《2019年高考物理 考綱解讀與熱點(diǎn)難點(diǎn)突破 專題05 功能關(guān)系在電磁學(xué)中的應(yīng)用教學(xué)案.doc》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2019年高考物理 考綱解讀與熱點(diǎn)難點(diǎn)突破 專題05 功能關(guān)系在電磁學(xué)中的應(yīng)用教學(xué)案.doc(10頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
專題05 功能關(guān)系在電磁學(xué)中的應(yīng)用
【2019年高考考綱解讀】
(1)靜電力做功的特點(diǎn)
(2)動(dòng)能定理在電磁學(xué)中的應(yīng)用
(3)帶電體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)洛倫茲力不做功,機(jī)械能也可守恒
(4)功能關(guān)系、能量守恒在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的應(yīng)用
【命題趨勢(shì)】
高考常對(duì)電學(xué)問題中的功能關(guān)系進(jìn)行考查,特別是動(dòng)能定理的應(yīng)用.此類題目的特點(diǎn)是過程復(fù)雜、綜合性強(qiáng),主要考查學(xué)生綜合分析問題的能力.預(yù)計(jì)2016年高考此類題目仍會(huì)出現(xiàn).
【變式探究】如圖所示為某示波管內(nèi)的聚焦電場(chǎng),實(shí)線和虛線分別表示電場(chǎng)線和等勢(shì)線.兩電子分別從 a、b兩點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn),設(shè)電場(chǎng)力對(duì)兩電子做的功分別為Wa和Wb,a、b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小分別為Ea和Eb,則( )
A.Wa =Wb,Ea >Eb B.Wa≠Wb,Ea >Eb
C.Wa=Wb,Ea
Eb,故A對(duì),C錯(cuò).
【特別提醒】
處理此問題應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
①電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān),可運(yùn)用動(dòng)能定理對(duì)全程列式.
②在運(yùn)用動(dòng)能定理處理電學(xué)問題時(shí)應(yīng)注意運(yùn)動(dòng)過程的選取,特別應(yīng)注意電場(chǎng)力和摩擦力做功的特點(diǎn).
【變式探究】如圖2-5-4所示,有三根長(zhǎng)度均為L(zhǎng)=0.3 m的不可伸長(zhǎng)的絕緣細(xì)線,其中兩根的一端分別固定在天花板上的P、Q兩點(diǎn),另一端分別拴有質(zhì)量均為m=0.12 kg的帶電小球A和B,其中A球帶正電,電荷量為q=310-6 C.A、B之間用第三根線連接起來(lái).在水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)E作用下,A、B保持靜止,懸線仍處于豎直方向,且A、B間細(xì)線恰好伸直.(靜電力常量k=9109 Nm2/C2,取g=10 m/s2)
圖2-5-4
(1)此勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E為多大;
(2)現(xiàn)將PA之間的線燒斷,由于有空氣阻力,A、B球最后會(huì)達(dá)到新的平衡位置.求此時(shí)細(xì)線QB所受的拉力FT的大小,并求出A、B間細(xì)線與豎直方向的夾角θ;
(3)求A球的電勢(shì)能與燒斷前相比改變了多少(不計(jì)B球所帶電荷對(duì)勻強(qiáng)電場(chǎng)的影響).
【答案】(1)3105 N/C (2)2.4 N 37 (3)增加0.108 J
(2)兩球及細(xì)線最后位置如圖所示,
QB的拉力FT=2mg=20.1210 N=2.4 N
由①式解得v2=2②
粒子在第2層磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力充當(dāng)向心力,有
qv2B=m③
由②③式解得r2=④
(2)設(shè)粒子在第n層磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度為vn,軌跡半徑為rn(各量的下標(biāo)均代表 粒子所在層數(shù),下同).
nqEd=mv⑤
qvnB=m⑥
圖1
圖2
當(dāng)n=1時(shí),由圖2看出
r1sin θ1=d
由⑤⑥⑩?式得
sin θn=B?
