高考物理二轮复习提升 第一部分 专题二 第2讲 能量观点在电磁学中的应用课件

第第2讲讲能量观点在电磁学中的应用能量观点在电磁学中的应用1(双选，2012 年广东卷)图221是某种静电矿料分选器的原理示意图，带电矿粉经漏斗落入水平匀强电场后，分落在收)集板中央的两侧，对矿粉分离的过程，下列表述正确的有(图221A带正电的矿粉落在右侧B电场力对矿粉做正功C带负电的矿粉电势能变大 D带正电的矿粉电势能变小解析：不管带正电还是负电，电场力做正功，电势能减少，正电荷受的电场力向左故在左边，负电荷在右边答案：BD2(2012 年天津卷)两个固定的等量异号点电荷所产生电场的等势面如图 222 中虚线所示，一带负电的粒子以某一速度从图中 A 点沿图示方向进入电场在纸面内飞行，最后离开电)场，粒子只受静电力作用，则粒子在电场中(图 222A做直线运动，电势能先变小后变大B做直线运动，电势能先变大后变小C做曲线运动，电势能先变小后变大D做曲线运动，电势能先变大后变小解析：两个固定的等量异号点电荷产生电场的等势面与电场线垂直，且沿电场线电势减小，所以等量异号点电荷和它们间的直线电场线如图10所示当带负电的粒子进入电场后受到电场力而偏转做曲线运动粒子在电场力作用下向上偏转，电场力做正功，粒子的动能增加、电势能减少，之后粒子离开电场，电势能增加图10答案：C3(2012 年天津卷)对铀235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义，如图223所示，质量为m、电荷量为q的铀235离子，从容器 A 下方的小孔S1不断飘入加速电场，其初速度可视为零，然后经过小孔S2垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做半径为 R 的匀速圆周运动，离子行进半个圆周后离开磁场并被收集，离开磁场时离子束的等效电流为I，不考虑离子重力及离子间的相互作用求加速电场的电压 U.图2234(2011 年天津卷)如图 224 所示，两根足够长的光滑平行金属导轨 MN、PQ 间距离为 l0.5 m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成 30角完全相同的两金属棒ab、cd 分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒质量均为 m0.02 kg，电阻均为 R0.1 ，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度 B0.2 T，棒 ab 在平行于导轨向上的力 F 作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒 cd 恰好能够保持静止取 g10 m/s2，问：(1)通过棒 cd 的电流 I 是多少，方向如何？(2)棒 ab 受到的力 F 多大？(3)棒 cd 每产生 Q0.1 J 的热量，力 F 做的功 W 是多少？图224解：(1)棒cd 受到的安培力FcdIlB棒cd在共点力作用下平衡，则Fcdmgsin 30代入数据解得I1 A根据楞次定律可知，棒cd 中的电流方向由d 至c.(2)棒ab与棒cd 受到的安培力大小相等，即FabFcd对棒ab，由共点力平衡知Fmgsin 30IlB代入数据解得F0.2 N.能量在电磁学中的应用在近几年的高考中都有，考题形式上选择题和计算题都有计算题，往往要结合运动分析、受力分析等列方程综合求解，难度比较大从内容上一般考向为：(1)带电体在电场中运动，电场力做功，电势能变化(2)电磁感应中的能量问题，电磁感应中其他形式的能转化为电能表现为安培力做负功，而电动机原理中安培力做正功电能转化为其他形式的能(3)复合场中，重力势能、动能、电势能之间的相互转化带电体在电场力作用下的能量转化【例1】(2011年广东实验中学模拟)如图225所示，高h0.8 m 的绝缘水平桌面上方的区域中存在匀强电场，场强E 的方向与区域的某一边界平行，区域中存在垂直于纸面的匀强磁场 B.现有一质量 m0.01 kg、带电荷量 q10-5C 的小球从A点以v04 m/s 的初速度水平向右运动，匀速通过区域后落在水平地面上的 B 点，已知：小球与水平桌面间的动摩擦因数0.1，L1 m，h0.8 m，x0.8 m，取 g10 m/s2.