《高考物理全国通用大一轮复习讲义课件专题强化八动力学动量和能量观点在电学中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理全国通用大一轮复习讲义课件专题强化八动力学动量和能量观点在电学中的应用（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题强化八动力学、动量和能量观点在电学中的应用,第六章动量守恒定律,专题解读,1.本专题是力学三大观点在电学中的综合应用，高考对本专题将作为计算题压轴题的形式命题 2.学好本专题，可以帮助同学们应用力学三大观点分析带电粒子在电场和磁场中的碰撞问题、电磁感应中的动量和能量问题，提高分析和解决综合问题的能力 3.用到的知识、规律和方法有：电场的性质、磁场对电荷的作用、电磁感应的相关知识以及力学三大观点,内容索引,课时作业,命题点一 电磁感应中的动量和能量问题,命题点二 电场中的动量和能量问题,命题点三 复合场中的动量和能量问题,1,命题点一 电磁感应中的动量和能量问题,【例1】如图所示，在方向竖直
2、向上的磁感应强度为B的匀强磁场中有两条光滑固定的平行金属导轨MN、PQ，导轨足够长，间距为L，其电阻不计，导轨平面与磁场垂直，ab、cd为两根垂直于导轨水平放置的金属棒，其接入回路中的电阻分别为R，质量分别为m.与金属导轨平行的水平细线一端固定，另一端与cd棒的中点连接，细线能承受的最大拉力为FT，一开始细线处于伸直状态，ab棒在平行导轨的水平拉力F的作用下以加速度a向右做匀加速运动，两根金属棒运动时始终与导轨接触良好且与导轨相垂直 (1)求经多长时间细线被拉断？ (2)若在细线被拉断瞬间撤去拉力F，求两根金属棒 之间距离增量x的最大值是多少？,题眼,题眼,分析,规范解答（1）,规范解答（2）
3、,题眼,题眼,(1)ab棒以加速度a向右运动，当细线断时，ab棒运动的速度为v， 产生的感应电动势EBLv， 回路中的感应电流I 2 ， cd棒受到安培力FBBIL， 经t时间细线被拉断，得FBFT， vat， 由式得t 2T 22 . ,返回,(2)细线断后，ab棒做减速运动，cd棒做加速运动，两棒之间的距离增大，当两棒达共同速度u而稳定运动时，两棒之间的距离增量x达到最大值， 对系统 mv2mu， 对于cd棒，由动量定理得BILtmu， q=It= 2 BLx 由式得x 22T 44 .,1.问题特点 对于双导体棒运动的问题，通常是两棒与导轨构成一个闭合回路，当其中一棒在外力作用下获得一定
4、速度时必然在磁场中切割磁感线，在该闭合电路中形成一定的感应电流；另一根导体棒在磁场中通过时在安培力的作用下开始运动，一旦运动起来也将切割磁感线产生一定的感应电动势，对原来电流的变化起阻碍作用 2.方法技巧 解决此类问题时通常将两棒视为一个整体，于是相互作用的安培力是系统的内力，这个变力将不影响整体的动量守恒因此解题的突破口是巧妙选择系统，运用动量守恒(动量定理)和功能关系求解,应用动量和能量观点解决双导体棒电磁感应问题的技巧,1两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为L.导轨上面横放着两根导体棒ab和cd，构成矩形回路，如图所示两根导体棒的质量皆为m，电阻皆为R，回路中
5、其余部分的电阻可不计在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B.设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行开始时，棒cd静止，棒ab有垂直指向棒cd的初速度v0(见图)若两导体棒在运动中始终不接触，求： (1)在运动中产生的焦耳热的最大值； (2)当ab棒的速度变为初速度的 3 4 时，cd棒的加速度大小,题眼,分析,规范解答,题眼,(1)从初始至两棒达到的速度相同的过程中，mv02mv， Q 1 2 mv02 1 2 (2m)v2 1 4 mv02. (2)设ab棒的速度变为初速度的 3 4 时，cd棒的速度为v， mv0m 3 4 v0mv. E( 3 4 v0v)BL， I 2 ， 此
