《高考物理二轮复习 专题二 第6讲 功能关系在电磁学中的应用课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理二轮复习 专题二 第6讲 功能关系在电磁学中的应用课件.ppt（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第6讲功能关系在电磁学中的应用答案答案D2.(2015新新课课标标全全国国卷卷，15)如如图1，直直线a、b和和c、d是是处于于匀匀强强电场中中的的两两组平平行行线，M、N、P、Q是是它它们的的交交点点，四四点点处的的电势分分别为M、N、P、Q。一一电子子由由M点点分分别运运动到到N点点和和P点的点的过程中，程中，电场力所做的力所做的负功相等。功相等。则()图图1A.直直线a位于某一等位于某一等势面内，面内，MQB.直直线c位于某一等位于某一等势面内，面内，MNC.若若电子由子由M点运点运动到到Q点，点，电场力做正功力做正功D.若若电子由子由P点运点运动到到Q点，点，电场力做力做负功功解解析析
2、电电子子带带负负电电荷荷，电电子子由由M点点分分别别运运动动到到N点点和和P点点的的过过程程中中，电电场场力力所所做做的的负负功功相相等等，有有WMNWMP0，而而WMNqUMN，WMPqUMP，q0，所所以以有有UMNUMP0，即即MNP，匀匀强强电电场场中中等等势势线线为为平平行行的的直直线线，所所以以NP和和MQ分分别别是是两两条条等等势势线线，有有MQ，故故A错错误误，B正正确确；电电子子由由M点点到到Q点点过过程程中中，WMQq(MQ)0，电电子子由由P点点到到Q点点过过程程中中，WPQq(PQ)0，故，故C、D错误。错误。答案答案B3.(2013浙江卷浙江卷，24)“电子能量分析器
3、子能量分析器”主要由主要由处于真空中的于真空中的电子子偏偏转器和探器和探测板板组成。偏成。偏转器是由两个相互器是由两个相互绝缘、半径分、半径分别为RA和和RB的同心金属半球面的同心金属半球面A和和B构成，构成，A、B为电势值不等的等不等的等势面，其面，其过球心的截面如球心的截面如图2所示。一束所示。一束电荷量荷量为e、质量量为m的的电子以不同的子以不同的动能从偏能从偏转器左端器左端M板正中板正中间小孔垂直入射，小孔垂直入射，进入偏入偏转电场区域，最后到达偏区域，最后到达偏转器右端的探器右端的探测板板N，其中，其中动能能为Ek0的的电子沿等子沿等势面面C做匀速做匀速圆周运周运动到达到达N板的正中
4、板的正中间。忽。忽略略电场的的边缘效效应。图图2(1)判断半球面判断半球面A、B的的电势高低，并高低，并说明理由；明理由；(2)求等求等势面面C所在所在处电场强强度度E的大小；的大小；(3)若若半半球球面面A、B和和等等势面面C的的电势分分别为A、B和和C，则到到达达N板板左左、右右边缘处的的电子子，经过偏偏转电场前前、后后的的动能能改改变量量Ek左左和和Ek右右分分别为多少？多少？(4)比比较|Ek左左|与与|Ek右右|的大小，并的大小，并说明理由。明理由。(3)电子运动时只有电场力做功，根据动能定理，有电子运动时只有电场力做功，根据动能定理，有EkqU对对到到达达N板板左左边边缘缘的的电电
5、子子，电电场场力力做做正正功功，动动能能增增加加，有有Ek左左e(BC)对对到到达达N板板右右边边缘缘的的电电子子，电电场场力力做做负负功功，动动能能减减小小，有有Ek右右e(AC)(4)根据电场线特点，等势面根据电场线特点，等势面B与与C之间的电场强度大于之间的电场强度大于C与与A之间的之间的电场强度，考虑到等势面间距相等，有电场强度，考虑到等势面间距相等，有|BC|AC|，即，即|Ek左左|Ek右右|。图图3(1)无无电场时，小球到达，小球到达A点点时的的动能与初能与初动能的比能的比值；(2)电场强强度的大小和方向。度的大小和方向。5.(2015新课标全国卷新课标全国卷，24)如如图4，一
