《（全國通用）2018年高考物理二輪復習 專題二 動量與能量 第2講 動量觀點和能量觀點在電學中的應用學案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（全國通用）2018年高考物理二輪復習 專題二 動量與能量 第2講 動量觀點和能量觀點在電學中的應用學案（10頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第2講動量觀點和能量觀點在電學中的應用知識必備1.靜電力做功與路徑無關(guān)。若電場為勻強電場，則WFlcos qElcos ；若是非勻強電場，則一般利用WqU來求。2.靜電力做的功等于電勢能的變化，即WABEp。3.電流做功的實質(zhì)是電場對移動電荷做功，即WUItqU。4.磁場力又可分為洛倫茲力和安培力。洛倫茲力在任何情況下對運動電荷都不做功；安培力可以做正功、負功，還可以不做功。5.電磁感應中的能量問題(1)能量轉(zhuǎn)化：其他形式的能量電能電能焦耳熱或其他形式能(2)焦耳熱的三種求法：焦耳定律：QI2Rt功能關(guān)系：QW克服安培力能量轉(zhuǎn)化：QW其他能的減少量,備考策略動量觀點和能量觀點在電學中應用的題目
2、，一般過程復雜且涉及多種性質(zhì)不同的力，因此，要抓住4點：(1)受力分析和運動過程分析是關(guān)鍵。(2)根據(jù)不同的運動過程中各力做功的特點來選擇相應規(guī)律求解。(3)力學中的幾個功能關(guān)系在電學中仍然成立。(4)感應電動勢是聯(lián)系電磁感應與電路的橋梁，要做好“源”的分析，電磁感應產(chǎn)生的電功率等于內(nèi)、外電路消耗的功率之和，這是能量守恒分析這類問題的思路。功能關(guān)系在電學中的應用【真題示例】 (多選)(2017全國卷，21)一勻強電場的方向平行于xOy平面，平面內(nèi)a、b、c三點的位置如圖1所示，三點的電勢分別為10 V、17 V、26 V。下列說法正確的是()圖1A.電場強度的大小為2.5 V/cmB.坐標原點
3、處的電勢為1 VC.電子在a點的電勢能比在b點的低7 eVD.電子從b點運動到c點，電場力做功為9 eV解析如圖所示，設a、c之間的d點電勢與b點電勢相同，則，所以d點的坐標為(3.5 cm，6 cm)，過c點作等勢線bd的垂線，電場強度的方向由高電勢指向低電勢。由幾何關(guān)系可得，cf的長度為3.6 cm，電場強度的大小E2.5 V/cm，故選項A正確；因為Oacb是矩形，所以有UacUOb ，可知坐標原點O處的電勢為1 V ，故選項B正確；a點電勢比b點電勢低7 V，電子帶負電，所以電子在a點的電勢能比在b點的高7 eV，故選項C錯誤；b點電勢比c點電勢低9 V，電子從b點運動到c點，電場力做
4、功為9 eV，故選項D正確。答案ABD真題感悟1.高考考查特點(1)本考點重在通過帶電粒子在電場中的運動考查電場中的功能關(guān)系。(2)理解電場力做功與電勢能的變化關(guān)系，是解題的關(guān)鍵。2.常見誤區(qū)及臨考提醒(1)在進行電場力做功和電勢能的判斷時，要注意電荷的正負。(2)電場力做功只與始、末位置有關(guān)，與路徑無關(guān)。(3)利用能量的轉(zhuǎn)化和守恒解決電磁感應問題時要準確把握參與轉(zhuǎn)化的能量的形式和種類，同時要確定各種能量的增減情況和增減原因。預測1功能關(guān)系在電場中的應用預測2功能關(guān)系在電磁感應中的應用預測3應用動力學觀點和功能觀點處理電學綜合問題1.(多選)如圖2甲所示，一光滑絕緣細桿豎直放置，與細桿右側(cè)距離
