《高考物理(全国通用)专题训练：动力学观点在电学中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理(全国通用)专题训练：动力学观点在电学中的应用（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、动力学观点在电学中的应用 1带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力的方向始终垂直于粒子的速度方向 2带电粒子在电场力、重力和洛伦兹力共同作用下的直线运动只能是匀速直线运动 3带电粒子 (不计重力 )在匀强电场中由静止开始被加速或带电粒子沿着平行于电场的方向射 入匀强电场中时，带电粒子做匀变速直线运动 4电磁感应中导体棒在安培力和其他恒力作用下的三种运动类型：匀速直线运动、加速度逐 渐减小的减速直线运动、加速度逐渐减小的加速直线运动 1带电粒子在电场中做直线运动的问题：在电场中处理力学问题时，其分析方法与力学相 同首先进行受力分析，然后看粒子所受的合力与速度方向是否一致，其运动类型有电场内 的加速运动
2、和在交变电场内的往复运动 2带电粒子在交变电场中的直线运动，一般多以加速、减速交替出现的多运动过程的情景出 现 解决的方法： (1)根据运动学或动力学分析其中一个变化周期内相关物理量的变化规律 (2)借助运动图象进行运动过程分析 考向 1电场内动力学问题分析 例 1如图 1 所示，一光滑绝缘水平木板(木板足够长 )固定在水平向左、电场强度为E 的匀强 电场中，一电量为q(带正电 )的物体在水平恒力F 作用下从A 点由静止开始向右加速运动，经 一段时间t 撤去这个力，又经时间2t 物体返回A 点，则 () 图 1 A这一过程中带电物体的电势能先增加后减小，其变化量为0 B水平恒力与电场力的比为9
3、5 C水平恒力与电场力的比为73 D物体先向右加速到最右端，然后向左加速返回到A 点 审题突破判断电势能变化的方法是什么？“经时间 2t 物体返回 A 点”说明物体向右的位移 大小和向左位移大小有什么关系？ 解析电场力先做负功后做正功，总功为零，所以带电物体的电势能先增加后减小，其变化 量为 0，故 A 正确；在恒力F 作用时 a1FF 电 m ，位移 x1 1 2a 1t2，撤去恒力F 后 a2 F电 m ，位 移 x2a1t2 t 1 2 a2(2t)2，根据 x1 x2得 F F电 9 5 ，故 B 正确；物体先向右加速然后向右减速到 最右端，然后向左加速返回到A 点，所以D 错误 答案
4、AB 以题说法带电体在电场内运动问题的分析关键在于受力分析，特别是电场力方向的确定， 在电场力方向已确定的情况下，其动力学的分析和力学问题中的分析是一样的 如图 2 实线为电场中一条竖直的电场线，有一质量为m、电量为 q 的小球，由该 直线上 A点静止释放， 小球向下运动到达B 点减速为零后返回A 点， 则下列判断正确的是() 图 2 A该电场可能是竖直向上的匀强电场，且Emg q BA 点的电势高于B 点电势 CA 点的场强小于B 点场强 D向下运动的过程中，重力势能的减少量总是等于电势能的增加量 答案C 解析该电场不可能是竖直向上的匀强电场且Emg q ，否则小球从静止开始只能沿AB 做单
5、向 直线运动，回不到A 点，故 A 错误小球向下应先加速后减速，所受的电场力方向必定竖直 向上， 则电场线方向从B 指向 A，所以 A 点的电势低于B 点电势， 故 B 错误 在 A 点，有 qEA mg，在 B 点，有 qEBmg，则得： EAEB，故 C 正确向下运动的过程中，小球有动能时， 根据能量守恒定律可知重力势能的减少量等于动能增加量和电势能的增加量之和，故 D 错误 考向 2磁场内动力学问题分析 例 2如图 3 所示，空间有一垂直纸面向外的磁感应强度为0.5 T 的匀强磁场，一质量为 0.2 kg 且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上，在木板左端无初速度放置一质量为0.1 kg、
