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第5讲 功能关系在电磁学中应用

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电磁学中功能关系 在电磁学中的运用 功能关系在电磁学中
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真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 第5讲讲 功能关系在电电磁学中的应应用 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 1.(2011·新课标全国卷,18)(多选)电电磁轨轨道炮工作原理如图图2-5 -1所示.待发发射弹弹体可在两平行轨轨道之间间自由移动动,并与轨轨 道保持良好接触.电电流I从一条轨轨道流入,通过导电弹过导电弹 体后从 另一条轨轨道流回.轨轨道电电流可形成在弹弹体处处垂直于轨轨道面的 磁场场(可视为视为 匀强磁场场),磁感应应强度的大小与I成正比.通电电 的弹弹体在轨轨道上受到安培力的作用而高速射出.现现欲使弹弹体的 出射速度增加至原来的2倍,理论论上可采用的办办法是( ). 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 图2-5-1 A.只将轨轨道长长度L变为变为 原来的2倍 B.只将电电流I增加至原来的2倍 C.只将弹弹体质质量减至原来的一半 D.将弹弹体质质量减至原来的一半,轨轨道长长度L变为变为 原来的 2倍,其他量不变变 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 答案 BD 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 答案 D 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 主要题型:选择题、计算题 热点聚焦 (1)静电电力做功的特点 (2)动动能定理在电电磁学中的应应用 (3)带电带电 体在磁场场中运动时动时 洛伦兹伦兹 力不做功,机械能也 可守恒 (4)功能关系、能量守恒在电电磁感应现应现 象中的应应用 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 命题趋势 高考常对电对电 学问题问题 中的功能关系进进行考查查,特别别是动动 能定理的应应用.此类题类题 目的特点是过过程复杂杂、综综合性强,主 要考查查学生综综合分析问题问题 的能力.预计预计 2014年高考此类题类题 目 仍会出现现. 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 考向一 电场电场 中的功能关系的应应用 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 图2-5-2 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 (1)若加电场电场 后小滑块块受到的电场电场 力与滑动动摩擦力大小相等 ,求滑块块离开AB区域时时的速度. (2)要使小滑块块在AB区域内运动动的时间时间 达到最长长,电场电场 强 度应满应满 足什么条件?并求这这种情况下滑块块离开AB区域时时的速 度.(设设最大静摩擦力大小等于滑动动摩擦力) 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 处处理此问题应问题应 注意以下几点: ①电场电场 力做功与路径无关,可运用动动能定理对对全程列式. ②在运用动动能定理处处理电电学问题时应问题时应 注意运动过动过 程的选选取 ,特别应别应 注意电场电场 力和摩擦力做功的特点. 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 【预测预测 1】 (2013·嘉定区模拟)如图图2-5-3所示,在粗糙水平面上,彼此 靠近地放置两个带带同种电电荷的小物块块.由静止释释放后,两个物 块块向相反方向运动动,并最终终停止.在物块块运动过动过 程中,下列 表述正确的是( ). 图2-5-3 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 A.两个物块块的机械能守恒 B.物块块受到的库仑库仑 力不做功 C.两个物块块的电势电势 能逐渐渐减少 D.物块块受到的摩擦力始终终小于其受到的库仑库仑 力 答案 C 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 【预测预测 2】 如图图2-5-4所示,有三根长长度均为为L=0.3 m的不可伸 长长的绝缘细线绝缘细线 ,其中两根的一端分别别固定在天花板上的P、Q 两点,另一端分别别拴有质质量均为为m=0.12 kg的带电带电 小球A和B ,其中A球带带正电电,电电荷量为为q=3×10-6 C.A、B之间间用第三 根线连线连 接起来.