2020屆高考物理二輪復習 專題2 能量與動量 第2講 能量觀點在電磁學中的應用練習

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1、第2講 能量觀點在電磁學中的應用 一、選擇題：每小題給出的四個選項中，第1～3題只有一項符合題目要求，第4～5題有多項符合題目要求． 1．(2019年齊齊哈爾一模)在光滑的絕緣水平面上，有一個正方形abcd，對角線的交點為O，頂點a、c分別固定一個正點電荷，電荷量相等，如圖所示，若將一個帶負電的粒子P置于b點，自由釋放，粒子P將沿著對角線bd運動，則在線段bd上(　　) A．O點的電場強度最大 B．O點電勢最低 C．粒子P在O點時電勢能最大 D．粒子P在O點時動能最大 【答案】D 2．(2019年甘肅五市二模)如圖所示，一帶電小球質(zhì)量為m，用絲線懸掛于O點，并在豎直平面內(nèi)擺

2、動，最大擺角為60°，水平磁場垂直于小球擺動的平面，當小球自左側(cè)擺到最低點時，懸線上的張力恰為零，則小球自右側(cè)擺到最低點時懸線上的張力為(　　) A．0 B．2mg C．4mg D．6mg 【答案】C 3．(2018年陜西韓城三模)如圖所示，O點處有一固定的點電荷，虛線是等勢面，另外兩個質(zhì)量及電量絕對值相等的帶電粒子M、N以大小相同的速度射入點電荷的電場，僅在電場力作用下兩個粒子運動的軌跡如圖中實線所示，取無窮遠電勢為零，則下列說法正確的是(　　) A．M、N帶異種電荷，M和O點處點電荷電性相同 B．M從a點運動到b點的過程中，電勢能先增大后減小 C．N從c點運動到d點的

3、過程中，動能先減小后增大 D．N在d點的電勢能比M在a點電勢能小 【答案】C 4．(2019年河南鄭州二模)如圖，MN和PQ是電阻不計的平行金屬導軌，其間距為L，導軌彎曲部分光滑，平直部分粗糙，固定在水平面上，右端接一個阻值為R的定值電阻，平直部分導軌左邊區(qū)域有寬度為d、方向豎直向上、磁感應強度大小為B的勻強磁場，質(zhì)量為m、電阻也為R的金屬棒從高為h處由靜止釋放，到達磁場右邊界處恰好停止．已知金屬棒與平直部分導軌間的動摩擦因數(shù)為μ，金屬棒與導軌間接觸良好，則金屬棒穿過磁場區(qū)域的過程中(重力加速度為g)(　　) A．金屬棒中的最大電流為 B．金屬棒克服安培力做的功為mgh C．通過

4、金屬棒的電荷量為 D．金屬棒產(chǎn)生的電熱為mg(h－μd) 【答案】CD 5．(2018年山東泰安二模)如圖所示，水平面內(nèi)的等邊三角形ABC的邊長為L，兩個等量異種點電荷＋Q和－Q分別固定于A、B兩點．光滑絕緣直導軌CD的上端點D位于到A、B中點的正上方，且與A、B兩點的距離均為L.在D處質(zhì)量為m、電荷量為＋q的小球套在軌道上(忽略它對原電場的影響)，并由靜止釋放，已知靜電力常量為k，重力加速度為g.忽略空氣阻力，則下列說法正確的是(　　) A．D點的場強大小為 B．小球到達CD中點時，其加速度為零 C．小球剛到達C點時，其動能為mgL D．小球沿直軌道CD下滑過程中，其電勢能先

5、增大后減小 【答案】AC 【解析】根據(jù)點電荷產(chǎn)生的電場的性質(zhì)可知，負電荷在D處的電場強度沿DB方向，正電荷在D處的電場強度沿AD方向，兩個點電荷的電量是相等的，所以兩個點電荷在D點的電場強度的大小相等，則它們的合場強的方向沿AD、DB的角平分線；由庫侖定律得，A、B在D點的場強EA＝E＝k，則D點的場強ED＝EAcos 60°＋EBcos 60°＝k，故A正確；當小球到達CD中點時，小球受重力、支持力、正電荷的排斥力、負電荷的吸引力，對其受力分析可知，重力和支持力的合力與正電荷的排斥力和負電荷的吸引力的合力不在同一平面上，故兩個合力不可能平衡，故加速度不為零，故B錯誤；由于C與D到A、B的