6、时cd棒所受的安培力 FIBL， cd棒的加速度 a ， 由以上各式，可得：a 22v0 4 .,2如图所示，金属杆a从离地h高处由静止开始沿光滑平行的弧形轨道下滑，轨道的水平部分有竖直向上的匀强磁场B，水平轨道上原来放有一金属杆b，已知a杆的质量为m1，且与b杆的质量m2之比为m1m234，水平轨道足够长，不计摩擦，求： (1)a和b的最终速度分别是多大？ (2)整个过程中回路释放的电能是多少？ (3)若已知a、b杆的电阻之比RaRb34，其余部分的电阻不计，整个过程中杆a、b上产生的热量分别是多少？,题眼,题眼,题眼,分析,规范解答,(1)a下滑过程中m1gh 1 2 m1v02 a进入磁
7、场后， m1v0(m1m2)v 解得v1v2v 3 7 2g . (2)全过程中 Em1gh 1 2 (m1m2)v2 4 7 m1gh. (3) QaQbE. Qa Qb 2 2 3 4 Qa 3 7 E 12 49 m1ghQb 4 7 E 16 49 m1gh.,2,命题点二 电场中的动量和能量问题,【例2】如图所示，LMN是竖直平面内固定的光滑绝缘轨道，MN水平且足够长，LM下端与MN相切质量为m的带正电小球B静止在水平面上，质量为2m的带正电小球A从LM上距水平面高为h处由静止释放，在A球进入水平轨道之前，由于A、B两球相距较远，相互作用力可认为零，A球进入水平轨道后，A、B两球间相
8、互作用视为静电作用，带电小球均可视为质点已知A、B两球始终没有接触重力加速度为g.求： (1)A球刚进入水平轨道的速度大小； (2)A、B两球相距最近时，A、B两球系统的电势能Ep； (3)A、B两球最终的速度vA、vB的大小,题眼,题眼,分析,规范解答,题眼,题眼,(1)对A球下滑的过程，2mgh 1 2 2mv02 解得：v0 2g (2)A球进入水平轨道后，对两球组成的系统 2mv0(2mm)v，解得：v 2 3 v0 2 3 2g 2mgh 1 2 (2mm)v2Ep， 解得：Ep 2 3 mgh,(3)当两球相距最近之后，对系统 2mv02mvAmvB， 1 2 2mv02 1 2
9、2mvA2 1 2 mvB2 得：vA 1 3 v0 1 3 2g ， vB 4 3 v0 4 3 2g .,动量守恒定律与其他知识综合应用类问题的求解，与一般的力学问题求解思路并无差异，只是问题的情景更复杂多样，分析清楚物理过程，正确识别物理模型是解决问题的关键,电场中动量和能量问题的解题技巧,3如图所示，“”型滑板(平面部分足够长)，质量为4m，距滑板的A壁为L1的B处放有一质量为m、电量为q的大小不计的小物体，小物体与板面的摩擦不计，整个装置处于场强为E的匀强电场中，初始时刻，滑板与小物体都静止，试求： (1)释放小物体，第一次与滑板A壁碰前小物体的速度v1为多大？ (2)若小物体与A壁
10、碰后相对水平面的速度大小为碰前的 3 5 ，碰撞时间极短，则碰撞后滑板速度为多大？(均指对地速度) (3)若滑板足够长，小物体从开始运动到第二次碰撞前，电场力做功为多大？,题眼,分析,规范解答,题眼,思考：在物体第一次与A壁碰后到第二次与A壁碰前，A、B各自的运动情况及他们之 间的几何关系？,(1)对物体， qEL1 1 2 mv12，得v1 21 (2)物体与滑板碰撞前后mv1mv14mv 若v1 3 5 v1，则v 1 10 v1，因为v1v，不符合实际， 故应取v1 3 5 v1，则v 2 5 v1 2 5 21 . (3)在物体第一次与A壁碰后到第二次与A壁碰前， 1 2 (v2v1)
11、tvt 解得v2 7 5 v1 7 5 21 . 整个过程 W 1 2 mv12 1 2 (mv22mv12) 13 5 qEL1.,命题点三 复合场中的动量和能量问题,3,【例3】质量为m、电荷量为q的小球P静止于虚线X上方A点，在某一瞬间受到方向竖直向下、大小为I的冲量作用而做匀速直线运动在A点右下方的磁场中有定点O，长为l的绝缘轻绳一端固定于O点，另一端连接不带电的质量同为m的小球Q，自然下垂，保持轻绳伸直，向右拉起Q，直到绳与竖直方向有一小于5的夹角，在P开始运动的同时自由释放Q，Q到达O点正下方W点时速率为v0.P、Q两小球在W点发生相向正碰，碰后电场、磁场消失，两小球黏在一起运动P
