2020高考物理二轮复习专题二动量与能量第2讲动量观点和能量观点在电学中的应用学案.pdf

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1、【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】1/12 2020高考物理二轮复习专题二动量与能量第2讲动量观点和能量观点在电学中的应用学案编 辑：_时 间：_教学资料范本【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】2/12 知识必备1.静电力做功与路径无关。若电场为匀强电场，则W Flcos qElcos；若是非匀强电场，则一般利用W qU来求。2.静电力做的功等于电势能的变化，即WAB Ep。3.电流做功的实质是电场对移动电荷做功，即W UIt qU。4.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电荷都不做功；安培力可以做正功、负功，还可以不做功。5.电磁感应中的能量问题(

2、1)能量转化：其他形式的能量电能电能焦耳热或其他形式能(2)焦耳热的三种求法：焦耳定律：Q I2Rt功能关系：Q W克服安培力能量转化：Q W其他能的减少量,备考策略动量观点和能量观点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，要抓住4 点：(1)受力分析和运动过程分析是关键。(2)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。(3)力学中的几个功能关系在电学中仍然成立。【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】3/12(4)感应电动势是联系电磁感应与电路的桥梁，要做好“源”的分析，电磁感应产生的电功率等于内、外电路消耗的功率之和，这是能量守恒分析这类问题的思路。

3、功能关系在电学中的应用【真题示例】(多选)(20 xx 全国卷，21)一匀强电场的方向平行于xOy 平面，平面内a、b、c 三点的位置如图1 所示，三点的电势分别为10 V、17 V、26 V。下列说法正确的是()图 1A.电场强度的大小为2.5 V/cmB.坐标原点处的电势为1 VC.电子在 a 点的电势能比在 b 点的低 7 eVD.电子从 b 点运动到 c 点，电场力做功为9 eV解析如图所示，设 a、c 之间的 d 点电势与 b 点电势相同，则，所以 d 点的坐标为(3.5 cm，6 cm)，过 c 点作等势线 bd 的垂线，电场强度的方向由高电势指向低电势。由几何关系可得，cf 的长

4、度为 3.6 cm，电场强度的大小 E 2.5 V/cm，故选项 A正确；因为 Oacb是矩形，所以有 Uac UOb，可知坐标原点 O处的电势为 1 V，故选项 B正确；a 点电势比 b 点电势低 7 V，电子带负电，所以电子在a 点的电势能比在 b 点的高 7 eV，故选项 C错误；b 点电势比 c 点电势低 9 V，电子从 b 点运动到 c 点，电场力做功为9 eV，故选项 D正确。答案ABD真题感悟1.高考考查特点(1)本考点重在通过带电粒子在电场中的运动考查电场中的功能关系。(2)理解电场力做功与电势能的变化关系，是解题的关键。【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】4/12

5、2.常见误区及临考提醒(1)在进行电场力做功和电势能的判断时，要注意电荷的正负。(2)电场力做功只与始、末位置有关，与路径无关。(3)利用能量的转化和守恒解决电磁感应问题时要准确把握参与转化的能量的形式和种类，同时要确定各种能量的增减情况和增减原因。预测 1功能关系在电场中的应用预测 2功能关系在电磁感应中的应用预测 3应用动力学观点和功能观点处理电学综合问题1.(多选)如图 2 甲所示，一光滑绝缘细杆竖直放置，与细杆右侧距离为d 的 A 点处有一固定的正点电荷，细杆上套有一带电小环，设小环与点电荷的竖直高度差为h，将小环无初速度地从h 高处释放后，在下落至h0 的过程中，其动能Ek 随 h

6、的变化曲线如图乙所示，则()图 2A.小环可能带负电B.从 h 高处下落至 h0 的过程中，小环电势能增加C.从 h 高处下落至 h0 的过程中，小环经过了加速、减速、再加速三个阶段D.小环将做以 O点为中心的往复运动解析由题图乙中 Ek 随 h 的变化曲线可知，小环从h 高处下落至 h0的过程中，经过了加速、减速、再加速三个阶段，选项C 正确；合外力做功的情况是先做正功，再做负功，最后又做正功，而重力一直对小环做正功，故只有库仑力能对小环做负功，即小环带正电，选项A 错误；从 h 高处下落至 h0 的过程中，电场力做负功，故小环电势能增加，选项 B 正确；小环越过O点后，所受的电场力、重力及

7、杆对小环的弹力的合力方向向下，故小环将向下做加速运动，选项D错误。答案BC【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】5/12 2.(多选)在如图 3 所示的倾角为 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，区域的磁场方向垂直斜面向上。区域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