(3)若粒子恰好不能從第n層磁場(chǎng)右側(cè)邊界穿出,則
θn=?
sin θn=1?
在其他條件不變的情況下,換用比荷更大的粒子,設(shè)其比荷為,假設(shè)能穿 出第n層磁場(chǎng)右側(cè)邊界,粒子穿出時(shí)的速度方向與水平方向的夾角為θn,由于
克服摩擦力做的總功為:Wf=f(l1+l2)⑨
在Δt時(shí)間內(nèi),消耗在電阻R上的功為:WR=I2RΔt⑩
根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,外力在Δt時(shí)間內(nèi)做的功為:W=Wf+WR?
外力的功率為:P=?
由④至?式可得:P=μmgωr+?
【特別提醒】
1.功能關(guān)系在電學(xué)中應(yīng)用的題目,一般過程復(fù)雜且涉及多種性質(zhì)不同的力,因此,通過審題,抓住受力分析和運(yùn)動(dòng)過程分析是關(guān)鍵,然后根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)過程各力做功的特點(diǎn)來(lái)選擇規(guī)律求解.
2.動(dòng)能定理和能量守恒定律在處理電學(xué)中能量問題時(shí)仍然是首選的規(guī)律.
【變式探究】 如圖2-5-6所示,水平固定放置的足夠長(zhǎng)的U形金屬導(dǎo)軌處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,在導(dǎo)軌上放著金屬棒ab,開始時(shí)ab棒以水平初速度v0向右運(yùn)動(dòng),最后靜止在導(dǎo)軌上,就導(dǎo)軌光滑和導(dǎo)軌粗糙的兩種情況相比較,這個(gè)過程( ).
圖2-5-6
A.安培力對(duì)ab棒所做的功相等
B.電流所做的功相等
C.產(chǎn)生的總內(nèi)能相等
D.通過ab棒的電荷量相等
【答案】C
題型三、動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)在電磁感應(yīng)中的應(yīng)用
【例3】如圖3所示,兩條光滑的金屬導(dǎo)軌相距L=1 m,其中MN段平行于PQ段,位于同一水平面內(nèi),NN0段與QQ0段平行,位于與水平面成傾角37的斜面上,且MNN0與PQQ0均在豎直平面內(nèi)。在水平導(dǎo)軌區(qū)域和傾斜導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)分別有垂直于水平面和斜面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1和B2,且B1=B2=0.5 T。ab和cd是質(zhì)量均為m=0.1 kg、電阻均為R=4 Ω的兩根金屬棒,ab置于水平導(dǎo)軌上,cd置于傾斜導(dǎo)軌上,均與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。從t=0時(shí)刻起,ab棒在外力作用下由靜止開始沿水平方向向右運(yùn)動(dòng)(ab棒始終在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng),且垂直于水平導(dǎo)軌),cd受到F=0.6-0.25t(N)沿斜面向上的力
的作用,始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。不計(jì)導(dǎo)軌的電阻。(sin 37=0.6,g取10 m/s2)
圖3
(1)求流過cd棒的電流Icd隨時(shí)間t變化的函數(shù)關(guān)系;
(2)求ab棒在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的速度vab隨時(shí)間t變化的函數(shù)關(guān)系;
(3)求從t=0時(shí)刻起,1.0 s內(nèi)通過ab棒的電荷量q;
(4)若t=0時(shí)刻起,1.0 s內(nèi)作用在ab棒上的外力做功為W=16 J,求這段時(shí)間內(nèi)cd棒產(chǎn)生的焦耳熱Qcd。
【答案】(1)Icd=0.5t(A) (2)vab=8t(m/s) (3)0.25 C (4)6.4 J
(3)ab棒的加速度為a=8 m/s2,
1.0 s內(nèi)的位移為x=at2=81.02 m=4 m
根據(jù)===
故ab棒不能運(yùn)動(dòng)到圓弧最高點(diǎn)。
題型四 應(yīng)用動(dòng)量觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)解決力電綜合問題
