高考物理二輪復習提升 第一部分 專題二 第2講 能量觀點在電磁學中的應用課件

第第2講講能量觀點在電磁學中的應用能量觀點在電磁學中的應用1(雙選，2012 年廣東卷)圖221是某種靜電礦料分選器的原理示意圖，帶電礦粉經漏斗落入水平勻強電場后，分落在收)集板中央的兩側，對礦粉分離的過程，下列表述正確的有(圖221A帶正電的礦粉落在右側B電場力對礦粉做正功C帶負電的礦粉電勢能變大 D帶正電的礦粉電勢能變小解析：不管帶正電還是負電，電場力做正功，電勢能減少，正電荷受的電場力向左故在左邊，負電荷在右邊答案：BD2(2012 年天津卷)兩個固定的等量異號點電荷所產生電場的等勢面如圖 222 中虛線所示，一帶負電的粒子以某一速度從圖中 A 點沿圖示方向進入電場在紙面內飛行，最后離開電)場，粒子只受靜電力作用，則粒子在電場中(圖 222A做直線運動，電勢能先變小后變大B做直線運動，電勢能先變大后變小C做曲線運動，電勢能先變小后變大D做曲線運動，電勢能先變大后變小解析：兩個固定的等量異號點電荷產生電場的等勢面與電場線垂直，且沿電場線電勢減小，所以等量異號點電荷和它們間的直線電場線如圖10所示當帶負電的粒子進入電場后受到電場力而偏轉做曲線運動粒子在電場力作用下向上偏轉，電場力做正功，粒子的動能增加、電勢能減少，之后粒子離開電場，電勢能增加圖10答案：C3(2012 年天津卷)對鈾235的進一步研究在核能的開發(fā)和利用中具有重要意義，如圖223所示，質量為m、電荷量為q的鈾235離子，從容器 A 下方的小孔S1不斷飄入加速電場，其初速度可視為零，然后經過小孔S2垂直于磁場方向進入磁感應強度為B的勻強磁場中，做半徑為 R 的勻速圓周運動，離子行進半個圓周后離開磁場并被收集，離開磁場時離子束的等效電流為I，不考慮離子重力及離子間的相互作用求加速電場的電壓 U.圖2234(2011 年天津卷)如圖 224 所示，兩根足夠長的光滑平行金屬導軌 MN、PQ 間距離為 l0.5 m，其電阻不計，兩導軌及其構成的平面均與水平面成 30角完全相同的兩金屬棒ab、cd 分別垂直導軌放置，每棒兩端都與導軌始終有良好接觸，已知兩棒質量均為 m0.02 kg，電阻均為 R0.1 ，整個裝置處在垂直于導軌平面向上的勻強磁場中，磁感應強度 B0.2 T，棒 ab 在平行于導軌向上的力 F 作用下，沿導軌向上勻速運動，而棒 cd 恰好能夠保持靜止取 g10 m/s2，問：(1)通過棒 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 每產生 Q0.1 J 的熱量，力 F 做的功 W 是多少？圖224解：(1)棒cd 受到的安培力FcdIlB棒cd在共點力作用下平衡，則Fcdmgsin 30代入數據解得I1 A根據楞次定律可知，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，即FabFcd對棒ab，由共點力平衡知Fmgsin 30IlB代入數據解得F0.2 N.能量在電磁學中的應用在近幾年的高考中都有，考題形式上選擇題和計算題都有計算題，往往要結合運動分析、受力分析等列方程綜合求解，難度比較大從內容上一般考向為：(1)帶電體在電場中運動，電場力做功，電勢能變化(2)電磁感應中的能量問題，電磁感應中其他形式的能轉化為電能表現為安培力做負功，而電動機原理中安培力做正功電能轉化為其他形式的能(3)復合場中，重力勢能、動能、電勢能之間的相互轉化帶電體在電場力作用下的能量轉化【例1】(2011年廣東實驗中學模擬)如圖225所示，高h0.8 m 的絕緣水平桌面上方的區(qū)域中存在勻強電場，場強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磁場 B.現有一質量 m0.01 kg、帶電荷量 q10-5C 的小球從A點以v04 m/s 的初速度水平向右運動，勻速通過區(qū)域后落在水平地面上的 B 點，已知：小球與水平桌面間的動摩擦因數0.1，L1 m，h0.8 m，x0.8 m，取 g10 m/s2.