2017届高考物理二轮专题突破专题四功能关系的应用2功能关系在电学中的应用课件.ppt

2017届高考二轮,专题四 功能关系的应用 第2讲：功能关系在电学中的应用,学习目标,1、掌握几个重要的功能关系在电学中的应用 2、掌握动能定理在电场中的应用 3、掌握电功能观点在电磁感应问题中的应用 4、学会应用动力学和功能观点处理电学综合问题,知识梳理,1.静电力做功与 无关.若电场为匀强电场，则W＝Flcos α＝Eqlcos α；若是非匀强电场，则一般利用W＝ 来求. 2.磁场力又可分为洛伦兹力和安培力.洛伦兹力在任何情况下对运动的电荷都 ；安培力可以做正功、负功，还可以不做功. 3.电流做功的实质是电场对 做功.即W＝UIt＝ . 4.导体棒在磁场中切割磁感线时，棒中感应电流受到的安培力对导体棒做 功，使机械能转化为 能. 5.静电力做的功等于 的变化，即WAB＝－ΔEp.,移动电荷,qU,不做功,负,Uq,电,电势能,路径,知识梳理,规律方法,1.功能关系在电学中应用的题目，一般过程复杂且涉及多种性质不同的力，因此，通过审题，抓住 和运动过程分析是关键，然后根据不同的运动过程中各力做功的特点来选择相应规律求解. 2.动能定理和能量守恒定律在处理电学中能量问题时仍然是首选的方法.,受力分析,难点突破,高考题型1 几个重要的功能关系在电学中的应用,典例精析,【例1】(多选)如图所示地面上方存在水平向右的匀强电场.现将一带电小球从距离地面O点高h处的A点以水平速度v0抛出，经过一段时间小球恰好垂直于地面击中地面上的B点，B到O的距离也为h.当地重力加速度为g，则下列说法正确的是( ) A.从A到B的过程中小球的动能先减小后增大 B.下落过程中小球机械能一直增加 C.小球的加速度始终保持2g不变 D.从A点到B点小球的的电势能增加了mgh,难点突破,【解析】由题意分析知，小球在水平方向匀减速，竖直方向匀加速，由于时间相等，两方向位移相同，故qE＝mg，合力大小为 mg，斜向左下方45°，故小球的动能先减小后增大；电场力一直做负功，小球机械能一直减小，小球的加速度始终保持 g不变，从A点到B点电场力做负功，大小为qEh＝mgh，故电势能增加了mgh. 【答案】AD,难点突破,高考预测,A.小球上滑过程中先匀加速后匀减速 B.小球下滑过程中电场力先做负功后做正功 C.小球再次滑回C点时的速率为vC＝ D.小球下滑过程中动能、电势能、重力势能三者之和增大,1、如图所示，直角三角形ABC由三段细直杆连接而成，AB杆竖直，AC杆粗糙且绝缘，其倾角为30°，长为2L，D为AC上一点，且BD垂直AC，在BC杆中点O处放置一正点电荷Q.一套在细杆上的带负电小球，以初速度v0由C点沿CA上滑，滑到D点速率恰好为零，之后沿AC杆滑回C点.小球质量为m、电荷量为q，重力加速度为g.则( ),难点突破,【解析】小球上滑过程中受到重力、库仑力、杆的支持力以及摩擦力作用，由于库仑力和摩擦力是变力，则运动过程中加速度始终发生变化，故A错误； 根据几何关系可知，OD＝OC，则C、D两点电势相等，所以从C到D的过程中，电场力做功为零，在C点时，小球受到的库仑力是引力，电场力做正功，后电场力做负功，故B错误；,难点突破,小球下滑过程中由于摩擦力做负功，则小球动能、电势能、重力势能三者之和减小，故D错误. 【答案】C,难点突破,高考题型2 动能定理在电场中的应用,1.电场力做功与重力做功的特点类似，都与路径无关. 2.对于电场力做功或涉及电势差的计算，选用动能定理往往最简便快捷，但运用动能定理时要特别注意运动过程的选取.,难点突破,典例精析,【例2】如图所示，两个带正电的点电荷M和N，带电量均为Q，固定在光滑绝缘的水平面上，相距2L，A、O、B是MN连线上的三点，且O为中点，OA＝OB＝ ，一质量为m、电量为q 的点电荷以初速度v0从A点出发沿MN 连线向N 运动，在运动过程中电荷受到大小恒定的阻力作用，但速度为零时，阻力也为零，当它运动到O点时，动能为初动能的n 倍，到B点速度刚好为零，然后返回往复运动，直至最后静止.已知静电力恒量为k，取O处电势为零.