5、為d的A點處有一固定的正點電荷，細桿上套有一帶電小環(huán)，設小環(huán)與點電荷的豎直高度差為h，將小環(huán)無初速度地從h高處釋放后，在下落至h0的過程中，其動能Ek隨h的變化曲線如圖乙所示，則()圖2A.小環(huán)可能帶負電B.從h高處下落至h0的過程中，小環(huán)電勢能增加C.從h高處下落至h0的過程中，小環(huán)經(jīng)過了加速、減速、再加速三個階段D.小環(huán)將做以O點為中心的往復運動解析由題圖乙中Ek隨h的變化曲線可知，小環(huán)從h高處下落至h0的過程中，經(jīng)過了加速、減速、再加速三個階段，選項C正確；合外力做功的情況是先做正功，再做負功，最后又做正功，而重力一直對小環(huán)做正功，故只有庫侖力能對小環(huán)做負功，即小環(huán)帶正電，選項A錯誤；從
6、h高處下落至h0的過程中，電場力做負功，故小環(huán)電勢能增加，選項B正確；小環(huán)越過O點后，所受的電場力、重力及桿對小環(huán)的彈力的合力方向向下，故小環(huán)將向下做加速運動，選項D錯誤。答案BC2.(多選)在如圖3所示的傾角為的光滑斜面上，存在著兩個磁感應強度大小均為B的勻強磁場，區(qū)域的磁場方向垂直斜面向上。區(qū)域的磁場方向垂直斜面向下，磁場的寬度均為L。一個質(zhì)量為m、電阻為R、邊長也為L的正方形導線框，由靜止開始沿斜面下滑。當ab邊剛越過GH進入磁場區(qū)時，恰好以速度v1做勻速直線運動；當ab邊下滑到JP與MN的中間位置時，線框又恰好以速度v2做勻速直線運動，從ab進入GH到MN與JP的中間位置的過程中，線框
7、的動能變化量為Ek，重力對線框做功大小為W1，安培力對線框做功大小為W2，下列說法中正確的是()圖3A.在下滑過程中，由于重力做正功，所以有v2v1B.從ab進入GH到MN與JP的中間位置的過程中，機械能守恒C.從ab進入GH到MN與JP的中間位置的過程中，有(W1Ek)的機械能轉(zhuǎn)化為電能D.從ab進入GH到MN到JP的中間位置的過程中，線框動能的變化量為EkW1W2解析由平衡條件，第一次勻速運動時，mgsin ，第二次勻速運動時，mgsin ，則v2v1，選項A錯誤；ab進入磁場后，安培力做負功，機械能減少，選項B錯誤；從ab進入GH到MN與JP的中間位置的過程中，由動能定理得，W1W2Ek
8、，選項D正確；線框克服安培力做功為W2，等于產(chǎn)生的電能，且W2W1Ek，選項C正確。答案CD3.如圖4所示，光滑絕緣水平面AB與傾角37，長L5 m 的固定絕緣斜面BC在B處平滑相連，在斜面的C處有一與斜面垂直的彈性絕緣擋板。質(zhì)量m0.5 kg、帶電荷量q5105 C的絕緣帶電小滑塊(可看作質(zhì)點)置于斜面的中點D，整個空間存在水平向右的勻強電場，場強E2105 N/C，現(xiàn)讓滑塊以v014 m/s的速度沿斜面向上運動。設滑塊與擋板碰撞前后所帶電荷量不變、速度大小不變，滑塊和斜面間的動摩擦因數(shù)0.1。(g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)求：圖4(1)滑塊沿斜面向上運動的加
9、速度大??；(2)滑塊運動的總路程。解析(1)滑塊與斜面之間的摩擦力f(mgcos 37qEsin 37)1 N根據(jù)牛頓第二定律可得qEcos 37mgsin 37fma解得a8 m/s2。(2)由題可知，滑塊最終停在C點。設滑塊從D點開始運動到最終停在C點的過程中在斜面上運動的路程為s1，由動能定理有qEcos 37mgsin 37fs10mv解得s161.5 m設滑塊第1次到B時動能為Ek1，從D到B由動能定理得qEcos 37mgsin 37fEk1mv解得Ek129 J設滑塊第1次從B滑到水平面上的最遠距離為x1，由動能定理得qEx10Ek1解得x12.9 m水平面光滑，滑塊滑回到B點時