6、，一质量量为m、电荷量荷量为q(q0)的粒子在匀的粒子在匀强强电场中运中运动，A、B为其运其运动轨迹上的两点。已迹上的两点。已知知该粒子在粒子在A点的速度大小点的速度大小为v0，方向与，方向与电场方向的方向的夹角角为60；它运；它运动到到B点点时速度方向与速度方向与电场方向的方向的夹角角为30。不。不计重力。重力。求求A、B两点两点间的的电势差。差。图图4主要题型：主要题型：选择题和和计算算题知识热点知识热点(1)结合合电势、电势差考差考查电场力的功。力的功。(2)结合合电场力力的的功功、安安培培力力的的功功、摩摩擦擦力力的的功功考考查对功功能能关关系的理解。系的理解。(3)功能关系、能量守恒
7、在功能关系、能量守恒在电磁感磁感应现象中的象中的应用。用。思想方法思想方法(1)守恒法守恒法(2)过程分解法程分解法(3)过程程组合法合法(4)模型法模型法考向一电场中的功能关系考向一电场中的功能关系核心知识核心知识规律方法规律方法在解决电学中功能关系问题时应注意以下几点：在解决电学中功能关系问题时应注意以下几点：(1)洛洛伦兹力在任何情况下都不做功；力在任何情况下都不做功；(2)电场力做功与路径无关，力做功与路径无关，电场力做的功等于力做的功等于电势能的能的变化；化；(3)力学中的几个功能关系在力学中的几个功能关系在电学中仍然成立。学中仍然成立。1.(2015北北京京市市海海淀淀区区高高三三
8、测测试试)地地球球表表面面附附近近某某区区域域存存在在大大小小为150N/C、方方向向竖直直向向下下的的电场。一一质量量为1.00104kg、带电荷荷量量为1.00107C的的小小球球从从静静止止释放放，在在电场区区域域内内下下落落10.0m。对此此过程程，该小小球球的的电势能能和和动能能的的改改变量量分分别为(重力加速度大小取重力加速度大小取9.80m/s2，忽略空气阻力，忽略空气阻力)()A.1.50104J和和9.95103JB.1.50104J和和9.95103JC.1.50104J和和9.65103JD.1.50104J和和9.65103J解解析析 在在电电场场区区域域内内下下落落1
9、0.0 m，电电场场力力做做功功WqEh1.00107C150N/C10.0m1.50104J，该该小小球球的的电电势势能能增增加加1.50104J。由由动动能能定定理理可可知知，动动能能的的改改变变量量为为Wmgh1.50104J1.00104kg9.80m/s210.0m9.65103J，选项选项D正确。正确。答案答案D2.(多多选选)空空间存存在在匀匀强强电场，有有一一带电荷荷量量为q(q0)、质量量为m的的粒粒子子从从O点点以以速速率率v0射射入入电场，运运动到到A点点时速速率率为2v0；现有有另另一一带电荷荷量量为q、质量量为m的的粒粒子子以以速速率率2v0仍仍从从O点点射射入入该电
10、场，运，运动到到B点点时速率速率为3v0，若忽略重力的影响，若忽略重力的影响，则()A.在在O、A、B三点中，三点中，B点点电势最高最高B.在在O、A、B三点中，三点中，A点点电势最高最高C.OA间的的电势差比差比BO间的的电势差大差大D.OA间的的电势差比差比BA间的的电势差小差小答案答案AD3.(多选多选)(2015山东理综山东理综，20)如如图5甲所示，两水平金属板甲所示，两水平金属板间距距为d，板，板间电场强强度的度的变化化规律如律如图乙所示。乙所示。t0时刻，刻，质量量为m的的带电微粒以初速度微粒以初速度v0沿中沿中线射入两板射入两板间，0时间内微粒匀内微粒匀速运速运动，T时刻微粒恰
