（新課標(biāo)）高考物理二輪復(fù)習(xí)簡(jiǎn)易通 第5講 功能關(guān)系在電學(xué)中的應(yīng)用

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1、第5講功能關(guān)系在電學(xué)中的應(yīng)用(12題為單項(xiàng)選擇題，34題為多項(xiàng)選擇題)1.如圖2513所示，平行金屬導(dǎo)軌與水平面間的傾角為，導(dǎo)軌間距為l，電阻不計(jì)、與導(dǎo)軌相連的定值電阻阻值為R.磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)導(dǎo)軌平面有一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒，從ab位置以平行斜面的大小為v的初速度向上運(yùn)動(dòng)，最遠(yuǎn)到達(dá)ab的位置，滑行的距離為s.導(dǎo)體棒的電阻也為R，與導(dǎo)軌之間接觸良好并與導(dǎo)軌始終垂直且動(dòng)摩擦因數(shù)為.則()圖2513A上滑過(guò)程中導(dǎo)體棒受到的最大安培力為B上滑過(guò)程中通過(guò)定值電阻R的電荷量為C上滑過(guò)程中定值電阻R產(chǎn)生的熱量為mgs(sin cos )D上滑過(guò)程中導(dǎo)體棒損失的機(jī)械能為mgssin 解析導(dǎo)體棒在

2、安培力作用下做減速運(yùn)動(dòng)，故導(dǎo)體棒剛開始向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受安培力最大，F(xiàn)mBIl，A錯(cuò)誤上滑過(guò)程通過(guò)定值電阻R的電荷量q，B錯(cuò)誤上滑過(guò)程中根據(jù)能量守恒定律得2Qmgssin mv2，所以Q，導(dǎo)體棒損失的機(jī)械能等于安培力對(duì)其做的功WEmv2mgssin ，C錯(cuò)誤，D正確答案D2.如圖2514所示，一個(gè)帶正電的小球穿在一根絕緣的粗糙直桿AC上，桿與水平方向成角，整個(gè)空間存在著豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直于桿方向斜向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)小球沿桿向下運(yùn)動(dòng)，在A點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為100 J，在C點(diǎn)時(shí)動(dòng)能減為零，D為AC的中點(diǎn)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，則()圖2514A小球在D點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為50 JB小球電勢(shì)能的增加量一定等于重力勢(shì)能的減少

3、量C到達(dá)C點(diǎn)后小球可能沿桿向上運(yùn)動(dòng)D小球在AD段克服摩擦力做的功與小球在DC段克服摩擦力做的功相等解析小球做減速運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)洛將減小球與桿的彈力將變小，所受摩擦力也將變小，合力為變力據(jù)F合xEk可知A錯(cuò)誤；重力勢(shì)能的減少量等于電勢(shì)能和內(nèi)能增量之和，B錯(cuò)誤；若電場(chǎng)力大于重力，小球可能沿桿向上運(yùn)動(dòng)，C正確由于摩擦力為變力，D錯(cuò)誤答案C3.一帶電粒子射入一固定的正點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)中，沿如圖2515所示的虛線由a點(diǎn)經(jīng)b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)，b點(diǎn)離Q最近若不計(jì)重力，則 ()圖2515A帶電粒子帶正電荷B帶電粒子到達(dá)b點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大C帶電粒子從a到b電場(chǎng)力對(duì)其做正功D帶電粒子從b到c電勢(shì)能減小解析從軌跡可知，粒子受到排斥

4、力作用，所以粒子帶正電，選項(xiàng)A正確粒子從a到b電場(chǎng)力對(duì)其做負(fù)功，動(dòng)能減少，電勢(shì)能增大；從b到c電場(chǎng)力對(duì)其做正功，動(dòng)能增大，電勢(shì)能減少，故粒子在b點(diǎn)動(dòng)能最小，勢(shì)能最大，所以選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤，D正確答案AD4電荷量為q1104 C的帶正電的小物塊置于絕緣水平面上，所在空間存在沿水平方向始終不變的電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小與時(shí)間t的關(guān)系和物塊的速度v與時(shí)間t的關(guān)系分別如圖2516甲、乙所示，若重力加速度g取10 m/s2，根據(jù)圖象所提供的信息，下列說(shuō)法正確的是()圖2516A物塊在4 s內(nèi)的總位移x6 mB物塊的質(zhì)量m0.5 kgC物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.2D物塊在4 s內(nèi)電勢(shì)能減少14 J解析由題