在水平向左的匀强电场电场 E作用下,A、B保持 静止,悬线悬线 仍处处于竖竖直方向,且A、B间细线间细线 恰好伸直.(静 电电力常量k=9×109 N·m2/C2,取g=10 m/s2) 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 图2-5-4 (1)此匀强电场电场 的电场电场 强度E为为多大; (2)现现将PA之间间的线烧线烧 断,由于有空气阻力,A、B球最后 会达到新的平衡位置.求此时细线时细线 QB所受的拉力FT的大小, 并求出A、B间细线间细线 与竖竖直方向的夹夹角θ; (3)求A球的电势电势 能与烧烧断前相比改变变了多少(不计计B球所带带 电电荷对对匀强电场电场 的影响). 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 (3)A球克服电场电场 力做功, W=-qEL(1-sin θ)=-3×10-6×3×105×0.3×(1-0.6) J= -0.108 J 所以A球的电势电势 能增加了 ΔEp=-W=0.108 J 答案 (1)3×105 N/C (2)2.4 N 37° (3)增加0.108 J 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 考向二 磁场场中的功能关系的应应用 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 【典例2】 (2012·山东卷,20)如图图2-5-5所示,相距为为L的两条足够够 长长的光滑平行金属导轨导轨 与水平面的夹夹角为为θ,上端接有定值电值电 阻R,匀强磁场场垂直于导轨导轨 平面,磁感应应强度为为B.将质质量为为m 的导导体棒由静止释释放,当速度达到v时时开始匀速运动动,此时对时对 导导体棒施加一平行于导轨导轨 向下的拉力,并保持拉力的功率恒为为 P,导导体棒最终终以2v的速度匀速运动动.导导体棒始终终与导轨导轨 垂直 且接触良好,不计导轨计导轨 和导导体棒的电电阻,重力加速度为为g.下 列选项选项 正确的是( ). 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 图2-5-5 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 解析 导导体棒由静止释释放,速度达到v时时,回路中的电电流 为为I,则则根据共点力的平衡条件,有mgsin θ=BIL.对导对导 体棒施 加一平行于导轨导轨 向下的拉力,以2v的速度匀速运动时动时 ,则则回 路中的电电流为为2I,则则根据平衡条件,有F+mgsin θ=2BIL所 以拉力F=mgsin θ,拉力的功率P=F·2v=2mgvsin θ,故选选 项项A正确,选项选项 B错误错误 ; 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 答案 AC 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 1.功能关系在电电学中应应用的题题目,一般过过程复杂杂且涉及多 种性质质不同的力,因此,通过审题过审题 ,抓住受力分析和运动过动过 程分析是关键键,然后根据不同的运动过动过 程各力做功的特点来选选 择规择规 律求解. 2.动动能定理和能量守恒定律在处处理电电学中能量问题时问题时 仍然 是首选选的规规律. 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 【预测预测 3】 如图图2-5-6所示,水平固定放置的足够长够长 的U形金属 导轨处导轨处 于竖竖直向上的匀强磁场场中,在导轨导轨 上放着金属棒ab, 开始时时ab棒以水平初速度v0向右运动动,最后静止在导轨导轨 上,就 导轨导轨 光滑和导轨导轨 粗糙的两种情况相比较较,这这个过过程( ) . A.安培力对对ab棒所做的功相等 B.电电流所做的功相等 C.产产生的总总内能相等 D.通过过ab棒的电电荷量相等 图2-5-6 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 【预测预测 4】 如图图2-5-7所示,宽宽度为为d的有界匀强磁场竖场竖 直向下 穿过过光滑的水平桌面,一质质量为为m的椭圆椭圆 形导导体框平放在桌 面上,椭圆椭圆 的长轴长轴 平行于磁场边场边 界,短轴轴小于d.现给导现给导 体框 一个向右的初速度v0(v0垂直于磁场边场边 界),已知导导体框全部在 磁场场中时时速度为为v,导导体框全部出磁场场后的速度为为v1,导导体框 进进入磁场过场过 程中产产生的焦耳热为热为 Q1,导导体框离开磁场过场过 程中 产产生的焦耳热为热为 Q2,下列说说法正确的是 ( ). 