8、为Ek，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()图 3A.在下滑过程中，由于重力做正功，所以有v2v1B.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 Ek)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EkW1 W2解析由平衡条件，第一次匀速运动时，mgsin，第二次匀速运动时，mgsin，则 v2v1，选项 A错误；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

9、的中间位置的过程中，由动能定理得，W1 W2 Ek，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 Ek，选项 C正确。答案CD3.如图 4 所示，光滑绝缘水平面AB与倾角 37，长 L5 m 的固定绝缘斜面 BC在 B处平滑相连，在斜面的C处有一与斜面垂直的弹性绝缘挡板。质量 m 0.5 kg、带电荷量 q5105 C的绝缘带电小滑块【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】6/12(可看作质点)置于斜面的中点D，整个空间存在水平向右的匀强电场，场强 E2105 N/C，现让滑块以v014 m/s 的速度沿斜面向上运动。设滑块与挡板碰撞前后所带电荷量不变、速度大

10、小不变，滑块和斜面间的动摩擦因数 0.1。(g 取 10 m/s2，sin 37 0.6，cos 37 0.8)求：图 4(1)滑块沿斜面向上运动的加速度大小；(2)滑块运动的总路程。解析(1)滑块与斜面之间的摩擦力f(mgcos 37qEsin 37)1 N根据牛顿第二定律可得qEcos 37mgsin 37 f ma解得 a8 m/s2。(2)由题可知，滑块最终停在C点。设滑块从 D 点开始运动到最终停在C点的过程中在斜面上运动的路程为s1，由动能定理有2 0mv0fs1mgsin 37 qEcos 37解得 s161.5 m设滑块第 1 次到 B时动能为 Ek1，从 D到 B由动能定理得

11、2 0mvEk1f mgsin 37 qEcos 37解得 Ek129 J设滑块第 1 次从 B滑到水平面上的最远距离为x1，由动能定理得 qEx10Ek1解得 x12.9 m【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】7/12 水平面光滑，滑块滑回到B 点时动能不变，滑块在斜面上往返一次克服摩擦力做功 Wf2fL10 J滑块第 2 次回到 B点时动能为 Ek2Ek1Wf19 J设滑块第 2 次从 B滑到水平面上的最远距离为x2，由动能定理得 qEx20Ek2，解得 x21.9 m同理，滑块第 3 次从 B滑到水平面上的最远距离为x30.9 m此后就不会再滑到水平面上了滑块在水平面上运动的总

12、路程为s22(x1x2x3)11.4 m滑块运动的总路程ss1s272.9 m。答案(1)8 m/s2(2)72.9 m应用动量观点和能量观点处理力电综合问题【真题示例】(20 xx 天津理综，12)电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度，其原理可用来研制新武器和航天运载器。电磁轨道炮示意图如图 5 所示，图中直流电源电动势为E，电容器的电容为C。两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为l，电阻不计。炮弹可视为一质量为m、电阻为 R的金属棒 MN，垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨良好接触。首先开关S接 1，使电容器完全充电。然后将S接至 2，导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强

13、度大小为B 的匀强磁场(图中未画出)，MN开始向右加速运动。当MN上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时，回路中电流为零，MN达到最大速度，之后离开导轨。问：图 5(1)磁场的方向；【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】8/12(2)MN刚开始运动时加速度a 的大小；(3)MN离开导轨后电容器上剩余的电荷量Q是多少。解析(1)垂直于导轨平面向下。(2)电容器完全充电后，两极板间电压为E，当开关 S接 2 时，电容器放电，设刚放电时流经MN 的电流为 I，有I 设 MN 受到的安培力为F，有 FIlB 由牛顿第二定律，有Fma 联立式得a(3)当电容器充电完毕时，设电容器上电荷量为Q

14、0，有Q0 CE 开关 S 接 2 后，MN开始向右加速运动，速度达到最大值vmax时，设 MN上的感应电动势为E，有 EBlvmax依题意有 E设在此过程中 MN的平均电流为I，MN上受到的平均安培力为F，有 FIlB 由动量定理，有Ft mvmax 0又 I t Q0 Q 联立式得Q?BlEmR(2)垂直于导轨平面向下(1)答案B2l2C2Em B2l2C(3)真题感悟1.高考考查特点【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】9/12(1)本考点的知识点覆盖面广、综合性强，还有复杂代数运算和推理，难度较大。(2)20 xx年全国卷在此处没考题，20 xx 年出题的可能性很大，要引起关注

