2019屆高考物理二輪專題復(fù)習(xí) 專題二 力與直線運(yùn)動(dòng) 第2講 牛頓運(yùn)動(dòng)定律在電學(xué)中的應(yīng)用課件.ppt

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第2講牛頓運(yùn)動(dòng)定律在電學(xué)中的應(yīng)用 考向一牛頓運(yùn)動(dòng)定律在電場(chǎng)中的應(yīng)用 典例1 2017 全國(guó) 卷 25 真空中存在電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E1的勻強(qiáng)電場(chǎng) 一帶電油滴在該電場(chǎng)中豎直向上做勻速直線運(yùn)動(dòng) 速度大小為v0 在油滴處于位置A時(shí) 將電場(chǎng)強(qiáng)度的大小突然增大到某值 但保持其方向不變 持續(xù)一段時(shí)間t1后 又突然將電場(chǎng)反向 但保持其大小不變 再持續(xù)同樣一段時(shí)間后 油滴運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn) 重力加速度大小為g 1 求油滴運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)的速度 解析 1 設(shè)油滴質(zhì)量和電荷量分別為m和q 油滴速度方向向上為正 油滴在電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E1的勻強(qiáng)電場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng) 故勻強(qiáng)電場(chǎng)方向向上 在t 0時(shí) 電場(chǎng)強(qiáng)度突然從E1增加至E2時(shí) 油滴做豎直向上的勻加速運(yùn)動(dòng) 加速度方向向上 大小a1滿足qE2 mg ma1 油滴在時(shí)刻t1的速度為v1 v0 a1t1 電場(chǎng)強(qiáng)度在時(shí)刻t1突然反向 油滴做勻變速運(yùn)動(dòng) 加速度方向向下 大小a2滿足qE2 mg ma2 油滴在時(shí)刻t2 2t1的速度為v2 v1 a2t1 由 式得v2 v0 2gt1 答案 1 v0 2gt1 2 求增大后的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小 為保證后來(lái)的電場(chǎng)強(qiáng)度比原來(lái)的大 試給出相應(yīng)的t1和v0應(yīng)滿足的條件 已知不存在電場(chǎng)時(shí) 油滴以初速度v0做豎直上拋運(yùn)動(dòng)的最大高度恰好等于B A兩點(diǎn)間距離的兩倍 答案 2 見解析 牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析方法 規(guī)律總結(jié) 預(yù)測(cè)練1 2018 江蘇蘇州高新區(qū)一中檢測(cè) 多選 如圖 甲 所示 平行金屬板中央有一個(gè)靜止的電子 不計(jì)重力 兩板間距離足夠大 當(dāng)兩板間加上如圖 乙 所示的電壓后 圖中反映電子速度v 位移x和加速度a三個(gè)物理量隨時(shí)間t的變化規(guī)律可能正確的是 AD 預(yù)測(cè)練2 2018 雅安模擬 如圖所示 光滑絕緣水平面上方存在電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E 方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng) 某時(shí)刻將質(zhì)量為m 帶電荷量為 q的小金屬塊從A點(diǎn)由靜止釋放 經(jīng)時(shí)間t到達(dá)B點(diǎn) 此時(shí)電場(chǎng)突然反向且增強(qiáng)為某恒定值 又經(jīng)過(guò)時(shí)間t小金屬塊回到A點(diǎn) 小金屬塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電荷量保持不變 求 1 A B兩點(diǎn)間的距離 2 電場(chǎng)反向后勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小 答案 2 3E 考向二牛頓運(yùn)動(dòng)定律在磁場(chǎng)中的應(yīng)用 典例2 2018 南昌模擬 