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1、第2课时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和在交变电场内
2、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(双选)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1A这一过程中带电物体的电势能先增加后减小，其变化量为0B水平恒力与电场力的比为95C水平恒力与电场力的比为73D物体先向右加速到最右端，然
3、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a1，位移s1a1t2，撤去恒力F后a2，位移s2a1t2ta2(2t)2，根据s1s2得，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 (单选)如图2实线为电场中一条竖
4、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2A该电场可能是竖直向上的匀强电场，且EBA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E，否则小球从静止开始只能沿AB做单向直线运动，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qEAmg，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
5、，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(双选)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、电荷量q0.2 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t0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3A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
6、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 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 m/s23 m/s2.可知滑块先与木
7、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/s2，一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 (双选)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
8、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点进入板间，在板间的运动过程中()图4A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
9、、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、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s13.2 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s20.5 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，g1
10、0 m/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 30Mgcos 30Ma1由运动学公式得vv2a1s1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Qmgs2sin 30mgs2cos 30mv2解得v4 m/s金属棒刚开始运动时加
11、速度最大，此时感应电动势EBdv4 V感应电流I0.4 A安培力FBId0.4 N由牛顿第二定律得mgsin 30mgcos 30Fmam解得am12 m/s2.(3)通过电阻R的电荷量q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d1.0 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
12、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m0.1 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；(2)磁感应强度B的大小答案(1)6 m/s2(2)1 T解析(1)S断开时ab做匀加速直线运动由图乙可知a6 m/s2根据牛顿第二定律有：mgsin ma所以sin .(2)t0.5 s时S闭合，ab先做加速度减小的加速运动，当速度
13、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BIdEBdvmI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
14、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M2m(1分)导体棒达到最大速度vm时满足：(m)gMgsin 30BIml(2分)此时EmBlvm(1分)电路中电流Im(1分)由得vm(2分)(2)导体棒速度达到最大速度一半时EBl(2分)电路中电流I(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(m)gMgsin 30BIl(mM)a(2分)由式得a(1分)答案(1)(2)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处由静止开始下落，穿过小孔到达下极板处速度恰为零(空气阻力忽略不计，极板间电场可视为匀强电场，重力加速度为g)求：图8(1)小球到达小孔处的速度；(2)极板间电场强度的大小和电容器所带电荷量；(3)小球从开始下落运动到下极板处的时间答案(1)，方向竖直向下(2)C(3
