2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十章 專題強化十三 動力學(xué)、動量和能量觀點在電學(xué)中的應(yīng)用課件 教科版.ppt

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1、專題強化十三動力學(xué)、動量和能量觀點在電學(xué)中的應(yīng)用,,大一輪復(fù)習(xí)講義,,第十章電磁感應(yīng),1.本專題是力學(xué)三大觀點在電學(xué)中的綜合應(yīng)用，高考對本專題將作為計算題壓軸題的形式命題. 2.學(xué)好本專題，可以幫助同學(xué)們應(yīng)用力學(xué)三大觀點分析帶電粒子在電場和磁場中的碰撞問題、電磁感應(yīng)中的動量和能量問題，提高分析和解決綜合問題的能力. 3.用到的知識、規(guī)律和方法有：電場的性質(zhì)、磁場對電荷的作用、電磁感應(yīng)的相關(guān)知識以及力學(xué)三大觀點.,專題解讀,,NEIRONGSUOYIN,內(nèi)容索引,研透命題點,課時作業(yè),細研考綱和真題 分析突破命題點,限時訓(xùn)練 練規(guī)范 練速度,,研透命題點,,,1.應(yīng)用動量定理可以由動量變化來求解

2、變力的沖量.如在導(dǎo)體棒做非勻變速運動的問題中，應(yīng)用動量定理可以解決牛頓運動定律不易解答的問題. 2.在相互平行的水平軌道間的雙導(dǎo)體棒做切割磁感線運動時，由于這兩根導(dǎo)體棒所受的安培力等大反向，合外力為零，若不受其他外力，兩導(dǎo)體棒的總動量守恒，解決此類問題往往要應(yīng)用動量守恒定律.,,,,命題點一電磁感應(yīng)中動量和能量觀點的應(yīng)用,類型1動量定理和功能關(guān)系的應(yīng)用 例1(2018四川省涼山州三模)如圖1所示，光滑平行足夠長的金屬導(dǎo)軌固定在絕緣水平面上，導(dǎo)軌范圍內(nèi)存在磁場，其磁感應(yīng)強度大小為B，方向豎直向下，導(dǎo)軌一端連接阻值為R的電阻.在導(dǎo)軌上垂直導(dǎo)軌放一長度等于導(dǎo)軌間距L、質(zhì)量為m的金屬棒，其電阻為r.金

3、屬棒與金屬導(dǎo)軌接觸良好.金屬棒在水平向右的恒力F作用下從靜止開始運動，經(jīng)過時間t后開始勻速運動，金屬導(dǎo)軌的電阻不計.求： (1)金屬棒勻速運動時回路中電流大?。?圖1,答案見解析,(2)金屬棒勻速運動的速度大小以及在時間t內(nèi)通過回路的電荷量.,答案見解析,通過回路的電荷量qIt 由動量定理得FtBILtmv,(3)若在時間t內(nèi)金屬棒移動的位移為x，求電阻R上產(chǎn)生的熱量.,答案見解析,變式1 (多選)(2018廣東省佛山市質(zhì)檢一)如圖2，水平固定放置的足夠長的光滑平行導(dǎo)軌，電阻不計，間距為L，左端連接的電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，質(zhì)量為m的金屬桿垂直靜放在導(dǎo)軌上，金屬桿處于導(dǎo)軌間部分的電阻為R.整

4、個裝置處在磁感應(yīng)強度大小為B、方向豎直向下的勻強磁場中，閉合開關(guān)，金屬桿沿導(dǎo)軌做變加速運動直至達到最大速度，則下列說法正確的是,圖2,,,解析閉合開關(guān)，金屬桿做加速運動，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢與電源電動勢相等時，電流為零，金屬桿開始做勻速運動.電動勢為EBLv，v ，故A正確；,類型2動量守恒定律和功能關(guān)系的應(yīng)用 1.問題特點 對于雙導(dǎo)體棒運動的問題，通常是兩棒與導(dǎo)軌構(gòu)成一個閉合回路，當(dāng)其中一棒在外力作用下獲得一定速度時必然在磁場中切割磁感線，在該閉合電路中形成一定的感應(yīng)電流；另一根導(dǎo)體棒在磁場中通過時在安培力的作用下開始運動，一旦運動起來也將切割磁感線產(chǎn)生一定的感應(yīng)電動勢，對原來電流的變

5、化起阻礙作用. 2.方法技巧 解決此類問題時通常將兩棒視為一個整體，于是相互作用的安培力是系統(tǒng)的內(nèi)力，這個變力將不影響整體的動量守恒.因此解題的突破口是巧妙選擇系統(tǒng)，運用動量守恒(動量定理)和功能關(guān)系求解.,例2(2018山東省青島市模擬)如圖3所示，兩平行光滑金屬導(dǎo)軌由兩部分組成，左面部分水平，右面部分為半徑r0.5 m的豎直半圓，兩導(dǎo)軌間距離l0.3 m，導(dǎo)軌水平部分處于豎直向上、磁感應(yīng)強度大小B1 T的勻強磁場中，兩導(dǎo)軌電阻不計.有兩根長度均為l的金屬棒ab、cd，均垂直導(dǎo)軌置于水平導(dǎo)軌上，金屬棒ab、cd的質(zhì)量分別為m10.2 kg、m20.1 kg，電阻分別 為R10.1 、R20.

