,1,，碰撞后共同速度为,v,2,，以向左为正方向，则,qE,(,m,1,m,2,),g,qEt,m,1,v,1,m,1,v,1,(,m,1,m,2,),v,2,联立解得,v,2,2 m/s,；,(1)物块和在BC段上做匀速直线运动的速度大小；答案2,(2),物块,和,第一次经过圆弧段,C,点时，物块,和,对轨道压力的大小,.,答案,18 N,解析,设圆弧段,CD,的半径为,R,，物块,和,经过,C,点时圆弧段轨道对物块支持力的大小为,F,N,，则,R,(1,cos,),h,解得：,F,N,18 N,，,由,牛顿第三定律可得物块,和,对轨道压力的大小为,18 N.,(2)物块和第一次经过圆弧段C点时，物块和对轨道压力,变式,3,如图,6,所示，光滑绝缘的半圆形轨道,ACD,，固定在竖直面内，轨道处在垂直于轨道平面向里的匀强磁场中，半圆的直径,AD,水平，半径为,R,，匀强磁场的磁感应强度为,B,，在,A,端由静止释放一个带正电荷、质量为,m,的金属小球甲，结果小球甲连续两次通过轨道最低点,C,时，对轨道的压力差为,F,，小球运动过程中始终不脱离轨道，重力加速度为,g,.,求：,图,6,(1),小球甲经过轨道最低点,C,时的速度大小；,变式3如图6所示，光滑绝缘的半圆形轨道ACD，固定在竖直面,解析,由于小球甲在运动过程中，只有重力做功，因此机械能守恒，由,A,点运动到,C,点，有,解析由于小球甲在运动过程中，只有重力做功，因此机械能守恒，,(2),小球甲所带的电荷量；,由题意知,F,F,2,F,1,(2)小球甲所带的电荷量；由题意知FF2F1,(3),若在半圆形轨道的最低点,C,放一个与小球甲完全相同的不带电的金属小球乙，让小球甲仍从轨道的,A,端由静止释放，则甲球与乙球发生弹性碰撞后的一瞬间，乙球对轨道的压力,.(,不计两球间静电力的作用,),(3)若在半圆形轨道的最低点C放一个与小球甲完全相同的不带电,解析,因为甲球与乙球在最低点发生的是弹性碰撞，则有,m,v,C,m,v,甲,m,v,乙,解得,v,甲,0,，,v,乙,v,C,设碰撞后的一瞬间，轨道对乙球的支持力大小为,F,乙,，方向竖直向上，则,根据牛顿第三定律可知,，,此时乙球对轨道的压力大小为,3,mg,，,方向竖直向下,.,解析因为甲球与乙球在最低点发生的是弹性碰撞，则有解得v甲,1.(2019,贵州部分重点中学,3,月联考,),如图,1,所示，正方形区域,ABCD,中有垂直于纸面向里的匀强磁场，,M,、,N,分别为,AB,、,AD,边的中点，一带正电的粒子,(,不计重力,),以某一速度从,M,点平行于,AD,边垂直磁场方向射入，并恰好从,A,点射出,.,现仅将磁场的磁感应强度大小变为原来,的,，,下列判断正确的是,A.,粒子将从,D,点射出磁场,B.,粒子在磁场中运动的时间将变为原来的,2,倍,C.,磁场的磁感应