高考物理一輪復(fù)習(xí) 第1部分 專題2 第2講 能量觀點(diǎn)在電磁學(xué)中的應(yīng)用課件

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1、第第2 2講講能量觀點(diǎn)在電磁學(xué)中的應(yīng)用能量觀點(diǎn)在電磁學(xué)中的應(yīng)用1(2011 年四川卷)如圖 221 所示，間距 l0.3 m 的平行金屬導(dǎo)軌a1b1c1和 a2b2c2分別固定在兩個(gè)豎直面內(nèi)，在水平面 a1b1b2a2區(qū)域內(nèi)和傾角37的斜面 c1b1b2c2區(qū)域內(nèi)分別有磁感應(yīng)強(qiáng)度 B10.4 T、方向豎直向上和 B21 T、方向垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)電阻 R0.3 、質(zhì)量 m10.1 kg、長(zhǎng)為c的相同導(dǎo)體桿 K、S、Q 分別放置在導(dǎo)軌上，S 桿的兩端固定在 b1、b2圖 221點(diǎn)，K、Q 桿可沿導(dǎo)軌無(wú)摩擦滑動(dòng)且始終接觸良好一端系于 K 桿中點(diǎn)的輕繩平行于導(dǎo)軌繞過(guò)輕質(zhì)定滑輪自然下垂，繩上穿有

2、質(zhì)量 m20.05 kg 的小環(huán)已知小環(huán)以 a6 m/s2 的加速度沿繩下滑，K 桿保持靜止，Q 桿在垂直于桿且沿斜面向下的拉力 F 作用下勻速運(yùn)動(dòng)不計(jì)導(dǎo)軌電阻和滑輪摩擦，繩不可伸長(zhǎng)取 g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.求：(1)小環(huán)所受摩擦力的大小；(2)Q 桿所受拉力的瞬時(shí)功率2(2011 年北京卷)利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)，可以將比荷不同的離子分開，這種方法在化學(xué)分析和原子核技術(shù)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用如圖 222 所示的矩形區(qū)域 ACDG(AC 邊足夠長(zhǎng))中存在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，A 處有一夾縫離子源產(chǎn)生的離子，經(jīng)靜電場(chǎng)加速后穿過(guò)夾縫沿垂直于 GA 邊且垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁

3、場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)到 GA 邊，被相應(yīng)的收集器收集，整個(gè)裝置內(nèi)部為真空?qǐng)D 222 已知被加速的兩種正離子的質(zhì)量分別是 m1 和 m2(m1m2)，電荷量均為 q.加速電場(chǎng)的電勢(shì)差為 U，離子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的初速度可以忽略，不計(jì)重力，也不考慮離子間的相互作用(1)求質(zhì)量為 m1 的離子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率 v1；(2)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為 B 時(shí)，求兩種離子在 GA 邊落點(diǎn)的間距 s；(3)在前面的討論中忽略了夾縫寬度的影響，實(shí)際裝置中夾縫具有一定寬度若夾縫過(guò)寬，可能使兩束離子在 GA 邊上的落點(diǎn)區(qū)域交疊，導(dǎo)致兩種離子無(wú)法完全分離設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可調(diào)，GA 邊長(zhǎng)為定值 L，夾縫寬度為d，夾縫右邊緣在 A 處；離子

4、可以從夾縫各處射入磁場(chǎng)，入射方向仍垂直于 GA 邊且垂直于磁場(chǎng)為保證上述兩種離子能落在 GA 邊上并被完全分離，求夾縫的最大寬度3(2011 年天津卷)如圖 223 所示，兩根足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌 MN、PQ 間距離為 l0.5 m，其電阻不計(jì)，兩導(dǎo)軌及其構(gòu)成的平面均與水平面成 30角完全相同的兩金屬棒 ab、cd 分別垂直導(dǎo)軌放置，每棒兩端都與導(dǎo)軌始終有良好接觸，已知兩棒質(zhì)量均為m0.02 kg，電阻均為R0.1，整個(gè)裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B0.2 T，棒 ab在平行于導(dǎo)軌向上的力 F 作用下，沿導(dǎo)軌向上勻速運(yùn)動(dòng)，而棒 cd 恰好能夠保持靜止取 g10 m/

