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磁学中的应用学案-人教版高三全册物理学案.doc

第2讲动量观点和能量观点在电磁学中的应用

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备考策略
1.若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变。
2.若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变。
3.洛伦兹力对运动电荷不做功。
4.安培力可做正功，也可做负功。
5.力学中的三大观点(动力学、动量、能量观点)仍是解决力电综合问题首选的方法。
应用能量观点解决力电综合问题
电场中的功能关系
【典例1】(多选)(2018·全国卷Ⅰ，21)图1中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面，已知平面b上的电势为2V。一电子经过a时的动能为10eV，从a到d的过程中克服电场力所做的功为6eV。下列说法正确的是()

图1
A.平面c上的电势为零
B.该电子可能到达不了平面f
C.该电子经过平面d时，其电势能为4eV
D.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍
解析电子在等势面b时的电势能为E＝qφ＝－2eV，电子由a到d的过程电场力做负功，电势能增加6eV，由于相邻两等势面之间的距离相等，故相邻两等势面之间的电势差相等，则电子由a到b、由b到c、由c到d、由d到f电势能均增加2eV，则电子在等势面c的电势能为零，等势面c的电势为零，A正确；由以上分析可知，电子在等势面d的电势能应为2eV，C错误；电子在等势面b的动能为8eV，电子在等势面d的动能为4eV，由公式Ek＝eq\f(1,2)mv2可知，该电子经过平面b时的速率为经过平面d时速率的eq\r(2)倍，D错误；如果电子的速度与等势面不垂直，则电子在该匀强电场中做曲线运动，所以电子可能到达不了平面f就返回平面a，B正确。
答案AB
能量观点在电磁场中的应用
【典例2】如图2所示，一带正电小球穿在一根绝缘粗糙直杆上，杆与水平方向夹角为θ，整个空间存在着竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，先给小球一初速度，使小球沿杆向下运动，在A点时的动能为100J，在C点时动能减为零，D为AC的中点，那么带电小球在运动过程中()

图2
A.到达C点后小球不可能沿杆向上运动
B.小球在AD段克服摩擦力做的功与在DC段克服摩擦力做的功不等
C.小球在D点时的动能为50J
D.小球电势能的增加量等于重力势能的减少量
解析如果电场力大于重力，则速度减为零后小球可能沿杆向上运动，选项A错误；小球受重力、电场力、洛伦兹力、弹力和滑动摩擦力，由于F洛＝qvB，故洛伦兹力减小，导致支持力和滑动摩擦力变化，故小球在AD段克服摩擦力做的功与在DC段克服摩擦力做的功不等，选项B正确；由于小球在AD段克服摩擦力做的功与在DC段克服摩擦力做的功不等，故小球在D点时的动能也就不一定为50J，选项C错误；该过程是小球的重力势能、电势能、动能和系统的内能之和守恒，故小球电势能的增加量不等于重力势能的减少量，选项D错误。
答案B
动力学观点和能量观点在电磁感应中的应用
【典例3】(2018·江西七校联考)如图3所示，两条光滑的金属导轨相距L＝1m，其中MN段平行于PQ段，位于同一水平面内，NN0段与QQ0段平行，位于与水平面成倾角37°的斜面上，且MNN0与PQQ0均在竖直平面内。在水平导轨区域和倾斜导轨区域内分别有垂直于水平面和斜面的匀强磁场B1和B2，且B1＝B2＝0.5T。ab和cd是质量均为m＝0.1kg、电阻均为R＝4Ω的两根金属棒，ab置于水平导轨上，cd置于倾斜导轨上，均与导轨垂直且接触良好。从t＝0时刻起，ab棒在外力作用下由静止开始沿水平方向向右运动(ab棒始终在水平导轨上运动，且垂直于水平导轨)，cd受到F＝0.6－0.25t(N)沿斜面向上的力
的作用，始终处于静止状态。不计导轨的电阻。(sin37°＝0.6，g取10m/s2)

图3
(1)求流过cd棒的电流Icd随时间t变化的函数关系；
(2)求ab棒在水平导轨上运动的速度vab随时间t变化的函数关系；
(3)求从t＝0时刻起，1.0s内通过ab棒的电荷量q；
(4)若t＝0时刻起，1.0s内作用在ab棒上的外力做功为W＝16J，求这段时间内cd棒产生的焦耳热Qcd。
解析(1)由题意知cd棒受力平衡，则
F＋Fcd＝mgsin37°
Fcd＝B2IcdL，得Icd＝0.5t(A)。
(2)ab棒中电流Iab＝Icd＝0.5t(A)
则回路中电源电动势E＝IcdR总
ab棒切割磁感线，产生的感应电动势为E＝B1Lvab
解得ab棒的速度vab＝8t(m/s)
所以，ab棒做初速度为零的匀加速直线运动。
(3)ab棒的加速度为a＝8m/s2，
1.0s内的位移为x＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)×8×1.02m＝4m
根据eq\o(I,\s\up6(－))＝eq\f(\o(E,\s\up6(－)),R总)