2019届高考物理二轮专题复习 专题二 力与直线运动 第2讲 牛顿运动定律在电学中的应用课件.ppt

第2讲牛顿运动定律在电学中的应用 考向一牛顿运动定律在电场中的应用 典例1 2017 全国 卷 25 真空中存在电场强度大小为E1的匀强电场 一带电油滴在该电场中竖直向上做匀速直线运动 速度大小为v0 在油滴处于位置A时 将电场强度的大小突然增大到某值 但保持其方向不变 持续一段时间t1后 又突然将电场反向 但保持其大小不变 再持续同样一段时间后 油滴运动到B点 重力加速度大小为g 1 求油滴运动到B点时的速度 解析 1 设油滴质量和电荷量分别为m和q 油滴速度方向向上为正 油滴在电场强度大小为E1的匀强电场中做匀速直线运动 故匀强电场方向向上 在t 0时 电场强度突然从E1增加至E2时 油滴做竖直向上的匀加速运动 加速度方向向上 大小a1满足qE2 mg ma1 油滴在时刻t1的速度为v1 v0 a1t1 电场强度在时刻t1突然反向 油滴做匀变速运动 加速度方向向下 大小a2满足qE2 mg ma2 油滴在时刻t2 2t1的速度为v2 v1 a2t1 由 式得v2 v0 2gt1 答案 1 v0 2gt1 2 求增大后的电场强度的大小 为保证后来的电场强度比原来的大 试给出相应的t1和v0应满足的条件 已知不存在电场时 油滴以初速度v0做竖直上抛运动的最大高度恰好等于B A两点间距离的两倍 答案 2 见解析 牛顿运动定律解决电场中的直线运动问题的分析方法 规律总结 预测练1 2018 江苏苏州高新区一中检测 多选 如图 甲 所示 平行金属板中央有一个静止的电子 不计重力 两板间距离足够大 当两板间加上如图 乙 所示的电压后 图中反映电子速度v 位移x和加速度a三个物理量随时间t的变化规律可能正确的是 AD 预测练2 2018 雅安模拟 如图所示 光滑绝缘水平面上方存在电场强度大小为E 方向水平向右的匀强电场 某时刻将质量为m 带电荷量为 q的小金属块从A点由静止释放 经时间t到达B点 此时电场突然反向且增强为某恒定值 又经过时间t小金属块回到A点 小金属块在运动过程中电荷量保持不变 求 1 A B两点间的距离 2 电场反向后匀强电场的电场强度大小 答案 2 3E 考向二牛顿运动定律在磁场中的应用 典例2 2018 南昌模拟 根据磁场会对载流导体产生作用力的原理 人们研究出一种新型的发射炮弹的装置 电磁炮 其原理简化为 水平放置的两个导轨相互平行 相距d 1m 处于竖直向上的匀强磁场中 一质量为m 2kg的金属棒垂直于导轨上 与导轨间的动摩擦因数 0 1 当金属棒中的电流为I1 4A时 金属棒做匀速运动 取g 10m s2 求 1 匀强磁场磁感应强度的大小 2 当金属棒的电流I2 6A时 金属棒的加速度大小 3 保持金属棒中的电流I2 6A不变 若导轨的长度L 16m 金属棒滑离导轨的速度大小 解析 1 金属棒匀速运动时 受到的安培力和摩擦力平衡 有F安 f 即为BI1d mg 代入数据解得B 0 5T 2 由牛顿第二定律有F安 f ma 即为BI2d mg ma 代入数据解得a 0 5m s2 3 设棒离开导轨时速度为v 有v2 2aL代入数据解得v 4m s 答案 1 0 5T 2 0 5m s2 3 4m s 规律总结 1 安培力涉及三维空间 要变三维为二维 如画侧视图 剖面图或俯视图等 其中安培力的方向要注意F安 B F安 I 2 对于磁场内的动力学问题 要特别注意洛伦兹力的特性 因F洛 qvB 则速度v的变化影响受力 受力的变化又反过来影响运动 3 带电微粒在电场力 重力和洛伦兹力共同作用下的直线运动只能是匀速直线运动 预测练3 2018 河南模拟 多选 如图所示 空间有一垂直纸面向外的磁感应强度为0 5T的匀强磁场 一质量为M 0 2kg 且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上 在木板的左端无初速度放置一质量为m 0 1kg 电荷q 0 2C的滑块 滑块与绝缘木板之间动摩擦因数为 0 5 滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力 现对木板施加方向水平向左 大小为0 6N的恒力 g取10m s2 则以下说法中正确的是 A 木板和滑块一直做加速度为2m s2的匀加速运动B 滑块开始做匀加速运动 然后做加速度减小的加速运动 最后做匀速直线运动C 最终木板做加速度为2m s2的匀加速运动 滑块做速度为10m s的匀速运动D 最终木板做加速度为3m s2的匀加速运动 滑块做速度为10m s的匀速运动 BD 预测练4 2018 洛阳模拟 多选 如图 甲 所示 一带电物块无初速度地放在传送带的底端 传送带以恒定的速率顺时针传动 该装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中 物块由底端E运动至传送带顶端F的过程中 其v t图像如图 乙 所示 若物块全程运动的时间为4 5s 则下列判断正确的是 A 该物块带负电B 传送带的传送速度大小可能大于1m sC 若已知传送带的长度 可求出该过程中物块与传送带发生的相对位移D 在2 4 5s内 物块与传送带间仍可能有相对运动 BD 解析 由图 乙 可知 0 2s内物块做加速度逐渐减小的加速运动 物块的最大速度是1m s 开始时物块受到重力 支持力和摩擦力的作用 设动摩擦因数为 沿斜面的方向 FN mgsin