6、 电荷量 q 0.2 C 的滑块，滑块与绝缘木板之间动摩擦因数为0.5，滑块受到的最大静摩擦力 可认为等于滑动摩擦力t 0 时对木板施加方向水平向左，大小为 0.6 N 的恒力， g 取 10 m/s2. 则() 图 3 A木板和滑块一直做加速度为2 m/s2的匀加速运动 B滑块开始做加速度减小的变加速运动，最后做速度为10 m/s 匀速运动 C木板先做加速度为2 m/s2匀加速运动，再做加速度增大的运动，最后做加速度为 3 m/s2的 匀加速运动 Dt5 s 末滑块未脱离木板且有相对运动 审题突破滑块与木板一直保持相对静止吗？最终各自是什么运动状态？ 解析由于动摩擦因数为0.5，静摩擦力能提
7、供的最大加速度为5 m/s2，所以当 0.6 N 的恒力作 用于木板时， 系统一起以a F Mm 0.6 0.20.1 m/s22 m/s2的加速度一起运动，当滑块获得向 左的速度以后又产生一个方向向上的洛伦兹力，当洛伦兹力等于重力时滑块与木板之间的弹 力为零，此时Bqvmg，解得： v10 m/s，此时摩擦力消失，滑块做匀速运动，而木板在恒 力作用下做匀加速运动，a F M 0.6 0.2 m/s 23 m/s2.可知滑块先与木板一起做匀加速直线运 动，然后发生相对滑动，做加速度减小的变加速运动，最后做速度为10 m/s 的匀速运动，故 A、B 错误， C 正确木块开始的加速度为2 m/s2
8、，一段时间后加速度逐渐减小，当减小到零 时，与木板脱离做匀速直线运动，知5 s 末的速度小于10 m/s，知此时摩擦力不为零，还未脱 离木板，故D 正确 答案CD 以题说法1.对于磁场内的动力学问题，要特别注意洛伦兹力的特性，因F 洛 qvB，则速度 v 的变化影响受力，受力的变化又反过来影响运动 2此类问题也常出现临界问题，如本题中有两个临界：滑块与木板相对运动的临界和滑块与 木板间弹力为零的临界 如图 4 所示，带电平行板中匀强磁场方向水平垂直纸面向里，某带电小球从光滑 绝缘轨道上的a 点自由滑下，经过轨道端点P 进入板间后恰能沿水平方向做直线运动现使 小球从较低的b 点开始下滑，经P 点
9、进入板间，在板间的运动过程中() 图 4 A其电势能将会增大 B其机械能将会增大 C小球所受的洛伦兹力的大小将会增大 D小球受到的电场力将会增大 答案AC 解析小球从 a 点下滑经过P 点进入平行板间后受到重力、电场力、洛伦兹力做匀速直线运 动，洛伦兹力和电场力同向，故都向上且小球带正电；小球从稍低的b 点下滑时到达P 点的 速度会变小，洛伦兹力减小，小球会向下偏转，电场力做负功，电势能增加，而机械能会减 小，水平方向速度不变，但竖直方向的速度增加，所以动能将会增大，导致洛伦兹力也会增 大，电场力不变，故A、C 正确 考向 3电磁感应中的动力学问题分析 例 3如图 5 所示，平行金属导轨PQ、
10、MN 相距 d2 m，导轨平面与水平面间的夹角 30 ， 导轨上端接一个R6 的电阻，导轨电阻不计，磁感应强度B0.5 T 的匀强磁场垂直导轨平 面向上一根质量为m0.2 kg、电阻 r4 的金属棒ef 垂直导轨PQ、MN 静止放置，距离 导轨底端x1 3.2 m另一根绝缘塑料棒 gh 与金属棒ef 平行放置，绝缘塑料棒gh 从导轨底端 以初速度v010 m/s 沿导轨上滑并与金属棒正碰 (碰撞时间极短)，碰后绝缘塑料棒gh 沿导轨 下滑， 金属棒 ef 沿导轨上滑x20.5 m 后停下，在此过程中电阻 R上产生的电热为Q0.36 J 已 知两棒与导轨间的动摩擦因数均为 3 3 ，g10 m/
11、s2.求： 图 5 (1)绝缘塑料棒gh 与金属棒 ef 碰撞前瞬间，绝缘塑料棒的速率； (2)碰撞后金属棒ef 向上运动过程中的最大加速度； (3)金属棒 ef 向上运动过程中通过电阻R 的电荷量 审题突破绝缘塑料棒gh 沿导轨上滑时， 受到哪些力的作用，做什么性质的运动？碰撞后金 属棒 ef 向上做什么性质的运动，何时加速度最大？ 解析(1)绝缘塑料棒与金属棒相碰前，做匀减速直线运动，由牛顿第二定律得Mgsin 30 Mg cos 30 Ma1 由运动学公式得v 2 0v 2 12a1x1 解得 v16 m/s. (2)设金属棒刚开始运动时速度为v，由能量守恒定律得 R r R Qmgx2
