高考物理考前三个月 名师专题讲义 专题二 力与物体的直线运动 第2课时 动力学观点在电学中的应用课件

知 识 方 法 聚 焦 热 点 考 向 例 析 审题破题 真题演练栏目索引知识方法聚焦 知识回扣 1.垂直于垂直于2.匀速直线匀速直线3.匀变速直线匀变速直线4.匀速直线匀速直线 减小减小 减小减小知识方法聚焦规律方法1.带电粒子在电场中做直线运动的问题：在电场中处理力学问带电粒子在电场中做直线运动的问题：在电场中处理力学问题时，其分析方法与力学相同题时，其分析方法与力学相同.首先首先进行进行 ，然后看然后看粒子所受的合力粒子所受的合力与与是否是否一致，其运动类型有电场内一致，其运动类型有电场内的加速运动和在交变电场内的往复运动的加速运动和在交变电场内的往复运动.受力分析受力分析速度方向速度方向2.带电粒子在交变电场中的直线运动，一般多以加速、减速带电粒子在交变电场中的直线运动，一般多以加速、减速交替出现的多运动过程的情景出现交替出现的多运动过程的情景出现.解决的方法：解决的方法：(1)根据运动学或动力学分析其中一个根据运动学或动力学分析其中一个 内相关物内相关物理量的变化规律理量的变化规律.(2)借助运动图借助运动图像像进行运动过程分析进行运动过程分析.变化周期变化周期热点考向例析考向1电场内动力学问题分析例例1 1如图如图1所示，一光滑所示，一光滑绝缘水平绝缘水平木板木板(木板足够长木板足够长)固定在水平向左固定在水平向左、电场强度电场强度为为E的匀强电场中，一的匀强电场中，一电电量量为为q(带正电带正电)的物体在水平恒力的物体在水平恒力F作用下从作用下从A点由静止开始向点由静止开始向右加速运动，经一段时间右加速运动，经一段时间t撤去这个力，又经时间撤去这个力，又经时间2t物体返回物体返回A点，则点，则()图图1A.这一过程中带电物体的电势能先增加后减小，其变化量为这一过程中带电物体的电势能先增加后减小，其变化量为0B.水平恒力与电场力的比为水平恒力与电场力的比为95C.水平恒力与电场力的比为水平恒力与电场力的比为73D.物体先向右加速到最右端，然后向左加速返回到物体先向右加速到最右端，然后向左加速返回到A点点审题突破审题突破 判断电势能变化的方法是什么？判断电势能变化的方法是什么？“经时间经时间2t物体物体返回返回A点点”说明物体向右的位移大小和向左位移大小有什么说明物体向右的位移大小和向左位移大小有什么关系？关系？解析电场力先做负功后做正功，总功为零，所以带电物体电场力先做负功后做正功，总功为零，所以带电物体的电势能先增加后减小，其变化量为的电势能先增加后减小，其变化量为0，故，故A正确正确；物体先向右加速然后向右减速到最右端，然后向左加速返回物体先向右加速然后向右减速到最右端，然后向左加速返回到到A点，所以点，所以D错误错误.答案AB带电体在电场内运动问题的分析关键在于受力分析，带电体在电场内运动问题的分析关键在于受力分析，特别是电场力方向的确定，在电场力方向已确定的情特别是电场力方向的确定，在电场力方向已确定的情况下，其动力学的分析和力学问题中的分析是一样的况下，其动力学的分析和力学问题中的分析是一样的.以题说法针对训练针对训练1 如图如图2实线为电场中一条竖直的电场线，实线为电场中一条竖直的电场线，有一质量为有一质量为m、电量为、电量为q的小球，由该直线上的小球，由该直线上A点点静止释放，小球向下运动到达静止释放，小球向下运动到达B点减速为零后返回点减速为零后返回A点，则下列判断正确的是点，则下列判断正确的是()A.该电场可能是竖直向上的匀强电场，且该电场可能是竖直向上的匀强电场，且EB.A点的电势高于点的电势高于B点电势点电势C.A点的场强小于点的场强小于B点场强点场强D.向下运动的过程中，重力势能的减少量总是等于电势能向下运动的过程中，重力势能的减少量总是等于电势能的增加量的增加量图图2解析该该电场不可能是竖直向上的匀强电场且电场不可能是竖直向上的匀强电场且E ，否则否则小球从静止开始只能沿小球从静止开始只能沿AB做单向直线运动，回不到做单向直线运动，回不到A点，故点，故A错误错误.小球向下应先加速后减速，所受的电场力方向必定竖直向上，小球向下应先加速后减速，所受的电场力方向必定竖直向上，则电场线方向从则电场线方向从B指向指向A，所以，所以A点的电势低于点的电势低于B点电势，故点电势，故B错误错误.