5、s2，問(wèn)：圖 223(1)通過(guò)棒 cd 的電流 I 是多少，方向如何？(2)棒 ab 受到的力 F 多大？(3)棒 cd 每產(chǎn)生 Q0.1 J 的熱量，力 F 做的功 W 是多少？棒 cd 在共點(diǎn)力作用下平衡，則Fcdmgsin 30代入數(shù)據(jù)得 I1 A根據(jù)楞次定律可知，棒 cd 中的電流方向由 d 至c(2)棒ab 與棒 cd 受到的安培力大小相等FabFca對(duì)棒 ab，由共點(diǎn)力平衡知Fmgsin 30IlB代入數(shù)據(jù)解得 F0.2 N解：(1)棒cd 受到的安培力FcdIlB4(2009 年廣東卷)如圖 224 所示，在一個(gè)粗糙水平面上，彼此靠近地放置兩個(gè)帶同種電荷的小物塊，由靜止釋放后，兩

6、個(gè)物塊向相反方向運(yùn)動(dòng)，并最終停止，在物塊的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，下列表述正確的是()A兩個(gè)物塊的電勢(shì)能逐漸減少B物塊受到的庫(kù)侖力不做功C兩個(gè)物塊的機(jī)械能守恒D物塊受到的摩擦力始終小于其受到的庫(kù)侖力圖 224解析：在遠(yuǎn)離過(guò)程中，電場(chǎng)力做正功，則電勢(shì)能逐漸減少，A 正確，B 錯(cuò)誤；由于運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，有重力以外的電場(chǎng)力和摩擦力做功，故機(jī)械能不守恒，C 錯(cuò)誤；在遠(yuǎn)離過(guò)程中開始電場(chǎng)力大于摩擦力，物塊才能加速離開，后來(lái)電場(chǎng)力小于摩擦力，才能減速到停止，故 D 錯(cuò)誤答案：A5(2009 年廣東卷)如圖 225 所示，絕緣長(zhǎng)方體 B 置于水平面上，兩端固定一對(duì)平行帶電極板，極板間形成勻強(qiáng)電場(chǎng)E，長(zhǎng)方體 B 的上表面光滑，

7、下表面與水平面的動(dòng)摩擦因數(shù)0.05(設(shè)最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相同)，B 與極板的總質(zhì)量mB1.0 kg.帶正電的小滑塊 A 質(zhì)量 mA0.6 kg，其受到的電場(chǎng)力大小 F1.2 N假設(shè) A 所帶的電量不影響極板間的電場(chǎng)分布t0 時(shí)刻，小滑塊 A 從 B 表面上的 a 點(diǎn)以相對(duì)地面的速度 vA 1.6 m/s 向左運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，B(連同極板)以相對(duì)地面的速度 vB0.40 m/s 向右運(yùn)動(dòng)問(wèn)(g 取10 m/s2)：圖 225(1)A 和 B 剛開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小分別為多少？(2)若 A 最遠(yuǎn)能到達(dá) b 點(diǎn)，a、b 的距離 L 應(yīng)為多少？從t0 時(shí)刻到 A 運(yùn)動(dòng)到 b 點(diǎn)時(shí)，摩擦力對(duì) B 做

8、的功為多少？解：(1)長(zhǎng)方體 B 所受的摩擦力為f(mAmB)g0.8 N設(shè)A 和B 剛開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小分別為aA 和aB，則FmAaA，得到 aA2 m/s2FfmBaB，得到 aB2 m/s2能量在電磁學(xué)中的應(yīng)用在近幾年的高考中都有，考題形式上選擇題和計(jì)算題都有計(jì)算題，往往要結(jié)合運(yùn)動(dòng)分析、受力分析等列方程綜合求解，難度比較大從內(nèi)容上一般考向?yàn)椋?1)帶電體在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做功，電勢(shì)能變化(2)電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題，電磁感應(yīng)中其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能表現(xiàn)為安培力做負(fù)功，而電動(dòng)機(jī)原理中安培力做正功電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能(3)復(fù)合場(chǎng)中，重力勢(shì)能、動(dòng)能、電勢(shì)能之間的相互轉(zhuǎn)化磁場(chǎng) B.現(xiàn)有一

