2019年高考物理 考綱解讀與熱點(diǎn)難點(diǎn)突破 專題05 功能關(guān)系在電磁學(xué)中的應(yīng)用教學(xué)案.doc

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專題05 功能關(guān)系在電磁學(xué)中的應(yīng)用【2019年高考考綱解讀】(1)靜電力做功的特點(diǎn)(2)動(dòng)能定理在電磁學(xué)中的應(yīng)用(3)帶電體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)洛倫茲力不做功，機(jī)械能也可守恒(4)功能關(guān)系、能量守恒在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的應(yīng)用【命題趨勢(shì)】高考常對(duì)電學(xué)問(wèn)題中的功能關(guān)系進(jìn)行考查，特別是動(dòng)能定理的應(yīng)用此類題目的特點(diǎn)是過(guò)程復(fù)雜、綜合性強(qiáng)，主要考查學(xué)生綜合分析問(wèn)題的能力預(yù)計(jì)2016年高考此類題目仍會(huì)出現(xiàn) 【變式探究】如圖所示為某示波管內(nèi)的聚焦電場(chǎng)，實(shí)線和虛線分別表示電場(chǎng)線和等勢(shì)線兩電子分別從 a、b兩點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)，設(shè)電場(chǎng)力對(duì)兩電子做的功分別為Wa和Wb，a、b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小分別為Ea和Eb，則()AWa Wb，Ea Eb BWaWb，Ea EbCWaWb，EaEb DWaWb，Ea Eb，故A對(duì)，C錯(cuò)【特別提醒】處理此問(wèn)題應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)，可運(yùn)用動(dòng)能定理對(duì)全程列式在運(yùn)用動(dòng)能定理處理電學(xué)問(wèn)題時(shí)應(yīng)注意運(yùn)動(dòng)過(guò)程的選取，特別應(yīng)注意電場(chǎng)力和摩擦力做功的特點(diǎn)【變式探究】如圖254所示，有三根長(zhǎng)度均為L(zhǎng)0.3 m的不可伸長(zhǎng)的絕緣細(xì)線，其中兩根的一端分別固定在天花板上的P、Q兩點(diǎn)，另一端分別拴有質(zhì)量均為m0.12 kg的帶電小球A和B，其中A球帶正電，電荷量為q3106 CA、B之間用第三根線連接起來(lái)在水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)E作用下，A、B保持靜止，懸線仍處于豎直方向，且A、B間細(xì)線恰好伸直(靜電力常量k9109 Nm2/C2，取g10 m/s2)圖254(1)此勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E為多大；(2)現(xiàn)將PA之間的線燒斷，由于有空氣阻力，A、B球最后會(huì)達(dá)到新的平衡位置求此時(shí)細(xì)線QB所受的拉力FT的大小，并求出A、B間細(xì)線與豎直方向的夾角；(3)求A球的電勢(shì)能與燒斷前相比改變了多少(不計(jì)B球所帶電荷對(duì)勻強(qiáng)電場(chǎng)的影響)【答案】(1)3105 N/C(2)2.4 N37(3)增加0.108 J(2)兩球及細(xì)線最后位置如圖所示，QB的拉力FT2mg20.1210 N2.4 N 由式解得v22粒子在第2層磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力充當(dāng)向心力，有qv2Bm由式解得r2(2)設(shè)粒子在第n層磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度為vn,軌跡半徑為rn(各量的下標(biāo)均代表粒子所在層數(shù)，下同)nqEdmvqvnBm圖1圖2當(dāng)n1時(shí)，由圖2看出r1sin 1d由式得sin nB(3)若粒子恰好不能從第n層磁場(chǎng)右側(cè)邊界穿出，則nsin