6、2 .現(xiàn)讓ab棒以v010 m/s的初速度 開始水平向右運動，cd棒進入圓軌道后，恰好能通過軌 道最高點PP，cd棒進入圓軌道前兩棒未相碰，重力加速度 g10 m/s2，求： (1)ab棒開始向右運動時cd棒的加速度a0； 答案30 m/s2,圖3,解析ab棒開始向右運動時，設(shè)回路中電流為I，有 EBlv0,BIlm2a0 解得：a030 m/s2,(2)cd棒剛進入半圓軌道時ab棒的速度大小v1；,答案7.5 m/s,解析設(shè)cd棒剛進入半圓軌道時的速度為v2，系統(tǒng)動量守恒，有 m1v0m1v1m2v2,解得：v17.5 m/s,(3)cd棒進入半圓軌道前ab棒克服安培力做的功W.,答案4.3

7、75 J,解得：W4.375 J.,變式2(2019山東省淄博市質(zhì)檢)如圖4所示，一個質(zhì)量為m、電阻不計、足夠長的光滑U形金屬框架MNQP，位于光滑絕緣水平桌面上，平行導(dǎo)軌MN和PQ相距為L.空間存在著足夠大的方向豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度的大小為B.另有質(zhì)量也為m的金屬棒CD，垂直于MN放置在導(dǎo)軌上，并用一根與CD棒垂直的絕緣細線系在定點A.已知細線能承受的最大拉力為T0，CD棒接入導(dǎo)軌間的有效電阻為R.現(xiàn)從t0時刻開始對U形框架施加水平向右的拉力，使其從靜止開始做加速度為a的勻加速直線運動. (1)求從框架開始運動到細線斷裂所需的時間t0 及細線斷裂時框架的瞬時速度v0大小；,圖4,解

8、析細線斷裂時，,(2)若在細線斷裂時，立即撤去拉力，求此后過程中回路產(chǎn)生的總焦耳熱Q.,解析在細線斷裂時立即撤去拉力，框架向右減速運動，棒向右加速運動，設(shè)二者最終速度大小均為v，設(shè)向右為正方向，由系統(tǒng)動量守恒可得mv02mv,動量守恒定律與其他知識綜合應(yīng)用類問題的求解，與一般的力學(xué)問題求解思路并無差異，只是問題的情景更復(fù)雜多樣，分析清楚物理過程，正確識別物理模型是解決問題的關(guān)鍵.,,,,命題點二電場中動量和能量觀點的應(yīng)用,例3如圖5所示，光滑絕緣水平面上方分布著場強大小為E、方向水平向右的勻強電場.質(zhì)量為3m、電荷量為q的球A由靜止開始運動，與相距為L、質(zhì)量為m的不帶電小球B發(fā)生對心碰撞，碰撞

9、時間極短，碰撞后作為一個整體繼續(xù)向右運動.兩球均可視為質(zhì)點，求： (1)兩球發(fā)生碰撞前A球的速度大?。?圖5,(2)A、B碰撞過程中系統(tǒng)損失的機械能；,解析A、B碰撞時間極短，可認為A、B碰撞過程中系統(tǒng)動量守恒，設(shè)向右為正方向， 由動量守恒定律：3mv(3mm)v1,(3)A、B碰撞過程中B球受到的沖量大小.,解析以B為研究對象，設(shè)向右為正方向，由動量定理：Imv10,變式3(2018湖南省常德市期末檢測)如圖6所示，軌道ABCDP位于豎直平面內(nèi)，其中圓弧段CD與水平段AC及傾斜段DP分別相切于C點和D點，水平段BC粗糙，其余都光滑，DP段與水平面的夾角37，D、C兩點的高度差h0.1 m，整

10、個軌道絕緣，處于方向水平向左、電場強度大小未知的勻強電場中，一個質(zhì)量m10.4 kg、帶正電、電荷量未知的小物塊在A點由靜止釋放，經(jīng)過時間t1 s，與靜止在B點的不帶電、質(zhì)量m20.6 kg的小物塊碰撞并粘在一起后，在BC段上做勻速直線運動，到達傾斜段DP上某位置，物塊和與軌道BC段的動摩擦因數(shù)均為0.2，g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.求： (1)物塊和在BC段上做勻速直線運動的速度大?。?圖6,答案2 m/s,解析物塊和粘在一起在BC段上做勻速直線運動，設(shè)電場強度大小為E，物塊帶電荷量大小為q，與物塊碰撞前物塊速度為v1，碰撞后共同速度為v2，以向左為正方向，則