在在A点，有点，有qEAmg，在，在B点，有点，有qEBmg，则得：，则得：EAEB，故故C正确正确.向下运动的过程中，小球有动能时，根据能量守恒定律可知向下运动的过程中，小球有动能时，根据能量守恒定律可知重力势能的减少量等于动能增加量和电势能的增加量之和，重力势能的减少量等于动能增加量和电势能的增加量之和，故故D错误错误.答案C热点考向例析考向2磁场内动力学问题分析例例2 如如图图3所示，空间有一垂直纸面向外所示，空间有一垂直纸面向外的的磁感应强度磁感应强度为为0.5 T的匀强磁场，一质量的匀强磁场，一质量为为0.2 kg且足够长的绝缘木板静止在光滑且足够长的绝缘木板静止在光滑水平水平面面上，在木板左端无初速度放置一质量为上，在木板左端无初速度放置一质量为0.1 kg、电荷量、电荷量q0.2 C的滑块，滑块与绝缘木板之间动摩擦因数为的滑块，滑块与绝缘木板之间动摩擦因数为0.5，滑块，滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力.t0时对木板施时对木板施加方向水平向左，大小为加方向水平向左，大小为0.6 N的恒力，的恒力，g取取10 m/s2.则则()图图3A.木板和滑块一直做加速度为木板和滑块一直做加速度为2 m/s2的匀加速运动的匀加速运动B.滑块开始做加速度减小的变加速运动，最后做速度为滑块开始做加速度减小的变加速运动，最后做速度为10 m/s匀速运动匀速运动C.木板先做加速度为木板先做加速度为2 m/s2匀加速运动，再做加速度增大的运匀加速运动，再做加速度增大的运动，最后做加速度为动，最后做加速度为3 m/s2的匀加速运动的匀加速运动D.t5 s末滑块未脱离木板且有相对运动末滑块未脱离木板且有相对运动审题突破审题突破滑块与木板一直保持相对静止吗？最终各自是什滑块与木板一直保持相对静止吗？最终各自是什么运动状态？么运动状态？解析 由于由于动摩擦因数为动摩擦因数为0.5，静摩擦力能提供的最大加速度，静摩擦力能提供的最大加速度为为5 m/s2，所以当，所以当0.6 N的恒力作用于木板时，系统一起以的恒力作用于木板时，系统一起以a 的的加速度一起运动，当滑块获加速度一起运动，当滑块获得向左的速度以后又产生一个方向向上的洛伦兹力，当洛伦得向左的速度以后又产生一个方向向上的洛伦兹力，当洛伦兹力等于重力时滑块与木板之间的弹力为零，此时兹力等于重力时滑块与木板之间的弹力为零，此时Bqvmg，解得：解得：v10 m/s，此时摩擦力消失，滑块做匀速运动，而，此时摩擦力消失，滑块做匀速运动，而木木板板在恒力作用下做匀加速运动在恒力作用下做匀加速运动， 可可知知滑块先与木板一起做匀加速直线运动，然后发生相对滑动，滑块先与木板一起做匀加速直线运动，然后发生相对滑动，做加速度减小的变加速运动，最后做速度为做加速度减小的变加速运动，最后做速度为10 m/s的匀速运动，的匀速运动，故故A、B错误，错误，C正确正确.木块开始的加速度为木块开始的加速度为2 m/s2，一段时间后加速度逐渐减小，当，一段时间后加速度逐渐减小，当减小到零时，与木板脱离做匀速直线运动，知减小到零时，与木板脱离做匀速直线运动，知5 s末的速度小末的速度小于于10 m/s，知此时摩擦力不为零，还未脱离木板，故，知此时摩擦力不为零，还未脱离木板，故D正确正确.答案CD1.对于磁场内的动力学问题，要特别注意洛伦兹力的特对于磁场内的动力学问题，要特别注意洛伦兹力的特性，因性，因F洛洛qvB，则速度，则速度v的变化影响受力，受力的变的变化影响受力，受力的变化又反过来影响运动化又反过来影响运动.2.此类问题也常出现临界问题，如本题中有两个临界：此类问题也常出现临界问题，如本题中有两个临界：滑块与木板相对运动的临界和滑块与木板间弹力为零滑块与木板相对运动的临界和滑块与木板间弹力为零的临界的临界.以题说法针对训练针对训练2 如如图图4所示，带电平行板所示，带电平行板中中匀匀强磁场方向水平垂直纸面向里，某强磁场方向水平垂直纸面向里，某带带电电小球从光滑绝缘轨道上的小球从光滑绝缘轨道上的a点自由点自由滑滑下下，经过轨道端点，经过轨道端点P进入板间后恰能沿进入板间后恰能沿水水平方平方向做直线运动向做直线运动.