12、、Q两小球均视为质点，P小球的电荷量保持不变，绳不伸长，不计空气阻力，重力加速度为g. (1)求匀强电场场强E的大小和P进入磁场时的速率v； (2)若绳能承受的最大拉力为F，要使绳不断，F至少为多大？,题眼,分析,题眼,规范解答,(1)小球 qEmg 解得E Imv 故v . (2)设P、Q相向正碰后在W点的速度为vm， mvmv0(mm)vm 此刻轻绳的张力为最大，F(mm)g mm vm2 解得F Imv0 2 2 2mg.,F,2mg,4.如图所示，整个空间中存在竖直向上的匀强电场经过桌边的虚线PQ与桌面成45角，其上方有足够大的垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B.光滑绝缘水平桌面上
13、有两个可以视为质点的绝缘小球，A球对桌面的压力为零，其质量为m，电量为q；B球不带电且质量是km(k7)A、B间夹着质量可忽略的火药现点燃火药(此时间极短且不会影响小球的质量、电量和各表面的光滑程度)，火药炸完瞬间A的速度为v0，求： (1)火药爆炸过程中有多少化学能转化为机械能； (2)A球在磁场中的运动时间； (3)若一段时间后AB在桌上相遇，求爆炸前A球与桌边P的距离,分析,题眼,规范解答（1）（2）,题眼,规范解答（3）,(1)爆炸前后0mv0kmvB E 1 2 mv02 1 2 kmvB2 +1 2 mv02 (2) T 2 由几何知识可得：A球在磁场中运动了 3 4 个圆周 则t
14、2 3 2,返回,(3)由0mv0kmvB可得：vB v0 R v0 设爆炸前A球与桌边P的距离为xA， 爆炸后B运动的位移为xB，时间为tB 则tB v0 t2 v0 xBvBtB 由图可得：RxAxB 联立上述各式解得：xA 223 2 +1 0 .,课时作业,4,1.如图所示，两根间距为l的光滑金属导轨(不计电阻)，由一段圆弧部分与一段无限长的水平段部分组成，其水平段加有竖直向下方向的匀强磁场，磁感应强度为B，导轨水平段上静止放置一金属棒cd，质量为2m，电阻为2r.另一质量为m，电阻为r的金属棒ab，从圆弧段M处由静止释放下滑至N处进入水平段，棒与导轨始终垂直且接触良好，圆弧段MN半径
15、为R，所对圆心角为60.求： (1)ab棒在N处进入磁场区速度是多大？此时棒中电流是多少？ (2)cd棒能达到的最大速度是多大？ (3)cd棒由静止到达最大速度过程中，系统所能释放的热量是多少？,答案,解析,(1) g g 3 (2) 1 3 g (3) 1 3 mgR,1,2,3,4,(1)ab棒由M下滑到N过程中 mgR(1cos 60) 1 2 mv2. 解得v g . 进入磁场区瞬间，I 2+ g 3 . (2) mv(2mm)v 解得v 1 3 g . (3)系统释放的热量应等于系统机械能的减少量， 故Q 1 2 mv2 1 2 3mv2，解得Q 1 3 mgR.,1,2,3,4,2
16、.如图所示是计算机模拟出的一种宇宙空间的情景，在此宇宙空间内存在这样一个远离其他空间的区域(其他星体对该区域内物体的引力忽略不计)，以MN为界，上半部分匀强磁场的磁感应强度为B1，下半部分匀强磁场的磁感应强度为B2.已知B14B24B0，磁场方向相同，且磁场区域足够大在距离界线MN为h的P点有一宇航员处于静止状态，宇航员以平行于MN的速度向右抛出一质量为m、电荷量为q的带负电小球，发现小球在界线处的速度方向与界线成90角，接着小球进入下半部分磁场当宇航员沿与界线平行的直线匀速到达目标Q点时，刚好又接住球而静止 (1)请你粗略地作出小球从P点运动到Q点的运动轨迹； (2)PQ间的距离是多大？ (3)宇航员的质量是多少？,答案,解析,(2)6h(3) 5 6,1,2,3,4,(1)小球的运动轨迹如图所示 (2)由几何关系可知R1h， 由qvBm v2 和B14B24B0， 可知R24R14h， 由qv1(4B0)m v 1 2 1 ，,(3)设宇航员的速率为v2，因周期T 2 ， 故小球