n1在其他條件不變的情況下，換用比荷更大的粒子，設(shè)其比荷為，假設(shè)能穿出第n層磁場(chǎng)右側(cè)邊界，粒子穿出時(shí)的速度方向與水平方向的夾角為n，由于 克服摩擦力做的總功為：Wff(l1l2)在t時(shí)間內(nèi)，消耗在電阻R上的功為：WRI2Rt根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，外力在t時(shí)間內(nèi)做的功為：WWfWR外力的功率為：P由至式可得：Pmgr【特別提醒】1功能關(guān)系在電學(xué)中應(yīng)用的題目，一般過(guò)程復(fù)雜且涉及多種性質(zhì)不同的力，因此，通過(guò)審題，抓住受力分析和運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析是關(guān)鍵，然后根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)過(guò)程各力做功的特點(diǎn)來(lái)選擇規(guī)律求解2動(dòng)能定理和能量守恒定律在處理電學(xué)中能量問(wèn)題時(shí)仍然是首選的規(guī)律【變式探究】 如圖256所示，水平固定放置的足夠長(zhǎng)的U形金屬導(dǎo)軌處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在導(dǎo)軌上放著金屬棒ab，開(kāi)始時(shí)ab棒以水平初速度v0向右運(yùn)動(dòng)，最后靜止在導(dǎo)軌上，就導(dǎo)軌光滑和導(dǎo)軌粗糙的兩種情況相比較，這個(gè)過(guò)程()圖256A安培力對(duì)ab棒所做的功相等B電流所做的功相等C產(chǎn)生的總內(nèi)能相等D通過(guò)ab棒的電荷量相等【答案】C題型三、動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)在電磁感應(yīng)中的應(yīng)用【例3】如圖3所示，兩條光滑的金屬導(dǎo)軌相距L1 m，其中MN段平行于PQ段，位于同一水平面內(nèi)，NN0段與QQ0段平行，位于與水平面成傾角37的斜面上，且MNN0與PQQ0均在豎直平面內(nèi)。在水平導(dǎo)軌區(qū)域和傾斜導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)分別有垂直于水平面和斜面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1和B2，且B1B20.5 T。ab和cd是質(zhì)量均為m0.1 kg、電阻均為R4 的兩根金屬棒，ab置于水平導(dǎo)軌上，cd置于傾斜導(dǎo)軌上，均與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。從t0時(shí)刻起，ab棒在外力作用下由靜止開(kāi)始沿水平方向向右運(yùn)動(dòng)(ab棒始終在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，且垂直于水平導(dǎo)軌)，cd受到F0.60.25t(N)沿斜面向上的力的作用，始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。不計(jì)導(dǎo)軌的電阻。(sin 370.6，g取10 m/s2)圖3(1)求流過(guò)cd棒的電流Icd隨時(shí)間t變化的函數(shù)關(guān)系；(2)求ab棒在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的速度vab隨時(shí)間t變化的函數(shù)關(guān)系；(3)求從t0時(shí)刻起，1.0 s內(nèi)通過(guò)ab棒的電荷量q；(4)若t0時(shí)刻起，1.0 s內(nèi)作用在ab棒上的外力做功為W16 J，求這段時(shí)間內(nèi)cd棒產(chǎn)生的焦耳熱Qcd?！敬鸢浮?1)Icd0.5t(A)(2)vab8t(m/s)(3)0.25 C(4)6.4 J(3)ab棒的加速度為a8 m/s2，1.0 s內(nèi)的位移為xat281.02 m4 m根據(jù) 故ab棒不能運(yùn)動(dòng)到圓弧最高點(diǎn)。題型四 應(yīng)用動(dòng)量觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)解決力電綜合問(wèn)題【例4】 (多選)(2018全國(guó)卷，21)如圖6，一平行板電容器連接在直流電源上，電容器的極板水平；兩微粒a、b所帶電荷量大小相等、符號(hào)相反，使它們分別靜止于電容器的上、下極板附近，與極板距離相等?