求： (1)A点的场强大小；,难点突破,【解析】 由点电荷电场强度公式和电场叠加原理可得：,难点突破,(2)阻力的大小；,【解析】由对称性知，φA＝φB，电荷从A到B的过程中，电场力做功为零，克服阻力做功为：Wf＝FfL，由动能定理：,难点突破,(3)A点的电势；,难点突破,(4)电荷在电场中运动的总路程.,【解析】电荷最后停在O点，在全过程中电场力做功为WF＝ (2n－1)，电荷在电场中运动的总路程为s，则阻力做功为－Ffs.,解得：s＝(n＋0.5)L.,【答案】 (n＋0.5)L,难点突破,2、如图所示，在绝缘水平面上放有一带正电的滑块、质量为m，带电荷量为q，水平面上方虚线左侧空间有水平向右的匀强电场，场强为E，qEμmg，虚线右侧的水平面光滑.一轻弹簧右端固定在墙上，处于原长时，左端恰好位于虚线位置，把滑块放到虚线左侧L处，并给滑块一个向左的初速度v0，已知滑块与绝缘水平面间的动摩擦因数为μ，求：,(1)弹簧的最大弹性势能；,高考预测,难点突破,【解析】设滑块向左运动x时减速到零，由能量守恒定律有：,之后滑块向右加速运动，设第一次到达虚线时的动能为Ek，由能量守恒定律得： qE(x＋L)＝Ek＋μmg(x＋L),难点突破,滑块从虚线处压缩弹簧至最短的过程，机械能守恒，动能全部转化为弹性势能，所以弹簧的最大弹性势能为：,难点突破,(2)滑块在整个运动过程中产生的热量.,【解析】滑块往返运动，最终停在虚线位置，整个过程电场力做正功，为W＝qEL，电势能减少量为qEL，由能量守恒定律，整个过程产生的热量等于滑块机械能的减少量与电势能的减少量之和，即Q＝qEL＋ mv02,难点突破,高考题型3 电功能观点在电磁感应问题中的应用,1.电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用，因此，要维持感应电流的存在，必须有“外力”克服安培力做功，将其他形式的能转化为电能.“外力”克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能. 2.当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能.安培力做功的过程，或通过电阻发热的过程，是电能转化为其他形式能的过程.安培力做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能. 3.若回路中电流恒定，可以利用电路结构及W＝UIt或Q＝I2Rt直接进行计算电能.,难点突破,4.若电流变化，则： (1)利用安培力做的功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功； (2)利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则机械能的减少量等于产生的电能.,难点突破,【例3】如图所示，足够长光滑导轨倾斜放置，导轨平面与水平面夹角θ＝37°，导轨间距L＝0.4 m，其下端连接一个定值电阻R＝2 Ω，其它电阻不计.两导轨间存在垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度B＝0.5 T.一质量为m＝0.02 kg的导体棒ab垂直于导轨放置，现将导体棒由静止释放，取重力加速度g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.,(1)求导体棒下滑的最大速度；,典例精析,难点突破,当安培力与重力沿导轨向下的分力相等时，速度最大，棒ab做匀速运动，即,【答案】 6 m/s,难点突破,(2)滑块在整个运动过程中产生的热量.,【答案】 0.72 W,难点突破,(3)若导体棒从静止加速到v＝4 m/s的过程中，通过R的电量q＝0.26 C，求R产生的热量Q.,【答案】 0.152 J,难点突破,3、(多选)在如图所示的倾角为θ的光滑斜面上，存 在着两个磁感应强度大小均为B的匀强磁场，区域Ⅰ的 磁场方向垂直斜面向上，区域Ⅱ的磁场方向垂直斜面向 下，磁场的宽度均为L，一个质量为m、电阻为R、边长 也为L的正方形导线框，由静止开始沿斜面下滑，当ab 边刚越过GH进入磁场Ⅰ区时，恰好以速度v1做匀速直线运动；当ab边下滑到JP与MN的中间位置时，线框又恰好以速度v2做匀速直线运动，从ab进入GH到MN与JP的中间位置的过程中，线框的动能变化量为ΔEk，重力对线框做功大小为W1，安培力对线框做功大小为W2，下列说法中正确的是( ),高考预测,难点突破,A.