2019版高考物理二轮复习 专题二 动量与能量 第2讲 动量观点和能量观点在电磁学中的应用课件.ppt

第2讲动量观点和能量观点在电磁学中的应用 网络构建 1 若只有电场力做功 电势能与动能之和保持不变 2 若只有电场力和重力做功 电势能 重力势能 动能之和保持不变 3 洛伦兹力对运动电荷不做功 4 安培力可做正功 也可做负功 5 力学中的三大观点 动力学 动量 能量观点 仍是解决力电综合问题首选的方法 备考策略 典例1 多选 2018 全国卷 21 图1中虚线a b c d f代表匀强电场内间距相等的一组等势面 已知平面b上的电势为2V 一电子经过a时的动能为10eV 从a到d的过程中克服电场力所做的功为6eV 下列说法正确的是 图1 应用能量观点解决力电综合问题 电场中的功能关系 A 平面c上的电势为零B 该电子可能到达不了平面fC 该电子经过平面d时 其电势能为4eVD 该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍 答案AB 典例2 如图2所示 一带正电小球穿在一根绝缘粗糙直杆上 杆与水平方向夹角为 整个空间存在着竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场 先给小球一初速度 使小球沿杆向下运动 在A点时的动能为100J 在C点时动能减为零 D为AC的中点 那么带电小球在运动过程中 图2 能量观点在电磁场中的应用 A 到达C点后小球不可能沿杆向上运动B 小球在AD段克服摩擦力做的功与在DC段克服摩擦力做的功不等C 小球在D点时的动能为50JD 小球电势能的增加量等于重力势能的减少量 解析如果电场力大于重力 则速度减为零后小球可能沿杆向上运动 选项A错误 小球受重力 电场力 洛伦兹力 弹力和滑动摩擦力 由于F洛 qvB 故洛伦兹力减小 导致支持力和滑动摩擦力变化 故小球在AD段克服摩擦力做的功与在DC段克服摩擦力做的功不等 选项B正确 由于小球在AD段克服摩擦力做的功与在DC段克服摩擦力做的功不等 故小球在D点时的动能也就不一定为50J 选项C错误 该过程是小球的重力势能 电势能 动能和系统的内能之和守恒 故小球电势能的增加量不等于重力势能的减少量 选项D错误 答案B 典例3 2018 江西七校联考 如图3所示 两条光滑的金属导轨相距L 1m 其中MN段平行于PQ段 位于同一水平面内 NN0段与QQ0段平行 位于与水平面成倾角37 的斜面上 且MNN0与PQQ0均在竖直平面内 在水平导轨区域和倾斜导轨区域内分别有垂直于水平面和斜面的匀强磁场B1和B2 且B1 B2 0 5T ab和cd是质量均为m 0 1kg 电阻均为R 4 的两根金属棒 ab置于水平导轨上 cd置于倾斜导轨上 均与导轨垂直且接触良好 从t 0时刻起 ab棒在外力作用下由静止开始沿水平方向向右运动 ab棒始终在水平导轨上运动 且垂直于水平导轨 cd受到F 0 6 0 25t N 沿斜面向上的力的作用 始终处于静止状态 不计导轨的电阻 sin37 0 6 g取10m s2 动力学观点和能量观点在电磁感应中的应用 图3 1 求流过cd棒的电流Icd随时间t变化的函数关系 2 求ab棒在水平导轨上运动的速度vab随时间t变化的函数关系 3 求从t 0时刻起 1 0s内通过ab棒的电荷量q 4 若t 0时刻起 1 0s内作用在ab棒上的外力做功为W 16J 求这段时间内cd棒产生的焦耳热Qcd 解析 1 由题意知cd棒受力平衡 则F Fcd mgsin37 Fcd B2IcdL 得Icd 0 5t A 2 ab棒中电流Iab Icd 0 5t A 则回路中电源电动势E IcdR总ab棒切割磁感线 产生的感应电动势为E B1Lvab解得ab棒的速度vab 8t m s 所以 ab棒做初速度为零的匀加速直线运动 3 ab棒的加速度为a 8m s2 答案 1 Icd 0 5t A 2 vab 8t m s 3 0 25C 4 6 4J 1 动能定理在力学和电场中应用时的 三同一异 2 功能关系在力学和电磁感应中应用时的 三同三异 1 多选 2018 湖南十二校第二次联考 如图4所示 两个倾角分别为30 和60 的光滑斜面固定于水平地面上 