，F(xiàn)同時(shí)釋放a、b，它們由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。在隨后的某時(shí)刻t，a、b經(jīng)過(guò)電容器兩極板間下半?yún)^(qū)域的同一水平面。a、b間的相互作用和重力可忽略。下列說(shuō)法正確的是()圖6A.a的質(zhì)量比b的大B.在t時(shí)刻，a的動(dòng)能比b的大C.在t時(shí)刻，a和b的電勢(shì)能相等D.在t時(shí)刻，a和b的動(dòng)量大小相等【答案】BD【變式探究】如圖7所示，MN、PQ兩平行光滑水平導(dǎo)軌分別與半徑r0.5 m 的相同豎直半圓導(dǎo)軌在N、Q端平滑連接，M、P端連接定值電阻R，質(zhì)量M2 kg的cd絕緣桿垂直且靜止在水平導(dǎo)軌上，在其右側(cè)至N、Q端的區(qū)域內(nèi)充滿豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。現(xiàn)有質(zhì)量m1 kg的ab金屬桿以初速度v012 m/s水平向右運(yùn)動(dòng)，與cd絕緣桿發(fā)生正碰后，進(jìn)入磁場(chǎng)并最終未滑出，cd絕緣桿則恰好能通過(guò)半圓導(dǎo)軌最高點(diǎn)，不計(jì)除R以外的其他電阻和摩擦，ab金屬桿始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，g取10 m/s2(不考慮cd桿通過(guò)半圓導(dǎo)軌最高點(diǎn)以后的運(yùn)動(dòng))，求：圖7(1)cd絕緣桿恰好通過(guò)半圓導(dǎo)軌最高點(diǎn)時(shí)的速度大小v；(2)電阻R產(chǎn)生的焦耳熱Q?！敬鸢浮?1) m/s(2)2 J【解析】(1)cd絕緣桿恰好通過(guò)半圓導(dǎo)軌最高點(diǎn)時(shí)，由牛頓第二定律有MgM解得v m/s。 【特別提醒】1.克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能；安培力做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。2.若回路中電流恒定，可以利用WUIt或QI2Rt直接進(jìn)行電能計(jì)算。3.若電流變化，則根據(jù)能量守恒求解?！咀兪教骄俊咳鐖D8所示，將帶電荷量Q0.3 C、質(zhì)量m0.3 kg的滑塊放在小車的水平絕緣板的右端，小車的質(zhì)量M0.5 kg，滑塊與絕緣板間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.4，小車的絕緣板足夠長(zhǎng)，它們所在的空間存在磁感應(yīng)強(qiáng)度B20 T的水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(垂直于紙面向里)。開(kāi)始時(shí)小車靜止在光滑水平面上，一擺長(zhǎng)L1.25 m、質(zhì)量m0.15 kg的擺球從水平位置由靜止釋放，擺球到最低點(diǎn)時(shí)與小車相撞，碰撞后擺球恰好靜止，g取10 m/s2。求：圖8(1)與小車碰撞前擺球到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)對(duì)擺線的拉力；(2)擺球與小車的碰撞過(guò)程中系統(tǒng)損失的機(jī)械能E；(3)碰撞后小車的最終速度?！敬鸢浮?1)4.5 N方向豎直向下(2)1.31 J(3)1.2 m/s方向水平向右【解析】(1)擺球下落過(guò)程，由動(dòng)能定理有mgLmv2，解得v5 m/s， 擺球在最低點(diǎn)時(shí)，由牛頓第二定律得Tmgm，解得T4.5 N，由牛頓第三定律可知擺球?qū)[線的拉力T4.5 N，方向豎直向下。(3)假設(shè)滑塊與車最終相對(duì)靜止，則有Mv1(Mm)v2，解得v20.937 5 m/s，由此得F洛Qv2Bmg，故假設(shè)不成立，因此滑塊最終懸浮。滑塊懸浮瞬間，滿足F洛Qv2Bmg，解得v20.5 m/s。將滑塊與小車看成一個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，有Mv1Mvmv2，解得v1.2 m/s，方向水平向右。