2019届高考物理二轮专题复习专题四能量和动量第2讲功能关系在电学中的应用课件

端 D 点时对轨道的压力为 37.8 N,方向竖直向下. 答案:(1)37.8 N,方向竖直向下
(2)小物块与长木板间的动摩擦因数μ .
解析:小物块受到的电场力为
F=qE=1×10-3× 1 ×104 N= 10 N,
3
3
物块在木板上运动过程中由动能定理得
μ(mg-F)L=
1 2
m
vD2
-0,
解得μ=0.3.
2 能ΔE=W1-W 弹= 1 mv2+W2,D 错误.
2
【预测练 2】 (2018·成都模拟)(多选)如图所示,绝缘中空轨道竖直固定,圆弧段 COD 光滑,对应圆 心角为 120°,C,D 两端等高,O 为最低点,圆弧圆心为 O′,半径为 R;直线段 AC,HD 粗糙,与圆弧段分 别在 C,D 端相切;整个装置处于方向垂直于轨道所在平面向里、磁感应强度为 B 的匀强磁场中,在竖 直虚线 MC 左侧和 ND 右侧还分别存在着场强大小相等、方向水平向右和向左的匀强电场.现有一质 量为 m、电荷量为 q、直径略小于轨道内径、可视为质点的带正电小球,从轨道内距 C 点足够远的 P
二定律得μmg=Ma,由速度位移公式得 v2=2ax′,联立两式得 x′≈0.78 m.
答案:见解析
规律总结 1.功能关系在力学和电学中应用时的“三同一异”
2.带电粒子在复合场中的运动问题是典型的力电综合问题,一般要从受力、运动、 功能的角度来分析;此类问题所涉及的力有重力、电场力、磁场力、弹力、摩擦 力等,涉及的运动形式有匀速直线运动、变速直线运动、曲线运动等.
定律得 mvD=(m+M)v,解得 v= 5 m/s;设物块相对于木板的距离为 x,根据能量守恒定律可得μ 4
mgx= 1 2
m
vD2
-
1 2
(m+M)v2,解得
x=3.125
m<L,所以小物块不能从长木板左端滑出.设木板运动的
加速度为 a,小物块与木板刚保持相对静止时,木板右端与 D 点的距离为 x′;对木板,由牛顿第
点由静止释放.若 PC =L,小球所受电场力等于其重力的 3 倍,重力加速度为 g.则( AD ) 3
A.小球第一次沿轨道 AC 下滑的过程中,可能先做加速度减小的加速运动,后做匀速运动
B.小球在轨道内受到的摩擦力可能大于 2 3 mg 3
C.经足够长时间,小球克服摩擦力做的总功是 4 3 mgL 3
答案:0.3
【拓展变式】 在“典例1”的情景中,若木板未被固定,且撤掉电场,仍将滑块在A点以 v0=2 m/s的初速度水平抛出,试通过计算说明小物块能否从长木板左端滑出?若能,则 求出小物块和木板的最终速度,若不能,则求出小物块与木板刚保持相对静止时,木板
右端与D点的距离.
解析:假设小物块不能滑出长木板,最后共同速度为 v,在物块滑上木板运动过程中,由动量守恒
小球所做的功为W1,小球克服重力所做的功为W2,小球离开弹簧时的速度为v.
不计空气阻力,则在上述过程中(
)
பைடு நூலகம்
BC
A.小球与弹簧组成的系统机械能守恒 B.小球的重力势能增加了 W2 C.小球的电势能减少了 W1
D.小球的机械能增加了 1 mv2+W2-W1 2
解析:小球向上运动到离开弹簧时,由于电场力做功,所以小球和弹簧组成的系统机械 能不守恒,A 错误;重力做功为 W2 且为负功,则重力势能应增加 W2,B 正确;电场力做正 功,所以电势能减小 W1,C 正确;对小球,由动能定理得 W1-W2-W 弹= 1 mv2,则增加的机械
mg2 ( 3 mg)2 2 3 mg,根据牛顿第二定律可知,小球做加速度减小的加速运动,当摩
3
3
擦力等于两个力的合力时,做匀速运动,故 A 正确;当小球的摩擦力与重力及电场力的合力相
等时,小球做匀速直线运动,小球在轨道内受到的摩擦力最大,则为 2 3 mg, 不可能大于 3
D.小球经过 O 点时,对轨道的弹力可能为 2mg-qB gR
解析:小球第一次沿轨道 AC 下滑的过程中,由题意可知,电场力与重力的合力方向恰好沿着 轨道 AC,则刚开始小球与管壁无作用力,当从静止运动后,洛伦兹力导致球对管壁有作用力, 从 而 使 小 球 受 滑 动 摩 擦 力 且 增 大 , 而 重 力 与 电 场 力 的 合 力 大 小 为 F=
3 木板下表面与水平地面之间光滑,木板长度 L= 25 m,圆弧轨道的半径为 R=0.9 m,C 点和圆弧的
4 圆心连线与竖直方向的夹角θ =60°,不计空气阻力,g 取 10 m/s2.求:
(1)小物块到达圆弧轨道末端D点时对轨道的压力;
解析:(1)设物块滑到 C 点的速度大小为 vC.物块从 A 到 C 过程做平抛运动,由于物块到达
C 点时速度沿圆弧轨道切线方向,则有 vCcos
θ=v0;解得 vC= v0 cos
=
2 cos 60
m/s=4 m/s,
物块从 C 到 D,由动能定理得 mgR(1-cos
60°)= 1 2
m
vD
2
-
1 2
m vC2
由牛顿第二定律得 FN-
mg=m vD2 代入数据,解得 vD=5 m/s,FN=37.8 N;由牛顿第三定律,小物块刚到达圆弧轨道末 R
【预测练1】 (2018·江西师范大学附中高三测试)(多选)如图所示,绝缘的轻 质弹簧竖直立于水平地面上,上面放一质量为m的带正电小球(小球与弹簧不
拴接),整个系统处在方向竖直向上的匀强电场中.开始时,整个系统处于静止
状态,现施加一外力F,将小球向下压至某一位置,然后撤去外力,使小球从静
止开始向上运动.设小球从静止开始向上运动到离开弹簧的过程中,电场力对
第2讲 功能关系在电学中的应用
考向一 动力学观点和能量观点解决电磁场问题
【典例 1】 (2018·江西模拟)如图所示,有一个可视为质点带正电的小物块其质量为 m=1 kg, 电荷量 q=1×10-3 C,从光滑平台上的 A 点以 v0=2 m/s 的初速度水平抛出,到达 C 点时,恰好沿 C 点的切线方向进入固定在水平地面上的光滑圆弧轨道,最后小物块滑上紧靠轨道末端 D 点的质 量为 M=3 kg 的被固定住的长木板,最终恰停在木板的最左端.已知虚线 OD 左侧存在竖直向上 的匀强电场,场强大小 E= 1 ×104 V/m,木板上表面与圆弧轨道末端切线相平,木板上表面粗糙,