11、好刻微粒恰好经金属板金属板边缘飞出。微粒运出。微粒运动过程中未程中未与金属板接触。重力加速度的大小与金属板接触。重力加速度的大小为g。关于微粒在。关于微粒在0T时间内内运运动的描述，正确的是的描述，正确的是()图图5答案答案BC图图6(1)小物小物块b经过桌面右桌面右侧边缘B点点时的速度大小；的速度大小；(2)释放后，小物放后，小物块b在运在运动过程中克服摩擦力做的功；程中克服摩擦力做的功；(3)小物小物块b在半在半圆轨道运道运动中最大速度的大小。中最大速度的大小。考向二功能观点在电磁感应问题中的应用核心知识核心知识规律方法规律方法电磁感应中焦耳热的求法电磁感应中焦耳热的求法1.如图7所示，固
12、定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d，其右端接有阻值为R的电阻，整个装置处在竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为。现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离l时，速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直)。设杆接入电路的电阻为r，导轨电阻不计，重力加速度大小为g。则此过程中()图图7答案答案D2.(多选多选)(2015太原市高三年级第二学段测太原市高三年级第二学段测评评)如如图8所示，在磁感所示，在磁感应强强度度B0.50T的的匀匀强强磁磁场
13、中，两平行光滑金属中，两平行光滑金属导轨竖直放直放置，置，导体棒体棒PQ在在竖直向上的拉力直向上的拉力F的作用的作用下向下做初速度下向下做初速度为0、加速度、加速度a5m/s2的匀的匀加速直加速直线运运动，两，两导轨间距离距离L1.0m，电阻阻R1.0，导体棒体棒质量量m1kg，导体棒体棒和和导轨接触良好且接触良好且电阻均不阻均不计，取，取g10m/s2，则下列下列说法中正确的是法中正确的是()图图8A.导体棒运行体棒运行2s时，拉力的功率，拉力的功率为25WB.拉力拉力F所做的功等于所做的功等于导体棒减少的机械能体棒减少的机械能C.t4s时，导体棒所受安培力体棒所受安培力为5ND.导体棒运行
14、体棒运行2s的的过程中，通程中，通过电阻的阻的电荷量荷量为2.5C答案答案AC3.如如图9所示，一所示，一质量量为m，边长为h的正方形的正方形金属金属线框框abcd自某一高度静止下落，依次自某一高度静止下落，依次经过两匀两匀强强磁磁场区域，且金属区域，且金属线框框bc边的初始的初始位置离磁位置离磁场B1的上的上边界的高度界的高度为h/4，两磁，两磁场的磁感的磁感应强强度分度分别为B1和和B2，且，且B12B0，B2B0(B0已知已知)，两磁，两磁场的的间距距为H(H未知，未知，但但Hh)，线框框进入磁入磁场B1时，恰好做匀速，恰好做匀速运运动，速度，速度为v1(v1已知已知)，从磁，从磁场B1