10、動能不變，滑塊在斜面上往返一次克服摩擦力做功Wf2fL10 J滑塊第2次回到B點時動能為Ek2Ek1Wf19 J設滑塊第2次從B滑到水平面上的最遠距離為x2，由動能定理得qEx20Ek2，解得x21.9 m同理，滑塊第3次從B滑到水平面上的最遠距離為x30.9 m此后就不會再滑到水平面上了滑塊在水平面上運動的總路程為s22(x1x2x3)11.4 m滑塊運動的總路程ss1s272.9 m。答案(1)8 m/s2(2)72.9 m應用動量觀點和能量觀點處理力電綜合問題【真題示例】 (2017天津理綜，12)電磁軌道炮利用電流和磁場的作用使炮彈獲得超高速度，其原理可用來研制新武器和航天運載器。電磁
11、軌道炮示意圖如圖5所示，圖中直流電源電動勢為E，電容器的電容為C。兩根固定于水平面內(nèi)的光滑平行金屬導軌間距為l，電阻不計。炮彈可視為一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒MN，垂直放在兩導軌間處于靜止狀態(tài)，并與導軌良好接觸。首先開關(guān)S接1，使電容器完全充電。然后將S接至2，導軌間存在垂直于導軌平面、磁感應強度大小為B的勻強磁場(圖中未畫出)，MN開始向右加速運動。當MN上的感應電動勢與電容器兩極板間的電壓相等時，回路中電流為零，MN達到最大速度，之后離開導軌。問：圖5(1)磁場的方向；(2)MN剛開始運動時加速度a的大?。?3)MN離開導軌后電容器上剩余的電荷量Q是多少。解析(1)垂直于導軌平面向下。(
12、2)電容器完全充電后，兩極板間電壓為E，當開關(guān)S接2時，電容器放電，設剛放電時流經(jīng)MN的電流為I，有I設MN受到的安培力為F，有FIlB由牛頓第二定律，有Fma聯(lián)立式得a(3)當電容器充電完畢時，設電容器上電荷量為Q0，有Q0CE開關(guān)S接2后，MN開始向右加速運動，速度達到最大值vmax時，設MN上的感應電動勢為E，有EBlvmax依題意有E設在此過程中MN的平均電流為I，MN上受到的平均安培力為F，有FIlB由動量定理，有Ftmvmax0又ItQ0Q聯(lián)立式得Q答案(1)垂直于導軌平面向下(2)(3)真題感悟1.高考考查特點(1)本考點的知識點覆蓋面廣、綜合性強，還有復雜代數(shù)運算和推理，難度較
13、大。(2)2017年全國卷在此處沒考題，2018年出題的可能性很大，要引起關(guān)注。2.常見誤區(qū)及臨考提醒(1)處理本考點的問題要靠基本方法和典型物理模型來支撐。(2)注意數(shù)學知識的靈活選用。預測1動量和能量觀點在電場中的應用預測2動量和能量觀點在電磁感應中的應用預測3應用動量和能量觀點處理電學綜合問題1.在勻強電場中，將質(zhì)子和粒子分別由靜止開始加速(不計重力)，當它們獲得相同動能時，質(zhì)子經(jīng)歷的時間為t1，粒子經(jīng)歷的時間為t2，則t1t2為()A.11 B.12C.21 D.41解析對質(zhì)子，根據(jù)動量定理，有qPEt1對粒子，根據(jù)動量定理，有qEt2根據(jù)題意，式中E和Ek都相同。并將q2qP，m4m
14、P代入得t1t211。選項A正確。答案A2.如圖6所示，兩根足夠長的固定的平行金屬導軌位于同一水平面內(nèi)，兩導軌間的距離為L，導軌上面橫放著兩根導體棒ab和cd，構(gòu)成矩形回路，兩根導體棒的質(zhì)量皆為m，電阻皆為R，回路中其余部分的電阻可不計。在整個導軌平面內(nèi)都有豎直向上的勻強磁場，磁感應強度為B。設兩導體棒均可沿導軌無摩擦地滑行，開始時，棒cd靜止，棒ab有指向棒cd的初速度v0，若兩導體棒在運動中始終不接觸，求：圖6(1)在運動中產(chǎn)生的焦耳熱Q最多是多少？(2)當ab棒的速度變?yōu)槌跛俣鹊臅r，cd棒的加速度a是多少？解析(1)從開始到兩棒達到相同速度v的過程中，兩棒的總動量守恒，有mv02mv，得