在下滑过程中，由于重力做正功，所以有v2v1 B.从ab进入GH 到MN 与JP 的中间位置的过程中，机械能守恒 C.从ab进入GH 到MN 与JP 的中间位置的过程中，有(W1－ΔEk)的机械能转化为电能 D.从ab进入GH 到MN 到JP 的中间位置的过程中，线框动能的变化量为ΔEk＝W1－W2,难点突破,ab进入磁场后，安培力做负功，机械能减少，选项B错误； 从ab进入GH到MN与JP的中间位置的过程中，由动能定理得，W1－W2＝ΔEk，选项D正确； 线框克服安培力做功为W2，等于产生的电能，且W2＝W1－ΔEk，选项C正确.,【答案】CD,难点突破,高考题型4 应用动力学和功能观点处理电学综合问题,【例4】如图所示，水平地面QA与竖直面内的、 半径R＝4 m的光滑圆轨道ACDF相连，FC为竖直直 径，DO水平，AO与CO夹角α＝60°.QA上方有一水 平台面MN，MN正上方分布着垂直纸面向里的匀强 磁场，磁感应强度B＝4 T.P是竖直线AP与DO的交点，PA的右侧、PO的下面、OC的左侧分布着竖直向下、场强为E的匀强电场.一个质量m＝2 kg、电量q＝＋1 C的小滑块(可视为质点)放在MN上，在水平推力F＝4 N的作用下正以速度v1向右做匀速运动.已知滑块与平台MN的动摩擦因数μ＝0.5；重力加速度g＝10 m/s2.,典例精析,(1)求小滑块在平台MN上的速度v1；,难点突破,【解析】Ff＝F ① Ff＝μFN ② FN＝mg－Bqv1 ③ 由①②③解得：v1＝3 m/s,【答案】3 m/s,难点突破,(2)小滑块从N点飞出后，恰从A点无碰撞地(沿轨道切线)进入圆轨道AC，为了使小滑块不向内脱离AF间的圆弧轨道，求电场强度E的取值范围.,解出：E1＝2 N/C,难点突破,解出：E2＝62 N/C 综上：为了使滑块不向内脱离AF间的圆弧轨道，电场强度E的取值范围为E≤2 N/C或E≥62 N/C,【答案】E≤2 N/C或E≥62 N/C,难点突破,4、如图甲所示，长L＝1.5 m、倾角为θ＝37°的光滑绝缘的斜面底端连接一粗糙绝缘的水平面，整个斜面处在一水平向左的匀强电场中，水平面部分没有电场.现将一质量m＝1.2 kg、带电荷量q＝1×10－4 C的带正电的小物体从斜面顶端由静止释放，当电场场强E取不同数值时，物体沿斜面下滑最后在水平地面上滑过的距离s不同.研究发现s与E之间的关系如图乙所示.忽略物体在斜面与水平面连接处的能量损失，取重力加速度g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，求：,高考预测,难点突破,(1)物体与地面间的动摩擦因数μ；,【解析】当E＝0时，s＝4.5 m 由动能定理得mgLsin θ－μmgs＝0 解得μ＝0.2,【答案】0.2,难点突破,(2)当E＝3×104 N/C时，物体运动的总时间.,【解析】 当E＝3×104 N/C时，由牛顿第二定律得mgsin θ－qEcos θ＝ma1，又L＝,水平面上由牛顿第二定律知μmg＝ma2 由v＝a1t1 又v＝a2t2,拓展练习,1、如图所示，在水平方向的匀强电场中有一表面光滑、与水平面成45°角的绝缘直杆AC，其下端C距地面高度h＝0.8 m.有一质量为500 g的带电小环套在直杆上，正以某一速度沿杆匀速下滑，小环离杆后正好通过C端的正下方P点处.(g取10 m/s2)求： (1)小环离开直杆后运动的加速度大小和方向.,拓展练习,【解析】 小环在直杆上的受力情况如图所示,【答案】 14.1 m/s2 与杆垂直斜向右下方,由平衡条件得：mgsin 45°＝Eqcos 45° 得mg＝Eq， 离开直杆后，只受mg、Eq作用，,代。