现使小球从较低的现使小球从较低的b点开始下滑，经点开始下滑，经P点点进入板间，在板间的运动过程中进入板间，在板间的运动过程中()A.其电势能将会增大其电势能将会增大B.其机械能将会增大其机械能将会增大C.小球所受的洛伦兹力的大小将会增大小球所受的洛伦兹力的大小将会增大D.小球受到的电场力将会小球受到的电场力将会增大增大图图4答案AC解析小球从小球从a点下滑经过点下滑经过P点进入平行板间后受到重力、电点进入平行板间后受到重力、电场力、洛伦兹力做匀速直线运动，洛伦兹力和电场力同向，场力、洛伦兹力做匀速直线运动，洛伦兹力和电场力同向，故都向上且小球带正电；小球从稍低的故都向上且小球带正电；小球从稍低的b点下滑时到达点下滑时到达P点的点的速度会变小，洛伦兹力减小，小球会向下偏转，电场力做负速度会变小，洛伦兹力减小，小球会向下偏转，电场力做负功，电势能增加，而机械能会减小，水平方向速度不变，但功，电势能增加，而机械能会减小，水平方向速度不变，但竖直方向的速度增加，所以动能将会增大，导致洛伦兹力也竖直方向的速度增加，所以动能将会增大，导致洛伦兹力也会增大，电场力不变，故会增大，电场力不变，故A、C正确正确.热点考向例析考向3电磁感应中的动力学问题分析电磁感应中的动力学问题分析例例3如图如图5所示，平行金属导轨所示，平行金属导轨PQ、MN相相距距d2 m，导轨平面与水平面间的夹角，导轨平面与水平面间的夹角30，导轨上端接一个，导轨上端接一个R6 的电阻，的电阻，导导轨轨电阻不计，磁感应强度电阻不计，磁感应强度B0.5 T的匀强的匀强磁磁场场垂直导轨平面向上垂直导轨平面向上.一根质量为一根质量为m0.2 kg、电阻电阻r4 的金属棒的金属棒ef垂直导轨垂直导轨PQ、MN静止放置，距离导静止放置，距离导轨底端轨底端x13.2 m.另一根绝缘塑料棒另一根绝缘塑料棒gh与金属棒与金属棒ef平行放置平行放置，图图5审题突破审题突破绝缘塑料棒绝缘塑料棒gh沿导轨上滑时，受到哪些力的作用，沿导轨上滑时，受到哪些力的作用，做什么性质的运动？碰撞后金属棒做什么性质的运动？碰撞后金属棒ef向上做什么性质的运动，向上做什么性质的运动，何时加速度最大？何时加速度最大？(1)绝缘塑料棒绝缘塑料棒gh与金属棒与金属棒ef碰撞前瞬间，绝缘塑料棒的速率碰撞前瞬间，绝缘塑料棒的速率；解析绝缘绝缘塑料棒与金属棒相碰前，做匀减速直线运动塑料棒与金属棒相碰前，做匀减速直线运动，由由牛顿第二定律得牛顿第二定律得Mgsin 30Mgcos 30Ma1解得解得v16 m/s.答案6 m/s(2)碰撞后金属棒碰撞后金属棒ef向上运动过程中的最大加速度向上运动过程中的最大加速度；解析 设设金属棒刚开始运动时速度为金属棒刚开始运动时速度为v，由能量守恒定律得，由能量守恒定律得金属棒刚开始运动时加速度最大，此时感应电动势金属棒刚开始运动时加速度最大，此时感应电动势EBdv4 V解得解得v4 m/s答案12 m/s2安培力安培力FBId0.4 N由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得mgsin 30mgcos 30Fmam解得解得am12 m/s2.(3)金属棒金属棒ef向上运动过程中通过电阻向上运动过程中通过电阻R的电荷量的电荷量.解得解得q0.05 C.答案0.05 C对于导体棒在磁场中动力学问题的分析要特别注意棒对于导体棒在磁场中动力学问题的分析要特别注意棒中的感应电流受到的安培力一定是阻力中的感应电流受到的安培力一定是阻力.一般导体棒在一般导体棒在安培力和其他恒力作用下做的变速运动是加速度逐渐安培力和其他恒力作用下做的变速运动是加速度逐渐减小的变速运动，但在一定的条件下，也可以做匀变减小的变速运动，但在一定的条件下，也可以做匀变速直线运动速直线运动.