15、。2.常见误区及临考提醒(1)处理本考点的问题要靠基本方法和典型物理模型来支撑。(2)注意数学知识的灵活选用。预测 1动量和能量观点在电场中的应用预测 2动量和能量观点在电磁感应中的应用预测 3应用动量和能量观点处理电学综合问题1.在匀强电场中，将质子和 粒子分别由静止开始加速(不计重力)，当它们获得相同动能时，质子经历的时间为t1，粒子经历的时间为 t2，则 t1 t2 为()A.11 B.12C.21 D.41解析对质子，根据动量定理，有qPEt1对 粒子，根据动量定理，有qEt2根据题意，式中 E和 Ek 都相同。并将 q2qP，m 4mP代入得 t1 t2 11。选项 A正确。答案A2

16、.如图 6 所示，两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为L，导轨上面横放着两根导体棒ab和 cd，构成矩形回路，两根导体棒的质量皆为m，电阻皆为 R，回路中其余部分的电阻可不计。在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B。设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行，开始时，棒cd 静止，棒 ab 有指向棒 cd 的初速度 v0，若两导体棒在运动中始终不接触，求：【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】10/12 图 6(1)在运动中产生的焦耳热Q最多是多少？(2)当 ab 棒的速度变为初速度的时，cd 棒的加速度 a 是多少？解析(1)从开始到两棒达到相同速度

17、v 的过程中，两棒的总动量守恒，有 mv0 2mv，得 v。根据能量守恒定律，整个过程中产生的焦耳热Q mv(2m)v2mv。(2)设 ab 棒的速度变为v0 时，cd 棒的速度为v，则由动量守恒可知mv0 mv0 mv，解得 vv0此时回路中的电动势为EBLv0 BLv0 BLv0BLv04RI此时回路中的电流为B2L2v04RBILF棒所受的安培力为cd此时B2L2v04mRa棒的加速度cd由牛顿第二定律可得，B2L2v04mR(2)(1)mv答案3.如图 7 所示，竖直平面MN与纸面垂直，MN右侧的空间内存在着垂直纸面向内的匀强磁场和水平向左的匀强电场，MN左侧的水平面光滑，右侧的水平面

18、粗糙。质量为m的物体 A静止在 MN左侧的水平面上，已知物体 A带负电，所带电荷量的大小为q。一质量为 m、不带电的物体 B以速度 v0 冲向物体 A并发生弹性碰撞，碰撞前后物体A的电荷量保持不变。A与 MN右侧的水平面的动摩擦因数为，重力加速度的大小为g，磁感应强度的大小为B，电场强度的大小为E。已知物体A在 MN右侧区【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】11/12 域中运动到与 MN的距离为 l 的 C点(图中未画出)时，速度达到最大值。物体 A、B均可以看作质点，重力加速度为g。求：图 7(1)碰撞后物体 A的速度大小；(2)物体 A从进入 MN右侧区域到运动到C点的过程中克服

19、摩擦力所做的功 W。解析(1)设 A、B 碰撞后的速度分别为vA、vB，由于 A、B 发生弹性碰撞，动量、能量均守恒，则有13mvA mvBmv012mv mvmv联立可得 vAv0(2)A 的速度达到最大值vm时合力为零，受力如图所示竖直方向上合力为零，有FN qvmB mg 水平方向上合力为零，有qEFN 根据动能定理，有qElW mv mv 联立解得 vm v0，W 4mglmv。2 0mv(2)4 mgl(1)v0答案归纳总结1.用力学观点处理力电综合问题可以从以下三条线索展开(1)力和运动的关系根据带电粒子受到的电场力，用牛顿第二定律找出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移

20、等，这条线索通常适用于粒子在恒力作用下做匀变速直线运动的情况。【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】12/12(2)功和能的关系根据电场力对带电粒子所做的功引起的带电粒子能量的变化，利用动能定理研究全过程中能的转化，研究带电粒子的速度变化、位移等。(3)冲量和动量的关系根据电场力对带电粒子冲量引起的带电粒子动量的变化，利用动量定理研究全过程中动量的变化，研究带电粒子的速度变化、经历的时间等。2.电磁感应与动量和能量综合问题的思路(1)从动量角度着手，运用动量定理或动量守恒定律。应用动量定理可以由动量变化来求解变力的冲量，如在导体棒做非匀变速运动的问题中，应用动量定理可以解决牛顿运动定律不易解答的问题。在相互平行的水平轨道间的双棒做切割磁感线运动时，由于这两根导体棒所受的安培力等大反向，合外力为零，若不受其他外力，两导体棒的总动量守恒。解决此类问题往往要应用动量守恒定律。(2)从能量转化和守恒着手，运用动能定理或能量守恒定律。基本思路：受力分析弄清哪些力做功，正功还是负功明确有哪些形式的能量参与转化，哪增哪减由动能定理或能量守恒定律列方程求解。