12、sin 30 mgx2cos30 1 2 mv 2 解得 v4 m/s 金属棒刚开始运动时加速度最大，此时感应电动势 E Bdv 4V 感应电流I E Rr 0.4 A 安培力 FBId0.4 N 由牛顿第二定律得mgsin 30 mg cos 30 Fmam 解得 am 12 m/s2. (3)通过电阻R 的电荷量q Rr Bdx2 Rr 解得 q0.05 C. 答案(1)6 m/s(2)12 m/s2 (3)0.05 C 以题说法对于导体棒在磁场中动力学问题的分析要特别注意棒中的感应电流受到的安培力 一定是阻力一般导体棒在安培力和其他恒力作用下做的变速运动是加速度逐渐减小的变速 运动，但在
13、一定的条件下，也可以做匀变速直线运动 如图 6 甲所示， MN、 PQ 是相距 d 1.0 m 足够长的平行光滑金属导轨，导轨平 面与水平面间的夹角为 ，导轨电阻不计，整个导轨处在方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场 中，金属棒ab 垂直于导轨MN、PQ 放置，且始终与导轨接触良好，已知金属棒ab 的质量 m 0.1 kg，其接入电路的电阻r1 ，小灯泡电阻RL9 ，重力加速度 g 取 10 m/s2.现断开开 关 S，将棒 ab 由静止释放并开始计时，t0.5 s 时刻闭合开关S，图乙为ab 的速度随时间变 化的图象求： 图 6 (1)金属棒 ab 开始下滑时的加速度大小、斜面倾角的正弦值； (
14、2)磁感应强度B 的大小 答案(1)6 m/s2 3 5 (2)1 T 解析(1)S 断开时 ab 做匀加速直线运动 由图乙可知a v t 6 m/s2 根据牛顿第二定律有：mgsin ma 所以 sin 3 5. (2)t0.5 s 时 S 闭合， ab 先做加速度减小的加速运动，当速度达到最大vm6 m/s 后做匀速直 线运动 根据平衡条件有mgsin F安 又 F安BIdE BdvmI E RLr 解得 B1 T. 3应用动力学方法处理电学综合问题 例 4(14 分)如图 7 所示，两光滑平行的金属导轨EF 和 GH，相距为 l，轨道平面与水平面 成 30 ，导轨足够长，轨道的底端接有阻
15、值为R 的电阻，导轨电阻不计磁感应强度为B 的匀强磁场垂直于导轨平面，导体棒MN 电阻为 r，垂直于导轨放置且与导轨接触良好，导体 棒通过垂直于棒且与导轨共面的轻绳绕过光滑的定滑轮与质量为m 的物块 A 相连，开始时系 统处于静止状态，现在物块A 上轻放一质量为 m 2 的小物块B，使 AB 一起运动，若从小物块B 放上物块A 开始到系统运动速度恰达到稳定值的过程中(AB 未着地 )，电阻 R 通过的电量为q. 已知重力加速度为g，求此过程中： 图 7 (1)导体棒运动的最大速度； (2)导体棒速度达到最大速度一半时，导体棒加速度的大小 解析(1)开始时，由平衡条件mgMgsin 30 得 M
16、2m(1 分) 导体棒达到最大速度vm时满足： (mm 2 )gMgsin 30 BIml(2 分) 此时 EmBlvm(1 分) 电路中电流Im Em Rr (1 分) 由 得 vm mg Rr 2B2l2 (2 分) (2)导体棒速度达到最大速度一半时EBl vm 2 (2 分) 电路中电流I E Rr (1 分) 导体棒受到的安培力为F安BIl (1 分) 导体棒和AB 组成的系统，据牛顿第二定律得 (mm 2 )gMgsin 30 BIl (m m 2 M)a(2 分) 由 式得 a g 14(1 分 ) 答案(1) mg Rr 2B2l 2 (2) g 14 点睛之笔若题目中出现两个以及两个以上物体用绳、杆之类物体连接时，要特别注意找出 各物体的位移大小、加速度大小、速度大小的关系，这些关系往往就是解决问题的突破口 (限时： 15 分钟，满分： 14 分) (2014安徽 22)如图 8 所示，充电后的平行板电容器水平放置，电容为C，极板间的距离为d， 上极板正中有一小孔质量为m、电荷量为q的小球从小孔正上方高h