根據(jù)磁場(chǎng)會(huì)對(duì)載流導(dǎo)體產(chǎn)生作用力的原理 人們研究出一種新型的發(fā)射炮彈的裝置 電磁炮 其原理簡(jiǎn)化為 水平放置的兩個(gè)導(dǎo)軌相互平行 相距d 1m 處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 一質(zhì)量為m 2kg的金屬棒垂直于導(dǎo)軌上 與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 1 當(dāng)金屬棒中的電流為I1 4A時(shí) 金屬棒做勻速運(yùn)動(dòng) 取g 10m s2 求 1 勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 2 當(dāng)金屬棒的電流I2 6A時(shí) 金屬棒的加速度大小 3 保持金屬棒中的電流I2 6A不變 若導(dǎo)軌的長(zhǎng)度L 16m 金屬棒滑離導(dǎo)軌的速度大小 解析 1 金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí) 受到的安培力和摩擦力平衡 有F安 f 即為BI1d mg 代入數(shù)據(jù)解得B 0 5T 2 由牛頓第二定律有F安 f ma 即為BI2d mg ma 代入數(shù)據(jù)解得a 0 5m s2 3 設(shè)棒離開導(dǎo)軌時(shí)速度為v 有v2 2aL代入數(shù)據(jù)解得v 4m s 答案 1 0 5T 2 0 5m s2 3 4m s 規(guī)律總結(jié) 1 安培力涉及三維空間 要變?nèi)S為二維 如畫側(cè)視圖 剖面圖或俯視圖等 其中安培力的方向要注意F安 B F安 I 2 對(duì)于磁場(chǎng)內(nèi)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 要特別注意洛倫茲力的特性 因F洛 qvB 則速度v的變化影響受力 受力的變化又反過(guò)來(lái)影響運(yùn)動(dòng) 3 帶電微粒在電場(chǎng)力 重力和洛倫茲力共同作用下的直線運(yùn)動(dòng)只能是勻速直線運(yùn)動(dòng) 預(yù)測(cè)練3 2018 河南模擬 多選 如圖所示 空間有一垂直紙面向外的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0 5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 一質(zhì)量為M 0 2kg 且足夠長(zhǎng)的絕緣木板靜止在光滑水平面上 在木板的左端無(wú)初速度放置一質(zhì)量為m 0 1kg 電荷q 0 2C的滑塊 滑塊與絕緣木板之間動(dòng)摩擦因數(shù)為 0 5 滑塊受到的最大靜摩擦力可認(rèn)為等于滑動(dòng)摩擦力 現(xiàn)對(duì)木板施加方向水平向左 大小為0 6N的恒力 g取10m s2 則以下說(shuō)法中正確的是 A 木板和滑塊一直做加速度為2m s2的勻加速運(yùn)動(dòng)B 滑塊開始做勻加速運(yùn)動(dòng) 然后做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng) 最后做勻速直線運(yùn)動(dòng)C 最終木板做加速度為2m s2的勻加速運(yùn)動(dòng) 滑塊做速度為10m s的勻速運(yùn)動(dòng)D 最終木板做加速度為3m s2的勻加速運(yùn)動(dòng) 滑塊做速度為10m s的勻速運(yùn)動(dòng) BD 預(yù)測(cè)練4 2018 洛陽(yáng)模擬 多選 如圖 甲 所示 一帶電物塊無(wú)初速度地放在傳送帶的底端 傳送帶以恒定的速率順時(shí)針傳動(dòng) 該裝置處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 物塊由底端E運(yùn)動(dòng)至傳送帶頂端F的過(guò)程中 其v t圖像如圖 乙 所示 若物塊全程運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為4 5s 則下列判斷正確的是 A 該物塊帶負(fù)電B 傳送帶的傳送速度大小可能大于1m sC 若已知傳送帶的長(zhǎng)度 可求出該過(guò)程中物塊與傳送帶發(fā)生的相對(duì)位移D 在2 4 5s內(nèi) 物塊與傳送帶間仍可能有相對(duì)運(yùn)動(dòng) BD 解析 由圖 乙 可知 0 