以题说法针对训练针对训练3 如如图图6甲所示，甲所示，MN、PQ是相距是相距d1.0 m足够长足够长的平行光滑金属导轨，导轨平面与水平面间的夹角为的平行光滑金属导轨，导轨平面与水平面间的夹角为，导，导轨电阻不计，整个导轨处在方向垂直于导轨平面向上的匀强轨电阻不计，整个导轨处在方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，金属棒磁场中，金属棒ab垂直于导轨垂直于导轨MN、PQ放置，且始终与导轨放置，且始终与导轨接触良好，已知金属棒接触良好，已知金属棒ab的质量的质量m0.1 kg，其接入电路的，其接入电路的电阻电阻r1 ，小灯泡电阻，小灯泡电阻RL9 ，重力加速度，重力加速度g取取10 m/s2.现断开开关现断开开关S，将棒，将棒ab由静止释放并开始计时，由静止释放并开始计时，t0.5 s时刻时刻闭合开关闭合开关S，图乙为，图乙为ab的速度随时间变化的速度随时间变化的的图图像像.求求：图图6解析 S断开时断开时ab做匀加速直线运动做匀加速直线运动(1)金属棒金属棒ab开始下滑时的加速度大小、斜面倾角的正弦值；开始下滑时的加速度大小、斜面倾角的正弦值；根据牛顿第二定律有：根据牛顿第二定律有：mgsin ma所以所以sin 答案6 m/s2解析 t0.5 s时时S闭合，闭合，ab先做加速度减小的加速运动，当先做加速度减小的加速运动，当速度达到最大速度达到最大vm6 m/s后做后做匀速直线运动匀速直线运动(2)磁感应强度磁感应强度B的大小的大小根据平衡条件有根据平衡条件有mgsin F安安又又F安安BIdEBdvmI解得解得B1 T.答案1 T审题破题 真题演练3.应用动力学方法处理电学综合问题例例4 4 (14分分)如图如图7所示，两光滑平行的所示，两光滑平行的金属金属导轨导轨EF和和GH，相距为，相距为l，轨道平面与，轨道平面与水平面水平面成成30，导轨足够长，轨道的底端接，导轨足够长，轨道的底端接有有阻值阻值为为R的电阻，导轨电阻不计的电阻，导轨电阻不计.磁感应强度磁感应强度为为B的匀强磁场垂直于导轨平面，导体棒的匀强磁场垂直于导轨平面，导体棒MN电阻电阻为为r，垂直于导轨放置且与导轨接触良好，导体棒通过，垂直于导轨放置且与导轨接触良好，导体棒通过垂垂图图7(1)导体棒运动的最大速度；导体棒运动的最大速度；(2)导体棒速度达到最大速度一半时，导体棒加速度的大小导体棒速度达到最大速度一半时，导体棒加速度的大小.答题模板解析(1)开始时，由平衡条件开始时，由平衡条件mgMgsin 30得得M2m (1分分)导体棒达到最大速度导体棒达到最大速度vm时满足：时满足：(m )gMgsin 30BIml (2分分)此时此时EmBlvm (1分分)答题模板导体棒受到的安培力为导体棒受到的安培力为F安安BIl (1分分)导体棒和导体棒和AB组成的系统，据牛顿第二定律得组成的系统，据牛顿第二定律得答题模板点睛之笔若题目中出现两个以及两个以上物体用绳、杆之类物若题目中出现两个以及两个以上物体用绳、杆之类物体连接时，要特别注意找出各物体的位移大小、加速体连接时，要特别注意找出各物体的位移大小、加速度大小、速度大小的关系，这些关系往往就是解决问度大小、速度大小的关系，这些关系往往就是解决问题的突破口题的突破口.高 考 现 场 (限时：15分钟，满分14分)(2014安徽安徽22)如图如图8所示，充电后的平行所示，充电后的平行板板电容器电容器水平放置，电容为水平放置，电容为C，极板间的，极板间的距离距离为为d，上极板正中有一小孔，上极板正中有一小孔.质量为质量为m、电荷电荷量量为为q的小球从小孔正上方高的小球从小孔正上方高h处由处由静止静止开始开始下落，穿过小孔到达下极板处速度恰为零下落，穿过小孔到达下极板处速度恰为零(空气阻力忽略空气阻力忽略不计，极板间电场可视为匀强电场，重力加速度为不计，极板间电场可视为匀强电场，重力加速度为g).求：求：图图8(1)小球到达小孔处的速度；小球到达小孔处的速度；解析(1)由由v22gh，得，得v，方向竖直向下方向竖直向下.答案(2)极板间电场强度的大小和电容器所带电荷量；极板间电场强度的大小和电容器所带电荷量；解析 在在极板间带电小球受重力和电场力作用，由牛顿极板间带电小球受重力和电场力作用，由牛顿运动定律知：运动定律知：mgqEma由运动学公式知：由运动学公式知：0v22ad整理得电场强度整理得电场强度E由由UEd，QCU，得电容器所带电荷量，得电容器所带电荷量(3)小球从开始下落运动到下极板处的时间小球从开始下落运动到下极板处的时间答案