6、距離都等于L，結(jié)合等量異種點電荷的電場特點可知，C點與D點在同一等勢面上，電場力不做功，故小球的電勢能不變，下落過程只有重力做功，即mg·＝mv2，又幾何關(guān)系可知＝L·sin 60°＝L，小球的動能Ek＝mv2＝mgL，故C正確，D錯誤．故選AC. 二、非選擇題 6．(2019年資陽模擬)如圖所示，一足夠大的傾角θ＝30°的粗糙斜面上有一個粗細均勻的由同種材料制成的金屬線框abcd，線框的質(zhì)量m＝0.6 kg，其電阻值R＝1.0 Ω，ab邊長L1＝1 m，bc邊長L2＝2 m，與斜面之間的動摩擦因數(shù)μ＝.斜面以EF為界，EF上側(cè)有垂直于斜面向上的勻強磁場．一質(zhì)量為M的物體用絕緣細線跨過光滑

7、定滑輪與線框相連，連接線框的細線與斜面平行且線最初處于松弛狀態(tài)．現(xiàn)先釋放線框再釋放物體，當cd邊離開磁場時線框即以v＝2 m/s的速度勻速下滑，在ab邊運動到EF位置時，細線恰好被拉直繃緊(時間極短)，隨即物體和線框一起做勻速運動，t＝1 s后開始做勻加速運動．取g＝10 m/s2，求： (1)勻強磁場的磁感應強度B； (2)細繩繃緊前，M下降的高度H； (3)系統(tǒng)在線框cd邊離開磁場至重新進入磁場過程中損失的機械能ΔE. 【答案】(1)1 T　(2)1.8 m　(3)21.6 J 【解析】(1)線框cd邊離開磁場后受到的安培力 F＝BIL1＝ 線框cd邊離開磁場時勻速下滑，

8、由平衡條件得 mgsin θ－μmgcos θ－F＝0，解得B＝1 T. (2)由題意，線框第二次勻速運動方向向上，設(shè)其速度為v1，細線拉力為T 則勻速運動的速度v1＝＝ m/s＝2 m/s 對線框，由平衡條件得 T－mgsin θ－μmgcos θ－＝0 對物體，由平衡條件得T－Mg＝0 設(shè)繩突然繃緊過程中繩子作用力的沖量為I，由動量定理得 對線框：I＝mv1－m(－v) 對物體：－I＝Mv1－Mv0 繩繃緊前M自由下落v＝2gH，解得H＝1.8 m. (3)根據(jù)能量守恒定律得 線框勻速下滑過程Q1＝mgL2sin θ 繩子突然繃緊過程Q2＝Mv＋mv2－(M＋m)

9、v 線框勻速上滑過程Q3＝MgL2－mgL2sin θ 損失的機械能ΔE＝Q1＋Q2＋Q3，解得ΔE＝21.6 J. 7．(2019年陜西韓城三模)某同學用如圖所示的裝置研究電磁阻尼現(xiàn)象．ACDE、FGHI為相互平行的軌道，AC、FG段是半徑為r的四分之一圓弧，CDE、GHI段在同一水平面內(nèi)，CG連線與軌道垂直，兩軌道間距為L，在E、I端連接阻值為R的定值電阻，一長度也為L、質(zhì)量為m的金屬導棒固定在軌道上緊靠A、F端，導體棒與導軌垂直并接觸良好，導棒的電阻也為R，其他電阻不計，整個軌道處在豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度大小為B，閉合開關(guān)S，讓導棒由靜止釋放，導棒在下滑過程中始終與導軌接

10、觸良好，當導棒運動到與CG重合時，速度大小為v，導棒最終靜止在水平軌道DE、HI段某處，電阻R上產(chǎn)生的熱量為Q，軌道DE、HI段粗糙且足夠長，其他部分光滑，重力加速度為g，求： (1)導棒運動到與CG重合時，通過定值電阻R的電量； (2)導棒運動到與CG重合時，導棒的加速度大??； (3)若斷開開關(guān)S，再讓導棒從軌道上緊靠F、A處由靜止釋放，則導棒在HI、DE段滑行的距離x2是電鍵閉合時，導棒滑下在HI、DE段滑行的距離x1的多少倍？ 【答案】(1)q＝　(2)a＝ (3)＝ 【解析】(1)當導棒運動到與CG重合時，通過定值電阻R的電量 q＝·Δt；＝； ＝解得q＝ (2)導體棒運動到與CG重合時，回路中的瞬時電動勢E＝BLv 回路中的電流為I＝＝ 導體棒受到的安培力F＝BIL＝ 水平方向的加速度a＝＝ 導體棒做圓周運動的向心加速度a2＝ 所以，合加速度a＝＝ (3)電鍵閉合時，由于導體棒與定值電阻串聯(lián)，因此導棒上產(chǎn)生的熱量也為Q； 根據(jù)能量守恒，導體棒因摩擦產(chǎn)生的熱量 Q1＝mgr－2Q 若電鍵斷開，根據(jù)能量守恒可知，導體棒在HI、DE段因摩探產(chǎn)生的熱量Q2＝mgr由功能關(guān)系Q1＝μmgx1 Q2＝μmgx2 因此＝＝ - 6 -