高考物理-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
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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
应用能量观点解决力电综合问题 电场中的功能关系 【典例1】 (多选)(2018·全国卷Ⅰ，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2 V。一电子经过a时的动能为10 eV，从 a到d的过程中克服电场力所做的功为6 eV。下列说法正确的是( )
图1
大家好
1
第2讲 动量观点和能量观点在电磁学中的应用
网络构建
备考策略
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。
根据动能定理有 W－W 安＝12mv2ab－0， 得 1.0 s 内克服安培力做功 W 安＝(16－12×0.1×82) J＝12.8 J 回路中产生的焦耳热 Q＝W 安＝12.8 J cd 棒上产生的焦耳热 Qcd＝Q2 ＝6.4 J。 答案 (1)Icd＝0.5t(A) (2)vab＝8t(m/s) (3)0.25 C (4)6.4 J
1.动能定理在力学和电场中应用时的“三同一异”
2.Baidu Nhomakorabea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( )
(3)ab棒的加速度为a＝8 m/s2， 1.0 s 内的位移为 x＝12at2＝12×8×1.02 m＝4 m
－
根据－I＝RE总＝RΔΦ总t＝BR1总Ltx 得 q＝－It＝BR1L总x＝0.5×81×4 C＝0.25 C。
(4)t＝1.0 s 时，ab 棒的速度，vab＝8t(m/s)＝8 m/s，
A.平面c上的电势为零 B.该电子可能到达不了平面f C.该电子经过平面d时，其电势能为4 eV D.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍
解析 电子在等势面 b 时的电势能为 E＝qφ＝－2 eV，电子由 a 到 d 的过程电场力做负 功，电势能增加 6 eV，由于相邻两等势面之间的距离相等，故相邻两等势面之间的电 势差相等，则电子由 a 到 b、由 b 到 c、由 c 到 d、由 d 到 f 电势能均增加 2 eV，则电 子在等势面 c 的电势能为零，等势面 c 的电势为零，A 正确；由以上分析可知，电子在 等势面 d 的电势能应为 2 eV，C 错误；电子在等势面 b 的动能为 8 eV，电子在等势面 d 的动能为 4 eV，由公式 Ek＝12mv2 可知，该电子经过平面 b 时的速率为经过平面 d 时 速率的 2倍，D 错误；如果电子的速度与等势面不垂直，则电子在该匀强电场中做曲 线运动，所以电子可能到达不了平面 f 就返回平面 a，B 正确。 答案 AB
图2
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50 J D.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50 J，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
解析 (1)由题意知cd棒受力平衡，则 F＋Fcd＝mgsin 37° 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。
能量观点在电磁场中的应用 【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θ，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100 J，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( )
动力学观点和能量观点在电磁感应中的应用
【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＝1 m，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＝0.5 T。ab和cd是质 量均为m＝0.1 kg、电阻均为R＝4 Ω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。 (sin 37°＝0.6，g取10 m/s2)
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，1.0 s内通过ab棒的电荷量q； (4)若t＝0时刻起，1.0 s内作用在ab棒上的外力做功为W＝16 J，求这段时间内cd棒产生 的焦耳热Qcd。
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
应用能量观点解决力电综合问题 电场中的功能关系 【典例1】 (多选)(2018·全国卷Ⅰ，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2 V。一电子经过a时的动能为10 eV，从 a到d的过程中克服电场力所做的功为6 eV。下列说法正确的是( )
图1
大家好
1
第2讲 动量观点和能量观点在电磁学中的应用
网络构建
备考策略
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。
根据动能定理有 W－W 安＝12mv2ab－0， 得 1.0 s 内克服安培力做功 W 安＝(16－12×0.1×82) J＝12.8 J 回路中产生的焦耳热 Q＝W 安＝12.8 J cd 棒上产生的焦耳热 Qcd＝Q2 ＝6.4 J。 答案 (1)Icd＝0.5t(A) (2)vab＝8t(m/s) (3)0.25 C (4)6.4 J
1.动能定理在力学和电场中应用时的“三同一异”
2.Baidu Nhomakorabea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( )
(3)ab棒的加速度为a＝8 m/s2， 1.0 s 内的位移为 x＝12at2＝12×8×1.02 m＝4 m
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根据－I＝RE总＝RΔΦ总t＝BR1总Ltx 得 q＝－It＝BR1L总x＝0.5×81×4 C＝0.25 C。
(4)t＝1.0 s 时，ab 棒的速度，vab＝8t(m/s)＝8 m/s，
A.平面c上的电势为零 B.该电子可能到达不了平面f C.该电子经过平面d时，其电势能为4 eV D.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍
解析 电子在等势面 b 时的电势能为 E＝qφ＝－2 eV，电子由 a 到 d 的过程电场力做负 功，电势能增加 6 eV，由于相邻两等势面之间的距离相等，故相邻两等势面之间的电 势差相等，则电子由 a 到 b、由 b 到 c、由 c 到 d、由 d 到 f 电势能均增加 2 eV，则电 子在等势面 c 的电势能为零，等势面 c 的电势为零，A 正确；由以上分析可知，电子在 等势面 d 的电势能应为 2 eV，C 错误；电子在等势面 b 的动能为 8 eV，电子在等势面 d 的动能为 4 eV，由公式 Ek＝12mv2 可知，该电子经过平面 b 时的速率为经过平面 d 时 速率的 2倍，D 错误；如果电子的速度与等势面不垂直，则电子在该匀强电场中做曲 线运动，所以电子可能到达不了平面 f 就返回平面 a，B 正确。 答案 AB
图2
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50 J D.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50 J，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
解析 (1)由题意知cd棒受力平衡，则 F＋Fcd＝mgsin 37° 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。
能量观点在电磁场中的应用 【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θ，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100 J，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( )
动力学观点和能量观点在电磁感应中的应用
【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＝1 m，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＝0.5 T。ab和cd是质 量均为m＝0.1 kg、电阻均为R＝4 Ω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。 (sin 37°＝0.6，g取10 m/s2)
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，1.0 s内通过ab棒的电荷量q； (4)若t＝0时刻起，1.0 s内作用在ab棒上的外力做功为W＝16 J，求这段时间内cd棒产生 的焦耳热Qcd。