11、qE(m1m2)g qEtm1v1 m1v1(m1m2)v2 聯(lián)立解得v22 m/s；,(2)物塊和第一次經(jīng)過圓弧段C點時，物塊和對軌道壓力的大小.,答案18 N,解析設(shè)圓弧段CD的半徑為R，物塊和經(jīng)過C點時圓弧段軌道對物塊支持力的大小為N 則R(1cos )h,解得：N18 N，由牛頓第三定律可得物塊和對軌道壓力的大小為18 N.,例4(2018廣西南寧市3月適應(yīng)測試)如圖7所示，光滑絕緣的半圓形軌道ACD，固定在豎直面內(nèi)，軌道處在垂直于軌道平面向里的勻強磁場中，半圓的直徑AD水平，半徑為R，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，在A端由靜止釋放一個帶正電荷、質(zhì)量為m的金屬小球甲，結(jié)果小球甲連續(xù)兩次通過

12、軌道最低點C時，對軌道的壓力差為F，小球運動過程始中終不脫離軌道，重力加速度為g.求： (1)小球甲經(jīng)過軌道最低點C時的速度大?。?,,,命題點三磁場中動量和能量觀點的應(yīng)用,圖7,解析由于小球甲在運動過程中，只有重力做功，因此機械能守恒，由A點運動到C點，有,(2)小球甲所帶的電荷量；,由題意知FF2F1,(3)若在半圓形軌道的最低點C放一個與小球甲完全相同的不帶電的金屬小球乙，讓小球甲仍從軌道的A端由靜止釋放，則甲球與乙球發(fā)生彈性碰撞后的一瞬間，乙球?qū)壍赖膲毫?(不計兩球間靜電力的作用),解析因為甲球與乙球在最低點發(fā)生的是彈性碰撞，則 mvCmv甲mv乙,解得v甲0，v乙vC 設(shè)碰撞后的一

13、瞬間，軌道對乙球的支持力大小為F乙，方向豎直向上，則,,課時作業(yè),,,1.如圖1所示，平行傾斜光滑導(dǎo)軌與足夠長的平行水平光滑導(dǎo)軌平滑連接，導(dǎo)軌電阻不計.質(zhì)量分別為m和 m的金屬棒b和c靜止放在水平導(dǎo)軌上，b、c兩棒均與導(dǎo)軌垂直.圖中de虛線往右有范圍足夠大、方向豎直向上的勻強磁場.質(zhì)量為m的絕緣棒a垂直于傾斜導(dǎo)軌由靜止釋放，釋放位置與水平導(dǎo)軌的高度差為h.已知絕緣棒a滑到水平導(dǎo)軌上與金屬棒b發(fā)生彈性正碰，金屬棒b進入磁場后始終未與金屬棒c發(fā)生碰撞.重力加速度為g.求： (1)絕緣棒a與金屬棒b發(fā)生彈性正碰后分離時兩 棒的速度大?。?圖1,1,2,3,4,解析設(shè)a棒滑到水平導(dǎo)軌時速度為v0，下滑

14、過程中a棒機械能守恒 mv02mgh,1,2,3,4,a棒與b棒發(fā)生彈性碰撞 由動量守恒定律：mv0mv1mv2,(2)金屬棒b進入磁場后，其加速度為其最大加速度的一半時的速度大小；,1,2,3,4,解析b棒剛進磁場時的加速度最大. b、c兩棒組成的系統(tǒng)合外力為零，系統(tǒng)動量守恒.,設(shè)b棒進入磁場后某時刻，b棒的速度為vb，c棒的速度為vc， 則b、c組成的回路中的感應(yīng)電動勢EBL(vbvc)，,故當(dāng)b棒加速度為最大值的一半時有v22(v2v3),1,2,3,4,(3)兩金屬棒b、c上最終產(chǎn)生的總焦耳熱.,1,2,3,4,解析最終b、c以相同的速度勻速運動.,1,2,3,4,2.(2018湖南省

15、長沙四縣三月模擬)足夠長的平行金屬軌道M、N，相距L0.5 m，且水平放置；M、N左端與半徑R0.4 m的光滑豎直半圓軌道相連，與軌道始終垂直且接觸良好的金屬棒b和c可在軌道上無摩擦地滑動，兩金屬棒的質(zhì)量mbmc0.1 kg，接入電路的有效電阻RbRc1 ，軌道的電阻不計.平行水平金屬軌道M、N處于磁感應(yīng)強度B1 T的勻強磁場中，磁場方向垂直軌道平面向上，光滑豎直半圓軌道在磁場外，如圖2所示，若使b棒以初速度v010 m/s開始向左運動，運動過程中b、c不相撞，g取10 m/s2，求： (1)c棒的最大速度；,圖2,1,2,3,4,答案5 m/s,解析在磁場力作用下，b棒做減速運動，c棒做加速