并处于方向垂直纸面向里 磁感应强度为B的匀强磁场中 两个质量均为m 带电荷量为 q的滑块甲和乙分别从两个斜面顶端由静止释放 运动一段时间后 两滑块都将飞离斜面 此过程中 图4 A 甲滑块飞离斜面瞬间的速度比乙滑块飞离斜面瞬间的速度大B 甲滑块在斜面上运动的时间比乙滑块在斜面上运动的时间短C 甲滑块在斜面上运动的位移与乙滑块在斜面上运动的位移大小相同D 两滑块在斜面上运动的过程中 重力的平均功率相等 答案AD 2 2018 江南十校二模 如图5 EFPMN为光滑金属导轨 电阻不计 处于竖直平面内 其中FP倾斜 倾角为 EF FP PMN是半径为R的圆弧 圆弧与倾斜部分平滑连接于P点 N M分别为圆弧的竖直直径的两端点 还有一根与EFPMN完全相同的导轨E F P M N 两导轨平行放置 间距为L 沿垂直于导轨所在平面的方向看去 两导轨完全重合 过P点的竖直线右侧有垂直于FP向上的匀强磁场 磁感应强度大小为B 两根相同的金属棒ab cd 图中只画出了a端和c端 质量为m 电阻为r 分别从导轨FP和EF上某位置由静止释放 在以后的过程中 ab cd始终与导轨保持垂直且接触良好 轨道FP和EF足够长 题中所给的各个物理量均为已知 重力加速度为g 典例1 多选 2018 全国卷 21 如图6 一平行板电容器连接在直流电源上 电容器的极板水平 两微粒a b所带电荷量大小相等 符号相反 使它们分别静止于电容器的上 下极板附近 与极板距离相等 现同时释放a b 它们由静止开始运动 在随后的某时刻t a b经过电容器两极板间下半区域的同一水平面 a b间的相互作用和重力可忽略 下列说法正确的是 应用动量观点和能量观点解决力电综合问题 动量观点和能量观点在电磁场中的应用 图6A a的质量比b的大B 在t时刻 a的动能比b的大C 在t时刻 a和b的电势能相等D 在t时刻 a和b的动量大小相等 答案BD 典例2 2018 河北五名校联盟二模 如图7所示 MN PQ两平行光滑水平导轨分别与半径r 0 5m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 2kg的cd绝缘杆垂直且静止在水平导轨上 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 1kg的ab金属杆以初速度v0 12m s水平向右运动 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 不计除R以外的其他电阻和摩擦 ab金属杆始终与导轨垂直且接触良好 g取10m s2 不考虑cd杆通过半圆导轨最高点以后的运动 求 动量观点和能量观点在电磁感应中的应用 图7 1 cd绝缘杆恰好通过半圆导轨最高点时的速度大小v 2 电阻R产生的焦耳热Q 解得碰撞后ab金属杆的速度v1 2m s 解得Q 2J 1 克服安培力做了多少功 就有多少其他形式的能转化为电能 安培力做了多少功 就有多少电能转化为其他形式的能 2 若回路中电流恒定 可以利用W UIt或Q I2Rt直接进行电能计算 3 若电流变化 则根据能量守恒求解 2018 陕西西安市四模 如图8所示 将带电荷量Q 0 3C 质量m 0 3kg的滑块放在小车的水平绝缘板的右端 小车的质量M 0 5kg 滑块与绝缘板间的动摩擦因数 0 4 小车的绝缘板足够长 它们所在的空间存在磁感应强度B 20T的水平方向的匀强磁场 垂直于纸面向里 开始时小车静止在光滑水平面上 一摆长L 1 25m 质量m 0 15kg的摆球从水平位置由静止释放 摆球到最低点时与小车相撞 碰撞后摆球恰好静止 g取10m s2 求 图8 1 与小车碰撞前摆球到达最低点时对摆线的拉力 2 摆球与小车的碰撞过程中系统损失的机械能 E 3 碰撞后小车的最终速度 3 假设滑块与车最终相对静止 则有Mv1 M m v2 解得v2 0 9375m s 由此得F洛 Qv2B m g 故假设不成立 因此滑块最终悬浮 滑块悬浮瞬间 满足F洛 Qv2 B m g 解得v2 0 5m s 将滑块与小车看成一个系统 系统动量守恒 有Mv1 Mv m v2 解得v 1 2m s 方向水平向右 答案 1 4 5N方向竖直向下 2 1 31J 3 1 2m s方向水平向右