【例4】 (多選)(2018全國(guó)卷Ⅲ,21)如圖6,一平行板電容器連接在直流電源上,電容器的極板水平;兩微粒a、b所帶電荷量大小相等、符號(hào)相反,使它們分別靜止于電容器的上、下極板附近,與極板距離相等?,F(xiàn)同時(shí)釋放a、b,它們由靜止開始運(yùn)動(dòng)。在隨后的某時(shí)刻t,a、b經(jīng)過電容器兩極板間下半?yún)^(qū)域的同一水平面。a、b間的相互作用和重力可忽略。下列說法正確的是( )
圖6
A.a的質(zhì)量比b的大
B.在t時(shí)刻,a的動(dòng)能比b的大
C.在t時(shí)刻,a和b的電勢(shì)能相等
D.在t時(shí)刻,a和b的動(dòng)量大小相等
【答案】BD
【變式探究】如圖7所示,MN、PQ兩平行光滑水平導(dǎo)軌分別與半徑r=0.5 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M=2 kg的cd絕緣桿垂直且靜止在水平導(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)?,F(xiàn)有質(zhì)量m=1 kg的ab金屬桿以初速度v0=12 m/s水平向右運(yùn)動(dòng),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半圓導(dǎo)軌最高點(diǎn),不計(jì)除R以外的其他電阻和摩擦,ab金屬桿始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,g取10 m/s2(不考慮cd桿通過半圓導(dǎo)軌最高點(diǎn)以后的運(yùn)動(dòng)),求:
圖7
(1)cd絕緣桿恰好通過半圓導(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。
【答案】(1) m/s (2)2 J
【解析】(1)cd絕緣桿恰好通過半圓導(dǎo)軌最高點(diǎn)時(shí),
由牛頓第二定律有Mg=M
解得v= m/s。
【特別提醒】
1.克服安培力做了多少功,就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能;安培力做了多少功,就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。
2.若回路中電流恒定,可以利用W=UIt或Q=I2Rt直接進(jìn)行電能計(jì)算。
3.若電流變化,則根據(jù)能量守恒求解。
【變式探究】如圖8所示,將帶電荷量Q=+0.3 C、質(zhì)量m′=0.3 kg的滑塊放在小車的水平絕緣板的右端,小車的質(zhì)量M=0.5 kg,滑塊與絕緣板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.4,小車的絕緣板足夠長(zhǎng),它們所在的空間存在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=20 T的水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(垂直于紙面向里)。開始時(shí)小車靜止在光滑水平面上,一擺長(zhǎng)L=1.25 m、質(zhì)量m=0.15 kg的擺球從水平位置由靜止釋放,擺球到最低點(diǎn)時(shí)與小車相撞,碰撞后擺球恰好靜止,g取10 m/s2。求:
圖8
(1)與小車碰撞前擺球到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)對(duì)擺線的拉力;
(2)擺球與小車的碰撞過程中系統(tǒng)損失的機(jī)械能ΔE;
(3)碰撞后小車的最終速度。
【答案】(1)4.5 N 方向豎直向下 (2)1.31 J
(3)1.2 m/s 方向水平向右
【解析】(1)擺球下落過程,由動(dòng)能定理有mgL=mv2,
解得v=5 m/s,
擺球在最低點(diǎn)時(shí),由牛頓第二定律得T-mg=m,解得T=4.5 N,由牛頓第三定律可知擺球?qū)[線的拉力T′=4.5 N,方向豎直向下。
(3)假設(shè)滑塊與車最終相對(duì)靜止,
則有Mv1=(M+m′)v2,解得v2=0.937 5 m/s,
由此得F洛=Qv2B>m′g,故假設(shè)不成立,因此滑塊最終懸浮?;瑝K懸浮瞬間,滿足F洛′=Qv2′B=m′g,
解得v2′=0.5 m/s。
將滑塊與小車看成一個(gè)系統(tǒng),系統(tǒng)動(dòng)量守恒,有
Mv1=Mv′+m′v2′,
解得v′=1.2 m/s,方向水平向右。
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