試求：(1)小球在區(qū)域中的速度；(2)區(qū)域中磁感應強度 B 的大小及方向；(3)區(qū)域中電場強度 E 的大小及方向圖225對帶電體在電場力作用下的能量轉化問題，第一，要分析清電場力對帶電體做功的情況，如果做正功則電勢能轉化為其他形式的能，做負功則其他形式的能轉化為電勢能；第二，計算電場力做功時有兩種方法，其一是W電F 電scosqEscos(適應勻強電場中)，其二是W電qU(勻強、非勻強電場都可用)1(2011 年潮陽一中模擬)如圖226所示，一帶電粒子從 P 點以初速度 v 射入勻強電場，僅受電場力的作用，則可能的運動軌跡及電勢能的變化情況是()圖226A軌跡 a 且電勢能一直變大 B軌跡 b 且電勢能變小C軌跡 c 且電勢能變小D軌跡 d 且電勢能變大解析：軌跡如果為a，則電場力方向向左，電場力先做負功再做正功，電勢能先增加后減少，A 錯；軌跡如果為b，則不受電場力，B錯；如果粒子帶正電，則電場力方向向右，軌跡為c，但d 不可能，若軌跡為d，則電場力方向向下，所以D錯；軌跡為c，電場力做正功，電勢能減少，C 對答案：C復合場中的能量問題【例2】(2011年從化中學三模)如圖 227所示，豎直平面 xOy 內存在水平向右的勻強電場，場強大小 E10 N/C，在y0 的區(qū)域內還存在垂直于坐標平面向里的勻強磁場，磁感應強度大小 B0.5 T一帶電量 q0.2 C、質量 m0.4 kg 的小球由長 L0.4 m 的細線懸掛于 P 點，小球可視為質點現將小球拉至水平位置A無初速度釋放，小球運動到懸點 P 正下方的坐標原點 O 時，懸線突然斷裂，此后小球又恰好能通過 O 點正下方的 N 點(取 g10 m/s2)求：(1)小球運動到 O 點的速度大??；(2)懸線斷裂前瞬間拉力的大??；(3)ON 間的距離圖 227所謂復合場就是電場、磁場、重力場幾個場同時存在于某一區(qū)域對這類問題：(1)要分析帶電體的受力情況，因為有幾個場的受力情況會比較復雜，要做到不添力、不漏力，并且分析在運動過程中，力是否會發(fā)生變化，尤其是洛倫茲力會隨速度的變化而變化(2)要抓住各力做功的分析和能量轉化的分析，再結合動能定理、能量守恒定律列方程求解2(2012 年珠海高三模擬)如圖228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、場強為 E 的勻強電場中，下半部分處于垂直水平面向里的勻強磁場中，質量為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最低點時對軌道的壓力為零，求：(1)磁感應強度 B 的大??；(2)小球對軌道最低點的最大壓力；(3)若要小球在圓形軌道內做完整的圓周運動，求小球從軌道的水平直徑的 M 端下滑的最小速度圖 228電磁感應中的能量問題【例3】如圖 229 甲所示，傾斜放置的光滑平行導軌，長度足夠長，寬度 L0.4 m，自身電阻不計，上端接有 R0.3的定值電阻在導軌間 MN 虛線以下的區(qū)域存在方向垂直導軌平面向上、磁感應強度 B0.5 T 的勻強磁場在 MN 虛線上方垂直導軌放有一根電阻 r0.1 的金屬棒現將金屬棒無初速度釋放，其運動時的 vt 圖象如圖乙所示，取 g10 m/s2.試求：圖229(1)斜面的傾角和金屬棒的質量 m.(2)在 25 s 時間內金屬棒動能減少了多少？此過程中整個回路產生的熱量 Q 是多少(結果保留一位小數)?解：(1)在 02 s 時間內，金屬棒受力如圖11所示，圖 11合力 F合mgsin根據牛頓第二定律 F合ma 得agsin電磁感應產生感應電流則產生了電能，從能的角度分析肯定有其他形式的能轉化為電能，從力的角度，產生的感應電流在磁場中受到安培力，安培力做負功這類題往往還綜合產生的感應電流通過某導體棒，產生安培力，此時安培力做正功，又把電能轉化為機械能，如果有電流通過電阻還有內能產生我們抓住能量的轉化，分析是什么能轉化為什么能，就可從守恒角度列方程3(2012 年深圳二模)如圖 2210所示，兩根半徑為 r光滑的四分之一圓弧軌道間距為 L，電阻不計，在其上端連有一阻值為R0的電阻，整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度為 B.現有一根長度稍大于L、質量為m、電阻為R的金屬棒從軌道的頂端 PQ 處開始下滑，到達軌道底端MN時對軌道的壓力為 2mg，求：(1)金屬棒到達最低點時電阻 R0 兩端的電壓；(2)金屬棒下滑過程中 R0 產生的熱量；(3)金屬棒下滑過程中通過 R0 的電量圖 2210功和能在電磁學中的應用，在思路方法上與功和能在力學中的應用一樣，都是要分析力，分析物體的運動過程，看過程中有哪些力做功，有哪些能量形式的轉化，搞清楚能量的來源與去向，再根據動能定理、功能關系、能的轉化與守恒定律列方程求解在知識上，電場方面主要是電場的基本性質、電場強度、電勢、電勢能以及電場力做功等；磁場方面，主要是安培力、洛倫茲力、安培力做功與能的轉化關系、洛倫茲力不做功以及電磁感應中的能量轉化等