9、質(zhì)量 m0.01 kg，帶電荷量 q10-5帶電體在電場(chǎng)力作用下的能量轉(zhuǎn)化【例 1】(2011 年廣東實(shí)驗(yàn)中學(xué)模擬)如圖 226 所示，高h(yuǎn)0.8 m 的絕緣水平桌面上方的區(qū)域中存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng) E的方向與區(qū)域的某一邊界平行，區(qū)域中存在垂直于紙面的勻強(qiáng)C 的小球從 A點(diǎn)以 v04 m/s 的初速度水平向右運(yùn)動(dòng)，勻速通過(guò)區(qū)域后落在水平地面上的 B點(diǎn)，已知：小球與水平桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.1，L1 m，h0.8 m，x0.8 m，取 g10 m/s2.試求：圖 226(1)小球在區(qū)域中的速度；(2)區(qū)域中磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的大小及方向；(3)區(qū)域中電場(chǎng)強(qiáng)度 E 的大小及方向(2)由于小球在磁場(chǎng)中做

10、勻速運(yùn)動(dòng)，所以小球不可能受摩擦力作用，也就不受桌面的彈力(支持力)作用，只能受重力和洛倫茲力作用，且fmg又 fqvB聯(lián)立解得：B5.0103 T由左手定則可判斷磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的方向垂直紙面向里(3)由于 vv0，所以小球在電場(chǎng)中做減速運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)方向有兩種可能：對(duì)帶電體在電場(chǎng)力作用下的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題，第一、要分析清電場(chǎng)力對(duì)帶電體做功的情況，如果做正功則電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，做負(fù)功則其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能；第二、計(jì)算電場(chǎng)力做功時(shí)有兩種方法，其一是：W電F電scos qEscos (適應(yīng)勻強(qiáng)電場(chǎng)中)；其二是：W電qU(勻強(qiáng)、非勻強(qiáng)電場(chǎng)都可用)1(2011 年潮陽(yáng)一中模擬)如圖 227 所示，一

11、帶電粒子從 P 點(diǎn)以初速度 v 射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，僅受電場(chǎng)力的作用，則)可能的運(yùn)動(dòng)軌跡及電勢(shì)能的變化情況是(圖 227A軌跡 a 且電勢(shì)能一直變大B軌跡 b 且電勢(shì)能變小C軌跡 c 且電勢(shì)能變小D軌跡 d 且電勢(shì)能變大解析：軌跡如果為 a 則電場(chǎng)力方向向左，電場(chǎng)力先做負(fù)功再做正功，電勢(shì)能先增大后減小，A 項(xiàng)錯(cuò)；軌跡如果為 b則不受電場(chǎng)力，B 項(xiàng)錯(cuò)；如果粒子帶正電，則電場(chǎng)力方向向右，軌跡為 c，但 d 不可能，若軌跡為 d 電場(chǎng)力方向向下，所以 D 項(xiàng)錯(cuò)，軌跡為 c 電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小，C 項(xiàng)正確答案：C復(fù)合場(chǎng)中的能量問(wèn)題【例 2】(2011 年從化中學(xué)三模)如圖 228 所示，豎直平面 xO

12、y 內(nèi)存在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小 E10 N/C，在 y0 的區(qū)域內(nèi)還存在垂直于坐標(biāo)平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小 B0.5 T一帶電量 q0.2 C、質(zhì)量 m0.4 kg的小球由長(zhǎng) L0.4 m 的細(xì)線懸掛于 P 點(diǎn)，小球可視為質(zhì)點(diǎn)現(xiàn)將小球拉至水平位置 A 無(wú)初速釋放，小球運(yùn)動(dòng)到懸點(diǎn) P 正下方的坐標(biāo)原點(diǎn) O 時(shí)，懸線突然斷裂，此后小球又恰好能通過(guò) O 點(diǎn)正下方的 N 點(diǎn)(g10 m/s2)求： 圖 228(1)小球運(yùn)動(dòng)到 O 點(diǎn)的速度大?。?2)懸線斷裂前瞬間拉力的大??；(3)ON 間的距離所謂復(fù)合場(chǎng)就是電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)幾個(gè)場(chǎng)同時(shí)存在于某一區(qū)域?qū)@類問(wèn)題：(1)要分析帶電體的受