2s內(nèi)物塊做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng) 物塊的最大速度是1m s 開始時(shí)物塊受到重力 支持力和摩擦力的作用 設(shè)動(dòng)摩擦因數(shù)為 沿斜面的方向 FN mgsin ma 物塊運(yùn)動(dòng)后 又受到洛倫茲力的作用 而加速度逐漸減小 說(shuō)明FN逐漸減小 即洛倫茲力的方向指向左上方 由左手定則可知 物塊帶正電 故A錯(cuò)誤 物塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) 有mgsin mgcos f洛 由此可知 傳送帶的速度大于等于1m s 與物塊最大速度無(wú)關(guān) 所以傳送帶的速度可能是1m s 有可能大于1m s 物塊可能相對(duì)傳送帶靜止 也可能相對(duì)傳送帶運(yùn)動(dòng) 故B D正確 由于傳送帶的速度不能確定 且4 5s內(nèi)物塊位移也不能求出 所以已知傳送帶的長(zhǎng)度 也不能求出該過(guò)程中物塊與傳送帶發(fā)生的相對(duì)位移 故C錯(cuò)誤 考向三牛頓運(yùn)動(dòng)定律在電磁感應(yīng)中的應(yīng)用 典例3 2018 開封一模 如圖所示 兩足夠長(zhǎng)平行光滑的金屬導(dǎo)軌MN PQ相距為L(zhǎng) 1m 導(dǎo)軌平面與水平面夾角 30 導(dǎo)軌電阻不計(jì) 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 1 0T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面斜向下 金屬棒ab垂直于MN PQ放置在導(dǎo)軌上 且始終與導(dǎo)軌接觸良好 金屬棒的質(zhì)量為m 0 01kg 電阻不計(jì) 定值電阻R1 30 電阻箱電阻R2 120 電容器電容C 0 01F 取重力加速度g 10m s2 金屬棒由靜止釋放 1 若在開關(guān)接1的情況下 求金屬棒下滑的最大速度 2 若在開關(guān)接2的情況下 求經(jīng)過(guò)時(shí)間t 2 0s時(shí)金屬棒的速度 審題突破 答案 1 7 5m s 2 5m s 拓展變式 在 典例3 的情景中 開關(guān)接到2的情況下 求電容器極板上積累的電荷量Q隨時(shí)間t變化的關(guān)系 答案 Q 0 025t 電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的分析思路 規(guī)律總結(jié) 預(yù)測(cè)練5 2018 河南一模 多選 如圖所示 一對(duì)平行光滑軌道水平放置 軌道間距L 0 20m 電阻R 10 有一質(zhì)量為m 1kg的金屬棒平放在軌道上 與兩軌道垂直 金屬棒及軌道的電阻皆可忽略不計(jì) 整個(gè)裝置處于垂直軌道平面豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 現(xiàn)用一拉力F沿軌道方向拉金屬棒 使之做勻加速運(yùn)動(dòng) 力F與時(shí)間t的關(guān)系為F 0 1t 1 N 則下列說(shuō)法正確的是 A 金屬棒的加速度a 1m s2B 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 5TC 當(dāng)F 3N時(shí) 電路消耗的電功率P 60WD 若外力F的最大值為5N 則金屬棒運(yùn)動(dòng)所能達(dá)到的最大速度為40m s AB 預(yù)測(cè)練6 2018 廈門模擬 如圖所示 足夠長(zhǎng)光滑的兩平行金屬導(dǎo)軌 間距為L(zhǎng) 導(dǎo)軌平面與水平面成 角 定值電阻大小為R 導(dǎo)軌上停放著一根質(zhì)量為m 電阻為r的金屬桿CD 導(dǎo)軌電阻不計(jì) 整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向上 現(xiàn)用一垂直于金屬桿CD的外力F 沿導(dǎo)軌斜面向上拉金屬桿 使之由靜止開始沿導(dǎo)軌向上做加速度為a的勻加速直線運(yùn)動(dòng) 并開始計(jì)時(shí) 試求 1 推導(dǎo)外力F隨時(shí)間t的變化關(guān)系 2 在時(shí)間t0內(nèi)通過(guò)電阻的電荷量 3 若時(shí)間t0末 撤去拉力F 試分析并說(shuō)明金屬桿在撤力以后的速度 加速度的變化情況 答案 3 上升階段 