5、圖乙可知，物塊前2 s做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，在24 s做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)vt圖象所圍面積可求得前2 s位移x12 m,24 s位移x24 m，總位移為x6 m，A正確又由牛頓第二定律得qE1mgma，且a1 m/s2，2 s后物塊做勻速運(yùn)動(dòng)，有qE2mg由題圖甲知E13104 N/C、E22104 N/C，聯(lián)立可得m1 kg，0.2，B錯(cuò)誤，C正確又因?yàn)殡妱?shì)能的減少量等于電場(chǎng)力所做的功，即EpWE1qx1E2qx214 J，D正確答案ACD5.如圖2517所示，一粗糙水平軌道與一光滑的圓弧形軌道在A處相連接圓弧軌道半徑為R，以圓弧軌道的圓心O點(diǎn)和兩軌道相接處A點(diǎn)所在豎直平面為界，在其右側(cè)空間存在

6、著平行于水平軌道向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)，在左側(cè)空間沒有電場(chǎng)現(xiàn)有一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))，從水平軌道的B位置由靜止釋放，結(jié)果，物塊第一次沖出圓形軌道末端C后還能上升的最高位置為D，且|CD|R.已知物塊與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，B離A處的距離為x2.5R(不計(jì)空氣阻力)，求：圖2517(1)物塊第一次經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)的速度；(2)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大??；(3)物塊在水平軌道上運(yùn)動(dòng)的總路程解析(1)對(duì)物體由A至D運(yùn)用動(dòng)能定理得mg2R0mv解得vA2.(2)對(duì)物體由B至A運(yùn)用動(dòng)能定理得Eq2.5Rmg2.5Rmv0解得E.(3)對(duì)全過(guò)程運(yùn)用動(dòng)能定理得Eq2.5Rmgs0解得sR.答案(1

7、)2(2)(3)R6如圖2518甲所示，傾斜放置的光滑平行導(dǎo)軌，長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)，寬度L0.4 m，自身電阻不計(jì)，上端接有R0.2 的定值電阻，在導(dǎo)軌間MN虛線以下的區(qū)域存在方向垂直導(dǎo)軌平面向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0.5 T的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，MN虛線到磁場(chǎng)的下邊界的距離為28 m在MN虛線上方垂直導(dǎo)軌放有一根電阻r0.1 的金屬棒現(xiàn)將金屬棒無(wú)初速度釋放，其運(yùn)動(dòng)時(shí)的vt圖象如圖2518乙所示重力加速度取g10 m/s2.圖2518(1)求斜面的傾角和金屬棒的質(zhì)量m.(保留三位有效數(shù)字)(2)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中定值電阻R上產(chǎn)生的熱量Q是多少？解析(1)在02 s時(shí)間內(nèi)，對(duì)金屬棒有：F合mgsin 根據(jù)

8、牛頓第二定律F合maagsin 由圖象知a6 m/s2解得：37在t5 s之后金屬棒做勻速運(yùn)動(dòng)，且v6 m/s，金屬棒受力平衡感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBLv感應(yīng)電流IF安mgsin F安BIL解得：m kg0.133 kg.(2)末速度v26 m/s，金屬棒進(jìn)磁場(chǎng)前的位移是12 m，整個(gè)過(guò)程金屬棒位移s40 m由能量關(guān)系有：mgssin Q總mv得Q總29.6 J故電阻R上的熱量QQ總19.7 J.答案(1)370.133 kg(2)19.7 J7(2013浙江卷，24) “電子能量分析器”主要由處于真空中的電子偏轉(zhuǎn)器和探測(cè)板組成偏轉(zhuǎn)器是由兩個(gè)相互絕緣、半徑分別為RA和RB的同心金屬半球面A和B構(gòu)成，A、

9、B為電勢(shì)值不等的等勢(shì)面，其過(guò)球心的截面如圖2519所示一束電荷量為e、質(zhì)量為m的電子以不同的動(dòng)能從偏轉(zhuǎn)器左端M板正中間小孔垂直入射，進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)區(qū)域，最后到達(dá)偏轉(zhuǎn)器右端的探測(cè)板N，其中動(dòng)能為Ek0的電子沿等勢(shì)面C做勻速圓周運(yùn)動(dòng)到達(dá)N板的正中間忽略電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)圖2519(1)判斷半球面A、B的電勢(shì)高低，并說(shuō)明理由；(2)求等勢(shì)面C所在處電場(chǎng)強(qiáng)度E的大?。?3)若半球面A、B和等勢(shì)面C的電勢(shì)分別為A、B和C，則到達(dá)N板左、右邊緣處的電子，經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)前、后的動(dòng)能改變量Ek左和Ek右分別為多少？(4)比較|Ek左|與|Ek右|的大小，并說(shuō)明理由解析(1)電子(帶負(fù)電)做圓周運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力方向指向球心