15、中穿出后中穿出后又以又以v2匀速通匀速通过宽度也度也为h的磁的磁场B2。图图9(1)求求v1与与v2的比的比值；(2)写出写出H与与h的关系式；的关系式；(3)若地面离磁若地面离磁场B2的下的下边界的高度界的高度为h，求金属，求金属线框下落到地面框下落到地面所所产生的生的热量。量。(用用m、h、g表示表示)4.如如图10甲所示，甲所示，MN、FQ为间距距L0.5m且足且足够长的粗糙平行的粗糙平行导轨，NQMN，导轨的的电阻不阻不计。导轨平面与水平面平面与水平面间的的夹角角37，N、Q间连接有一个阻接有一个阻值R4的的电阻。有一匀阻。有一匀强强磁磁场垂直于垂直于导轨平面且方向向上，磁感平面且方向
16、向上，磁感应强强度度为B01T。将。将一根一根质量量为m0.05kg、电阻阻为r的金属棒的金属棒ab紧靠靠NQ放置在放置在导轨上，且与上，且与导轨接触良好。接触良好。现由静止由静止释放金属棒，当金属棒滑放金属棒，当金属棒滑行至行至cd处时刚好达到好达到稳定速度，已知在此定速度，已知在此过程中通程中通过金属棒横金属棒横截面的截面的电荷量荷量q0.2C，且金属棒的加速度，且金属棒的加速度a与速度与速度v的关系如的关系如图乙所示，乙所示，设金属棒沿金属棒沿导轨向下运向下运动过程中始程中始终与与NQ平行。平行。(g10m/s2，sin370.6，cos370.8)。求：。求：图图10(1)金属棒与金属
17、棒与导轨平面平面间的的动摩擦因数摩擦因数和金属棒的内阻和金属棒的内阻r；(2)金属棒滑行至金属棒滑行至cd处的的过程中，程中，电阻阻R上上产生的生的热量。量。答案答案(1)0.51(2)0.08J解决电磁感应能量问题的基本思路解决电磁感应能量问题的基本思路(1)确定感应电动势的大小和方向。确定感应电动势的大小和方向。(2)画出等效电路图并求出电流。画出等效电路图并求出电流。(3)进行受力情况分析和做功情况分析。进行受力情况分析和做功情况分析。(4)明确在此过程中的能量变化情况。明确在此过程中的能量变化情况。(5)用动能定理或能量守恒定律解题。用动能定理或能量守恒定律解题。高频考点六应用动力学知
18、识和功能关系解决力、电综合问题(20分分)如如图11甲甲所所示示，aa、bb、cc、dd为四四条条平平行行金金属属轨道道，都都处在在水水平平面面内内。aa、dd间距距为2L，bb、cc间距距为L。磁磁感感应强强度度为B的的有有界界匀匀强强磁磁场垂垂直直于于纸面面向向里里，边界界与与轨道道垂垂直直。ab、cd两两段段轨道道在在磁磁场区区域域正正中中间，到到磁磁场左左右右边界界的的距距离离均均为s。轨道道电阻阻不不计且且光光滑滑，在在ad之之间接接一一阻阻值为R的的定定值电阻阻。现用用水水平平向向右右的的力力拉拉着着质量量为m、长为2L的的均均匀匀金金属属杆杆从从磁磁场左左侧某某处由由静静止止开开
19、始始向向右右运运动，金金属属杆杆的的电阻阻与与其其长度度成成正正比比，金金属属杆杆与与轨道道接接触触良良好好，且且运运动过程程中中不不转动，忽忽略略与与ab、cd重合的短重合的短暂时间内速度的内速度的变化。化。(1)证明明：若若拉拉力力为恒恒力力，无无论金金属属杆杆的的电阻阻r为多多少少，都都不不能能使使金属杆保持匀速通金属杆保持匀速通过整个磁整个磁场；(2)若若金金属属杆杆的的电阻阻r2R，保保持持拉拉力力为F不不变，使使金金属属杆杆进入入磁磁场后后立立刻刻做做匀匀速速直直线运运动，当当金金属属杆杆到到达达磁磁场右右边界界时，速速度度大大小小为v。试求此次通求此次通过磁磁场过程中，整个回路放
20、出的程中，整个回路放出的总热量；量；(3)若金属杆的若金属杆的电阻阻r2R，通，通过改改变拉力的大小，使金属杆从磁拉力的大小，使金属杆从磁场左左侧某某处从静止开始出从静止开始出发，保持匀加速运，保持匀加速运动到达磁到达磁场右右边界。界。已知金属杆即将到达已知金属杆即将到达ab、cd位置的位置的时拉力的大小拉力的大小为F0，已在，已在图乙乙中中标出。出。试在在图乙中定性画出拉力大小随乙中定性画出拉力大小随时间变化的关系化的关系图象象(不不需要需要标明关明关键点的具体坐点的具体坐标，但，但图象象应体体现各段各段过程的差异程的差异)。图图11审题指导审题指导(1)要要想想使使金金属属杆杆保保持持匀匀