ma 物块运动后 又受到洛伦兹力的作用 而加速度逐渐减小 说明FN逐渐减小 即洛伦兹力的方向指向左上方 由左手定则可知 物块带正电 故A错误 物块做匀速直线运动时 有mgsin mgcos f洛 由此可知 传送带的速度大于等于1m s 与物块最大速度无关 所以传送带的速度可能是1m s 有可能大于1m s 物块可能相对传送带静止 也可能相对传送带运动 故B D正确 由于传送带的速度不能确定 且4 5s内物块位移也不能求出 所以已知传送带的长度 也不能求出该过程中物块与传送带发生的相对位移 故C错误 考向三牛顿运动定律在电磁感应中的应用 典例3 2018 开封一模 如图所示 两足够长平行光滑的金属导轨MN PQ相距为L 1m 导轨平面与水平面夹角 30 导轨电阻不计 磁感应强度为B 1 0T的匀强磁场垂直导轨平面斜向下 金属棒ab垂直于MN PQ放置在导轨上 且始终与导轨接触良好 金属棒的质量为m 0 01kg 电阻不计 定值电阻R1 30 电阻箱电阻R2 120 电容器电容C 0 01F 取重力加速度g 10m s2 金属棒由静止释放 1 若在开关接1的情况下 求金属棒下滑的最大速度 2 若在开关接2的情况下 求经过时间t 2 0s时金属棒的速度 审题突破 答案 1 7 5m s 2 5m s 拓展变式 在 典例3 的情景中 开关接到2的情况下 求电容器极板上积累的电荷量Q随时间t变化的关系 答案 Q 0 025t 电磁感应中动力学问题的分析思路 规律总结 预测练5 2018 河南一模 多选 如图所示 一对平行光滑轨道水平放置 轨道间距L 0 20m 电阻R 10 有一质量为m 1kg的金属棒平放在轨道上 与两轨道垂直 金属棒及轨道的电阻皆可忽略不计 整个装置处于垂直轨道平面竖直向下的匀强磁场中 现用一拉力F沿轨道方向拉金属棒 使之做匀加速运动 力F与时间t的关系为F 0 1t 1 N 则下列说法正确的是 A 金属棒的加速度a 1m s2B 磁感应强度B 5TC 当F 3N时 电路消耗的电功率P 60WD 若外力F的最大值为5N 则金属棒运动所能达到的最大速度为40m s AB 预测练6 2018 厦门模拟 如图所示 足够长光滑的两平行金属导轨 间距为L 导轨平面与水平面成 角 定值电阻大小为R 导轨上停放着一根质量为m 电阻为r的金属杆CD 导轨电阻不计 整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中 磁场方向垂直导轨平面向上 现用一垂直于金属杆CD的外力F 沿导轨斜面向上拉金属杆 使之由静止开始沿导轨向上做加速度为a的匀加速直线运动 并开始计时 试求 1 推导外力F随时间t的变化关系 2 在时间t0内通过电阻的电荷量 3 若时间t0末 撤去拉力F 试分析并说明金属杆在撤力以后的速度 加速度的变化情况 答案 3 上升阶段 金属杆做加速度减小的减速运动 在下降阶段 金属杆先做加速度减小的加速运动 最后做匀速直线运动 备考跨越构网络练培优 网络构建 培优精练 培优练1 2018 广西一模 多选 如图所示 在一足够大的水平向右匀强电场中 有一光滑绝缘水平面 将质量分别为m M mF2D F1 F2 AC 培优练2 2018 邯郸校级模拟 多选 如图所示 两根长直导线竖直平行固定放置 且与水平放置的光滑绝缘杆MN分别交于c d两点 点O是cd的中点 杆MN上a b两点关于O点对称 两导线均通有大小相等 方向向上的电流 已知长直导线在周围某点产生磁场的磁感应强度与电流成正比 与该点到导线的距离成反比 一带正电的小球穿在杆上 以初速度v0从a点出发沿杆运动到b点 在a b O三点杆对小球的支持力大小分别为Fa Fb FO 下列说法可能正确的是 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 解析 根据安培定则可知 从a点出发沿绝缘杆运动到b点 aO间的磁场方向垂直于纸面向里 Ob间的磁场方向垂直于纸面向外 所以合磁场大小先减小 过O点后反向增大 根据左手定则可知 带正电的小球受到的洛伦兹力方向先向上 大小在减小 设小球质量为m 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点后洛伦兹力的方向向下 大小在增大 由此可知 小球在运动方向不受力的作用 则将做匀速直线运动 而小球对杆的压力一直在增大 即Fb Fa 选项A B C正确 D错误 培优练3 2018 湖北黄冈中学高三三模 多选 如图 甲 所示 AB CD是间距为L 1m的足够长的光滑平行金属导轨 导轨平面与水平面夹角为 在虚线下方的导轨平面内存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场 导轨电阻不计 长为1m的导体棒ab垂直AB CD放置在导轨上 导体棒电阻R 1 AB CD右侧连接一电路 已知灯泡L的规格是 3V3W 定值电阻R1 10 R2 15 在t 0时 将导体棒ab从某一高度由静止释放 导体棒的速度 时间图像如图 乙 所示 其中OP段是直线 PM段是曲线 若导体棒沿导轨下滑12 5m时 导体棒达到最大速度 并且此时灯泡L已正常发光 假设灯泡的电阻恒定不变 重力加速度g 10m s2 则下列说法正确的是 A 30 B 匀强磁场的磁感应强度大小B0为2TC 导体棒的质量为0 2kgD 从导体棒静止释放至速度达到最大的过程中 通过电阻R1的电荷量为1C AC