10、，電場(chǎng)方向從B指向A，B板電勢(shì)高于A板(2)據(jù)題意，電子在電場(chǎng)力作用下做圓周運(yùn)動(dòng)，考慮到圓軌道上的電場(chǎng)強(qiáng)度E大小相同，有：eEmEk0mv2R聯(lián)立解得E(3)電子運(yùn)動(dòng)時(shí)只有電場(chǎng)力做功，根據(jù)動(dòng)能定理，有EkqU對(duì)到達(dá)N板左邊緣的電子，電場(chǎng)力做正功，動(dòng)能增加，有Ek左e(BC)對(duì)到達(dá)N板右邊緣的電子，電場(chǎng)力做負(fù)功，動(dòng)能減小，有Ek右e(AC)(4)根據(jù)電場(chǎng)線特點(diǎn)，等勢(shì)面B與C之間的電場(chǎng)強(qiáng)度大于C與A之間的電場(chǎng)強(qiáng)度，考慮到等勢(shì)面間距相等，有|BC|AC|，即|Ek左|Ek右|.答案(1)B板電勢(shì)高(2)(3)e(BC)e(AC)(4)|Ek左|Ek右|理由見解析8如圖2520甲所示，MN、PQ是固定

11、于同一水平面內(nèi)相互平行的粗糙長(zhǎng)直導(dǎo)軌，間距L2.0 m，R是連在導(dǎo)軌一端的電阻，質(zhì)量m1.0 kg的導(dǎo)體棒ab垂直跨在導(dǎo)軌上，電壓傳感器與這部分裝置相連導(dǎo)軌所在空間有一磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.50 T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)從t0開始對(duì)導(dǎo)體棒ab施加一個(gè)水平向左的拉力，使其由靜止開始沿導(dǎo)軌向左運(yùn)動(dòng)，電壓傳感器測(cè)出R兩端的電壓隨時(shí)間變化的圖線如圖2520乙所示，其中OA、BC段是直線，AB段是曲線假設(shè)在1.2 s以后拉力的功率P4.5 W保持不變導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒ab的電阻均可忽略不計(jì)，導(dǎo)體棒ab在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直，且接觸良好，不計(jì)電壓傳感器對(duì)電路的影響g取10 m/s2.求：圖2520(1)導(dǎo)體棒a

12、b最大速度vm的大?。?2)在1.2 s2.4 s的時(shí)間內(nèi)，該裝置總共產(chǎn)生的熱量Q；(3)導(dǎo)體棒ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)和電阻R的值解析(1)從題圖乙可知，2.4 s時(shí)R兩端的電壓最大，Um1.0 V，由于導(dǎo)體棒內(nèi)阻不計(jì)，故UmEmBLvm1.0 V，所以vm1.0 m/s(2)因?yàn)閁EBLv，而B、L為常數(shù)，所以由題圖乙知，在01.2 s內(nèi)導(dǎo)體棒做勻加速直線運(yùn)動(dòng)設(shè)導(dǎo)體棒在這段時(shí)間內(nèi)的加速度為a，t11.2 s時(shí)導(dǎo)體棒的速度為v1，由題圖乙可知此時(shí)電壓U10.90 V.因?yàn)閁1E1BLv1所以v10.90 m/s在1.2 s2.4 s時(shí)間內(nèi)，根據(jù)功能關(guān)系mvPtmvQ代入數(shù)據(jù)解得Q5.3 J(3)導(dǎo)體棒做勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度a0.75 m/s2當(dāng)t11.2 s時(shí)，設(shè)拉力為F1，則有F15.0 N同理，當(dāng)t22.4 s時(shí)，設(shè)拉力為F2，則有F24.5 N對(duì)ab棒受力分析如圖所示，根據(jù)牛頓第二定律有F1FfF安1maF2FfF安20mgFN0又因?yàn)镕安1BI1LF安2BI2LFfFN聯(lián)立，代入數(shù)據(jù)可求得R0.4 ，0.2.答案(1)1.0 m/s(2)5.3 J(3)0.20.4