21、速速通通过过整整个个磁磁场场，外外力力和和安安培培力力之之间间的的关系是什么？安培力与哪些因素有关？关系是什么？安培力与哪些因素有关？(2)电电路路的的连连接接方方式式是是什什么么？哪哪一一部部分分相相当当于于电电源源？哪哪一一部部分分相当于外电路？相当于外电路？(3)当当金金属属杆杆做做匀匀速速运运动动时时，外外力力F与与安安培培力力之之间间有有什什么么关关系系？安培力的表达式是怎样的？安培力的表达式是怎样的？(4)求解回路中产生的总热量时，能应用公式求解回路中产生的总热量时，能应用公式QI2Rt吗？吗？(5)画拉力随时间变化的图象时，要先写出拉力画拉力随时间变化的图象时，要先写出拉力F与与
22、t之间的函之间的函数关系，找出拉力变化的趋势，再分析拉力的突变点在何位置，数关系，找出拉力变化的趋势，再分析拉力的突变点在何位置，发生了怎样的变化。发生了怎样的变化。比比较较可可得得进进入入ab、cd右右侧侧后后Ft图图线线的的斜率变小。斜率变小。由于物体做匀加速运动，所以在由于物体做匀加速运动，所以在ab、cd左侧运动的时间比在左侧运动的时间比在ab、cd右侧运动的右侧运动的时间要长，如图所示。时间要长，如图所示。(5分分)(1)不不管管题题目目所所给给信信息息量量的的大大小小，解解决决问问题题的的根根本本方方法法没没有有改改变变。以以该该题题为为例例，解解决决电电路路问问题题的的基基本本方
23、方法法是是找找出出各各部部分分的的连连接接方方式式，题题中中的的难难点点是是金金属属杆杆通通过过ab、cd前前后后金金属属杆杆接接入入电电路路的的电电阻阻不不同同，所所以以需需要要分分别别对对两两个个过过程程进进行行电电路路分分析析和和受受力分析。力分析。(2)分分析析清清楚楚电电路路结结构构和和受受力力情情况况后后，关关键键是是研研究究运运动动情情况况、能量的转化情况。能量的转化情况。(20分分)如如图12所示，平行金属所示，平行金属导轨与水平面与水平面间夹角均角均为37，导轨间距距为1m，电阻不阻不计，导轨足足够长。两根金属棒。两根金属棒ab和和ab的的质量都是量都是0.2kg，电阻都是阻
24、都是1，与，与导轨垂直放置且接触良好，垂直放置且接触良好，金属棒和金属棒和导轨之之间的的动摩擦因数摩擦因数为0.25，两个，两个导轨平面平面处均存均存在着垂直在着垂直轨道平面向上的匀道平面向上的匀强强磁磁场(图中未画出中未画出)，磁感，磁感应强强度度B的大小相同。的大小相同。让ab固定不固定不动，将金属棒，将金属棒ab由静止由静止释放，当放，当ab下滑速度达到下滑速度达到稳定定时，整个回路消耗的，整个回路消耗的电功率功率为8W。求：。求：图图12(1)ab下滑的最大加速度；下滑的最大加速度；(2)ab下下落落了了30m高高度度时，其其下下滑滑速速度度已已经达达到到稳定定，则此此过程程中中回路回路电流的流的发热量量Q为多大？多大？(3)如果将如果将ab与与ab同同时由静止由静止释放，当放，当ab下落了下落了30m高度高度时，其，其下滑速度也已下滑速度也已经达到达到稳定，定，则此此过程中回路程中回路电流的流的发热量量Q为多多大？大？(g10m/s2，sin370.6，cos370.8)答案答案(1)4m/s2(2)30J(3)75J