13、力情況，因?yàn)橛袔讉€(gè)場(chǎng)的受力情況會(huì)比較復(fù)雜，要做到不添力，不漏力，并且分析在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，力是否會(huì)發(fā)生變化，尤其是洛倫茲力會(huì)隨速度的變化而變化(2)要抓住各力做功的分析和能量轉(zhuǎn)化的分析，再結(jié)合動(dòng)能定理、能量守恒定律列方程求解2(珠海 2012 屆高三摸底)如圖 229 所示，有位于豎直平面上的半徑為 R 的圓形光滑絕緣軌道，其上半部分處于豎直向下、場(chǎng)強(qiáng)為 E 的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，下半部分處于垂直水平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中；質(zhì)量為 m、帶正電且電荷量為 q 的小球，從軌道的水平直徑的 M 端由靜止釋放，若小球在某一次通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力為零，求：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的大?。?2)小球?qū)壍雷畹忘c(diǎn)的最大壓

14、力；圖 229(3)若要小球在圓形軌道內(nèi)做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，求小球從軌道的水平直徑的 M 端下滑的最小速度電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題【例 3】(2011 年佛山一模)如圖 2210 甲所示，傾斜放置的光滑平行導(dǎo)軌，長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)，寬度 L0.4 m，自身電阻不計(jì)，上端接有 R0.3 的定值電阻在導(dǎo)軌間 MN 虛線以下的區(qū)域存在方向垂直導(dǎo)軌平面向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度 B0.5 T 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)在MN 虛線上方垂直導(dǎo)軌放有一根電阻 r0.1 的金屬棒現(xiàn)將金屬棒無(wú)初速釋放，其運(yùn)動(dòng)時(shí)的 vt 圖象如圖 2210 乙所示，重力加速度取 g10 m/s2.試求：圖 2210(1)斜面的傾角和金屬棒的質(zhì)量 m；(2)在 2 s

15、5 s 時(shí)間內(nèi)金屬棒動(dòng)能減少了多少？此過(guò)程中整個(gè)回路產(chǎn)生的熱量 Q 是多少(結(jié)果保留一位小數(shù))?力 F合mgsin 圖 12解：(1)在 02 s 時(shí)間內(nèi)，金屬棒受力如圖 12 所示，合電磁感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電流則產(chǎn)生了電能，從能的角度分析肯定有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，從力的角度，產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中有安培力，安培力做負(fù)功這類題往往還綜合產(chǎn)生的感應(yīng)電流通過(guò)某導(dǎo)體棒，產(chǎn)生安培力，此時(shí)安培力做正功，又把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如果有電流通過(guò)電阻還有內(nèi)能產(chǎn)生我們抓住能量的轉(zhuǎn)化，分析是什么能轉(zhuǎn)化為什么能，就可從守恒角度列方程如例題中，棒的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為棒的動(dòng)能和電路中的內(nèi)能3(2011 年揭陽(yáng)二模)如圖 221

16、1 所示，MN、PQ 兩平行光滑水平導(dǎo)軌分別與半徑 r0.5 m 的相同豎直半圓導(dǎo)軌在 N、Q端平滑連接，M、P 端連接定值電阻 R，質(zhì)量 M2 kg 的 cd 絕緣桿垂直靜止在水平導(dǎo)軌上，在其右側(cè)至 N、Q 端的區(qū)域內(nèi)充滿豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)現(xiàn)有質(zhì)量 m1 kg 的 ab 金屬桿以初速度 v012 m/s水平向右與 cd 絕緣桿發(fā)生正碰后，進(jìn)入磁場(chǎng)并最終未滑出，cd 絕緣桿則恰好能通過(guò)半圓導(dǎo)軌最高點(diǎn)，不計(jì)其他電阻和摩擦, ab金屬桿始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，取g10 m/s2，求：圖 2211(1)cd 絕緣桿通過(guò)半圓導(dǎo)軌最高點(diǎn)時(shí)的速度大小 v；(2)電阻 R 產(chǎn)生的焦耳熱 Q.功和能在電磁學(xué)中的應(yīng)用，在思路方法上與功和能在力學(xué)中的應(yīng)用一樣，都是要分析力，分析物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，看過(guò)程中有哪些力做功，有哪些能量形式的轉(zhuǎn)化，搞清楚能量的來(lái)源與去向，再根據(jù)動(dòng)能定理、功能關(guān)系、能的轉(zhuǎn)化與守恒定律列方程求解在知識(shí)上，電場(chǎng)方面主要是電場(chǎng)的基本性質(zhì)、電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、電勢(shì)能以及電場(chǎng)力做功等；磁場(chǎng)方面，主要是安培力、洛倫茲力、安培力做功與能的轉(zhuǎn)化關(guān)系、洛倫茲力不做功以及電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化等