金屬桿做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng) 在下降階段 金屬桿先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng) 最后做勻速直線運(yùn)動(dòng) 備考跨越構(gòu)網(wǎng)絡(luò)練培優(yōu) 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 培優(yōu)精練 培優(yōu)練1 2018 廣西一模 多選 如圖所示 在一足夠大的水平向右勻強(qiáng)電場(chǎng)中 有一光滑絕緣水平面 將質(zhì)量分別為m M mF2D F1 F2 AC 培優(yōu)練2 2018 邯鄲校級(jí)模擬 多選 如圖所示 兩根長(zhǎng)直導(dǎo)線豎直平行固定放置 且與水平放置的光滑絕緣桿MN分別交于c d兩點(diǎn) 點(diǎn)O是cd的中點(diǎn) 桿MN上a b兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱 兩導(dǎo)線均通有大小相等 方向向上的電流 已知長(zhǎng)直導(dǎo)線在周圍某點(diǎn)產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流成正比 與該點(diǎn)到導(dǎo)線的距離成反比 一帶正電的小球穿在桿上 以初速度v0從a點(diǎn)出發(fā)沿桿運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn) 在a b O三點(diǎn)桿對(duì)小球的支持力大小分別為Fa Fb FO 下列說(shuō)法可能正確的是 A Fa FOB Fb FaC 小球一直做勻速直線運(yùn)動(dòng)D 小球先做加速運(yùn)動(dòng)后做減速運(yùn)動(dòng) ABC 解析 根據(jù)安培定則可知 從a點(diǎn)出發(fā)沿絕緣桿運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn) aO間的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里 Ob間的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外 所以合磁場(chǎng)大小先減小 過(guò)O點(diǎn)后反向增大 根據(jù)左手定則可知 帶正電的小球受到的洛倫茲力方向先向上 大小在減小 設(shè)小球質(zhì)量為m 在a點(diǎn) 若Bqv0 mg 則有Fa Bqv0 mg 在O點(diǎn) FO mg 所以有可能Fa FO 過(guò)O點(diǎn)后洛倫茲力的方向向下 大小在增大 由此可知 小球在運(yùn)動(dòng)方向不受力的作用 則將做勻速直線運(yùn)動(dòng) 而小球?qū)U的壓力一直在增大 即Fb Fa 選項(xiàng)A B C正確 D錯(cuò)誤 培優(yōu)練3 2018 湖北黃岡中學(xué)高三三模 多選 如圖 甲 所示 AB CD是間距為L(zhǎng) 1m的足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌 導(dǎo)軌平面與水平面夾角為 在虛線下方的導(dǎo)軌平面內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 導(dǎo)軌電阻不計(jì) 長(zhǎng)為1m的導(dǎo)體棒ab垂直AB CD放置在導(dǎo)軌上 導(dǎo)體棒電阻R 1 AB CD右側(cè)連接一電路 已知燈泡L的規(guī)格是 3V3W 定值電阻R1 10 R2 15 在t 0時(shí) 將導(dǎo)體棒ab從某一高度由靜止釋放 導(dǎo)體棒的速度 時(shí)間圖像如圖 乙 所示 其中OP段是直線 PM段是曲線 若導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌下滑12 5m時(shí) 導(dǎo)體棒達(dá)到最大速度 并且此時(shí)燈泡L已正常發(fā)光 假設(shè)燈泡的電阻恒定不變 重力加速度g 10m s2 則下列說(shuō)法正確的是 A 30 B 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0為2TC 導(dǎo)體棒的質(zhì)量為0 2kgD 從導(dǎo)體棒靜止釋放至速度達(dá)到最大的過(guò)程中 通過(guò)電阻R1的電荷量為1C AC