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 在物理变变化的过过程中,常存在着某些不变变的关系或不变变的 量,在讨论讨论 一个物理变变化过过程时时,对对其中的各个量或量的变变 化关系进进行分析,寻寻找到整个过过程中或过过程发发生前后存在着 不变变关系或不变变的量,则则成为为研究这这一变变化过过程的中心和关 键键.这这就是物理学中最常用的一种思维维方法——守恒思维维法, 简简称守恒法. 技法五 守恒思维维法 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 人们们在认识认识 客观观世界的过过程中积积累了丰富的经验经验 ,总结总结 出 许许多守恒定律.建立在守恒定律之下的具体的解题题方法可分为为 :能量守恒法、机械能守恒法、电电荷守恒法、质质量守恒法及动动 量守恒法等.能量守恒定律是物理学中普遍适用的规规律之一, 是物理教材的知识识主干,也是历历年高考各种题题型正面考查查或 侧侧面渗透的重点,且常见见于高考压轴题压轴题 中. 由于守恒定律适用范围围广,处处理问题问题 方便,因此,寻寻求“守 恒量”已成为为物理研究的一个重要方面. 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 【典例】 如图图2-5-8所示,两平行金属导轨导轨 相距l=0.6 m,其 倾倾角为为θ=37°,导轨电导轨电 阻不计计,底端接有阻值为值为 R=3 Ω的定 值电值电 阻,磁感应应强度为为B=1 T的匀强磁场场垂直穿过导轨过导轨 平面 .有一质质量m=0.2 kg、长为长为 l的导导体棒固定在ab位置,导导体 棒的电电阻为为R0=1 Ω,导导体棒与导轨导轨 之间间的动动摩擦因数为为μ= 0.3.现导现导 体棒获获得平行斜面向上的初速度v0=10 m/s滑行最远远 至a′b′位置,所滑行距离为为s=4 m.(sin 37°=0.6,cos 37°= 0.8,重力加速度g=10 m/s2) 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 图2-5-8 (1)把导导体棒视为电视为电 源,最大输输出功率是多少? (2)导导体棒向上滑行至a′b′过过程中所受的安培力做了多少功? (3)以ab位置为为重力势势能的零点,若导导体棒从ab沿导轨导轨 面向 上滑行d=3 m过过程中电电阻R产产生的热热量QR=2.1 J,此时导时导 体 棒的机械能E′为为多大? 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 答案 (1)6.75 W (2)3.28 J (3)5.76 J 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 【即学即练练】 (2013·浙江卷,24) “电电子能量分析器”主要由处处于真空中的 电电子偏转转器和探测测板组组成.偏转转器是由两个相互绝缘绝缘 、半径 分别为别为 RA和RB的同心金属半球面A和B构成,A、B为电势值为电势值 不等的等势势面,其过过球心的截面如图图2-5-9所示.一束电电荷 量为为e、质质量为为m的电电子以不同的动动能从偏转转器左端M板正中 间间小孔垂直入射,进进入偏转电场转电场 区域,最后到达偏转转器右端 的探测测板N,其中动动能为为Ek0的电电子沿等势势面C做匀速圆圆周运 动动到达N板的正中间间.忽略电场电场 的边缘边缘 效应应. 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 图2-5-9 (1)判断半球面A、B的电势电势 高低,并说说明理由; (2)求等势势面C所在处电场处电场 强度E的大小; (3)若半球面A、B和等势势面C的电势电势 分别为别为 φA、φB和φC, 则则到达N板左、右边缘处边缘处 的电电子,经过经过 偏转电场转电场 前、后的动动 能改变变量ΔEk左和ΔEk右分别为别为 多少? (4)比较较|ΔEk左|与|ΔEk右|的大小,并说说明理由. 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 真题题与定位考向与预测预测方法与技巧 (3)电电子运动时动时 只有电场电场 力做功,根据动动能定理,有 ΔEk=qU 对对到达N板左边缘边缘 的电电子,电场电场 力做正功,动动能增加,有 ΔEk左=e(φB-φC) 对对到达N板右边缘边缘 的电电子,电场电场 力做负负功,动动能减小,有 ΔEk右=e(φA-φC) (4)根据电场线电场线 特点,等势势面B与C之间间的电场电场 强度大于C与 A之间间的电场电场 强度,考虑虑到等势势面间间距相等,有 |φB-φC|>|φA-φC|,即|ΔEk左|>|ΔEk右|. 答案 见见解析
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