15、v。根據(jù)能量守恒定律，整個過程中產(chǎn)生的焦耳熱Qmv(2m)v2mv。(2)設ab棒的速度變?yōu)関0時，cd棒的速度為v，則由動量守恒可知mv0mv0mv，解得vv0此時回路中的電動勢為EBLv0BLv0BLv0此時回路中的電流為I此時cd棒所受的安培力為FBIL由牛頓第二定律可得，cd棒的加速度a答案(1)mv(2)3.如圖7所示，豎直平面MN與紙面垂直，MN右側(cè)的空間內(nèi)存在著垂直紙面向內(nèi)的勻強磁場和水平向左的勻強電場，MN左側(cè)的水平面光滑，右側(cè)的水平面粗糙。質(zhì)量為m的物體A靜止在MN左側(cè)的水平面上，已知物體A帶負電，所帶電荷量的大小為q。一質(zhì)量為m、不帶電的物體B以速度v0沖向物體A并發(fā)生彈性
16、碰撞，碰撞前后物體A的電荷量保持不變。A與MN右側(cè)的水平面的動摩擦因數(shù)為，重力加速度的大小為g，磁感應強度的大小為B，電場強度的大小為E。已知物體A在MN右側(cè)區(qū)域中運動到與MN的距離為l的C點(圖中未畫出)時，速度達到最大值。物體A、B均可以看作質(zhì)點，重力加速度為g。求：圖7(1)碰撞后物體A的速度大??；(2)物體A從進入MN右側(cè)區(qū)域到運動到C點的過程中克服摩擦力所做的功W。解析(1)設A、B碰撞后的速度分別為vA、vB，由于A、B發(fā)生彈性碰撞，動量、能量均守恒，則有mv0mvBmvAmvmvmv聯(lián)立可得vAv0(2)A的速度達到最大值vm時合力為零，受力如圖所示豎直方向上合力為零，有FNqv
17、mBmg水平方向上合力為零，有qEFN根據(jù)動能定理，有qElWmvmv聯(lián)立解得vmv0，W4mglmv。答案(1)v0(2)4mglmv歸納總結(jié)1.用力學觀點處理力電綜合問題可以從以下三條線索展開(1)力和運動的關(guān)系根據(jù)帶電粒子受到的電場力，用牛頓第二定律找出加速度，結(jié)合運動學公式確定帶電粒子的速度、位移等，這條線索通常適用于粒子在恒力作用下做勻變速直線運動的情況。(2)功和能的關(guān)系根據(jù)電場力對帶電粒子所做的功引起的帶電粒子能量的變化，利用動能定理研究全過程中能的轉(zhuǎn)化，研究帶電粒子的速度變化、位移等。(3)沖量和動量的關(guān)系根據(jù)電場力對帶電粒子沖量引起的帶電粒子動量的變化，利用動量定理研究全過程
18、中動量的變化，研究帶電粒子的速度變化、經(jīng)歷的時間等。2.電磁感應與動量和能量綜合問題的思路(1)從動量角度著手，運用動量定理或動量守恒定律。應用動量定理可以由動量變化來求解變力的沖量，如在導體棒做非勻變速運動的問題中，應用動量定理可以解決牛頓運動定律不易解答的問題。在相互平行的水平軌道間的雙棒做切割磁感線運動時，由于這兩根導體棒所受的安培力等大反向，合外力為零，若不受其他外力，兩導體棒的總動量守恒。解決此類問題往往要應用動量守恒定律。(2)從能量轉(zhuǎn)化和守恒著手，運用動能定理或能量守恒定律?；舅悸罚菏芰Ψ治雠迥男┝ψ龉?，正功還是負功明確有哪些形式的能量參與轉(zhuǎn)化，哪增哪減由動能定理或能量守恒定律列方程求解。- 10 -
（全國通用）2018年高考物理二輪復習 專題二 動量與能量 第2講 動量觀點和能量觀點在電學中的應用學案