试求：(1)小球在区域中的速度；(2)区域中磁感应强度 B 的大小及方向；(3)区域中电场强度 E 的大小及方向图225对带电体在电场力作用下的能量转化问题，第一，要分析清电场力对带电体做功的情况，如果做正功则电势能转化为其他形式的能，做负功则其他形式的能转化为电势能；第二，计算电场力做功时有两种方法，其一是W电F 电scosqEscos(适应匀强电场中)，其二是W电qU(匀强、非匀强电场都可用)1(2011 年潮阳一中模拟)如图226所示，一带电粒子从 P 点以初速度 v 射入匀强电场，仅受电场力的作用，则可能的运动轨迹及电势能的变化情况是()图226A轨迹 a 且电势能一直变大 B轨迹 b 且电势能变小C轨迹 c 且电势能变小D轨迹 d 且电势能变大解析：轨迹如果为a，则电场力方向向左，电场力先做负功再做正功，电势能先增加后减少，A 错；轨迹如果为b，则不受电场力，B错；如果粒子带正电，则电场力方向向右，轨迹为c，但d 不可能，若轨迹为d，则电场力方向向下，所以D错；轨迹为c，电场力做正功，电势能减少，C 对答案：C复合场中的能量问题【例2】(2011年从化中学三模)如图 227所示，竖直平面 xOy 内存在水平向右的匀强电场，场强大小 E10 N/C，在y0 的区域内还存在垂直于坐标平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小 B0.5 T一带电量 q0.2 C、质量 m0.4 kg 的小球由长 L0.4 m 的细线悬挂于 P 点，小球可视为质点现将小球拉至水平位置A无初速度释放，小球运动到悬点 P 正下方的坐标原点 O 时，悬线突然断裂，此后小球又恰好能通过 O 点正下方的 N 点(取 g10 m/s2)求：(1)小球运动到 O 点的速度大小；(2)悬线断裂前瞬间拉力的大小；(3)ON 间的距离图 227所谓复合场就是电场、磁场、重力场几个场同时存在于某一区域对这类问题：(1)要分析带电体的受力情况，因为有几个场的受力情况会比较复杂，要做到不添力、不漏力，并且分析在运动过程中，力是否会发生变化，尤其是洛伦兹力会随速度的变化而变化(2)要抓住各力做功的分析和能量转化的分析，再结合动能定理、能量守恒定律列方程求解2(2012 年珠海高三模拟)如图228所示，有位于竖直平面上的半径为 R 的圆形光滑绝缘轨道，其上半部分处于竖直向下、场强为 E 的匀强电场中，下半部分处于垂直水平面向里的匀强磁场中，质量为m、带正电且电荷量为 q 的小球，从轨道的水平直径的 M 端由静止释放，若小球在某一次通过最低点时对轨道的压力为零，求：(1)磁感应强度 B 的大小；(2)小球对轨道最低点的最大压力；(3)若要小球在圆形轨道内做完整的圆周运动，求小球从轨道的水平直径的 M 端下滑的最小速度图 228电磁感应中的能量问题【例3】如图 229 甲所示，倾斜放置的光滑平行导轨，长度足够长，宽度 L0.4 m，自身电阻不计，上端接有 R0.3的定值电阻在导轨间 MN 虚线以下的区域存在方向垂直导轨平面向上、磁感应强度 B0.5 T 的匀强磁场在 MN 虚线上方垂直导轨放有一根电阻 r0.1 的金属棒现将金属棒无初速度释放，其运动时的 vt 图象如图乙所示，取 g10 m/s2.试求：图229(1)斜面的倾角和金属棒的质量 m.(2)在 25 s 时间内金属棒动能减少了多少？此过程中整个回路产生的热量 Q 是多少(结果保留一位小数)?解：(1)在 02 s 时间内，金属棒受力如图11所示，图 11合力 F合mgsin根据牛顿第二定律 F合ma 得agsin电磁感应产生感应电流则产生了电能，从能的角度分析肯定有其他形式的能转化为电能，从力的角度，产生的感应电流在磁场中受到安培力，安培力做负功这类题往往还综合产生的感应电流通过某导体棒，产生安培力，此时安培力做正功，又把电能转化为机械能，如果有电流通过电阻还有内能产生我们抓住能量的转化，分析是什么能转化为什么能，就可从守恒角度列方程3(2012 年深圳二模)如图 2210所示，两根半径为 r光滑的四分之一圆弧轨道间距为 L，电阻不计，在其上端连有一阻值为R0的电阻，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为 B.现有一根长度稍大于L、质量为m、电阻为R的金属棒从轨道的顶端 PQ 处开始下滑，到达轨道底端MN时对轨道的压力为 2mg，求：(1)金属棒到达最低点时电阻 R0 两端的电压；(2)金属棒下滑过程中 R0 产生的热量；(3)金属棒下滑过程中通过 R0 的电量图 2210功和能在电磁学中的应用，在思路方法上与功和能在力学中的应用一样，都是要分析力，分析物体的运动过程，看过程中有哪些力做功，有哪些能量形式的转化，搞清楚能量的来源与去向，再根据动能定理、功能关系、能的转化与守恒定律列方程求解在知识上，电场方面主要是电场的基本性质、电场强度、电势、电势能以及电场力做功等；磁场方面，主要是安培力、洛伦兹力、安培力做功与能的转化关系、洛伦兹力不做功以及电磁感应中的能量转化等