16、運動，當(dāng)兩棒速度相等時，c棒達最大速度.取兩棒組成的系統(tǒng)為研究對象，根據(jù)動量守恒定律有 mbv0(mbmc)v,1,2,3,4,(2)c棒達最大速度時，此棒產(chǎn)生的焦耳熱；,答案1.25 J,解析從b棒開始運動到兩棒速度相等的過程中，系統(tǒng)減少的動能轉(zhuǎn)化為電能，,1,2,3,4,(3)若c棒達最大速度后沿半圓軌道上滑，金屬棒c到達軌道最高點時對軌道的壓力的大小.,答案1.25 N,1,2,3,4,解析設(shè)c棒沿半圓軌道滑到最高點時的速度為v， 從半圓軌道最低點上升到最高點的過程由機械能守恒可得：,解得v3 m/s 在最高點，設(shè)軌道對c棒的彈力為F，由牛頓第二定律得,解得F1.25 N 由牛頓第三定律

17、得，在最高點c棒對軌道的壓力為1.25 N，方向豎直向上.,1,2,3,4,3.(2018福建省寧德市上學(xué)期期末)如圖3所示，PM是半徑為R的四分之一光滑絕緣軌道，僅在該軌道內(nèi)有垂直紙面向外的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B.光滑絕緣軌道MN水平且足夠長，PM下端與MN相切于M點.質(zhì)量為m的帶正電小球b靜止在水平軌道上，質(zhì)量為2m、電荷量為q的帶正電小球a從P點由靜止釋放，在a球進入水平軌道后，a、b兩小球間只有靜電力作用，且a、b兩小球始終沒有接觸.帶電小球均可視為點電荷，設(shè)小球b離M點足夠遠，重力加速度為g.求： (1)小球a剛到達M點時的速度大小及對軌道的壓 力大小；,圖3,1,2,3,4,

18、1,2,3,4,(2)a、b兩小球系統(tǒng)的電勢能最大值Ep；,解析兩球速度相等時系統(tǒng)電勢能最大，以向右為正方向， 由動量守恒定律有：2mvM3mv共,1,2,3,4,(3)a、b兩小球最終的速度va、vb的大小.,解析由動量守恒定律：2mvM2mvamvb,1,2,3,4,4.(2018寧夏一中模擬)如圖4所示，在絕緣水平面上的兩物塊A、B用勁度系數(shù)為k的水平絕緣輕質(zhì)彈簧連接，物塊B、C用跨過輕質(zhì)定滑輪的絕緣輕繩連接，A靠在豎直墻邊，C在傾角為的長斜面上，滑輪兩側(cè)的輕繩分別與水平面和斜面平行.A、B、C的質(zhì)量分別是m、2m、2m，A、C均不帶電，B帶正電，滑輪左側(cè)存在著水平向左的勻強電場，整個系

19、統(tǒng)不計一切摩擦，B與滑輪足夠遠.B所受的電場力大小為6mgsin ，開始時系統(tǒng)靜止.現(xiàn)讓C在沿斜面向下的拉力F作用下做加速度大小為a的勻加速直線運動，彈簧始終未超過彈性限度，重力加速度大小為g.,圖4,1,2,3,4,(1)求彈簧的壓縮長度x1；,解析開始時，彈簧處于壓縮狀態(tài) 對C受力平衡有T12mgsin 對B受力平衡有T1kx16mgsin ,1,2,3,4,(2)求A剛要離開墻壁時C的速度大小v1及拉力F的大小；,解析A剛要離開墻壁時墻壁對A的彈力為零，彈簧剛好不發(fā)生形變，,則B做勻加速直線運動，位移大小為x1時有v122ax1,根據(jù)牛頓第二定律 對B有：T26mgsin 2ma 對C有：F2mgsin T22ma,解得F4m(gsin a),1,2,3,4,(3)若A剛要離開墻壁時，撤去拉力F，同時電場力大小突然減為2mgsin ，方向不變，求在之后的運動過程中彈簧的最大彈性勢能Epm.,解析A離開墻壁后，A、B、C系統(tǒng)的合外力為零，系統(tǒng)動量守恒，,當(dāng)三個物塊的速度相等時(設(shè)為v2)，彈簧彈性勢能最大，有 (2m2m)v1 (m2m2m)v2 根據(jù)能量守恒定律有,1,2,3,4,