2013届高考物理二轮复习专题课件：专题二_第2课时_动力学观点在电学中的应用教程

知识方法聚焦第2课时第2课时动力学观点在电学中的应用1.带电粒子在磁场中的运动问题：洛伦兹力的方向始终粒子的速度方向．2.带电粒子在复合场中的运动情况一般较为复杂，但是它仍然是一个问题，同样遵循力和运动的基本规律．垂直于力学第2课时3.若带电粒子在静电力、重力和洛伦兹力共同作用下做直线运动,如果是匀强电场和匀强磁场,那么重力和静电力都是力,洛伦兹力与速度方向垂直,而其大小与大小密切相关.因此,只有带电粒子的不变,才可能做直线运动,即做匀速直线运动.4.典型的匀变速直线运动(1)只受重力作用的自由落体运动和竖直上抛运动.(2)带电粒子在匀强电场中由静止开始被加速或带电粒子沿着平行于电场方向射入电场中的运动.(3)物体、质点或带电粒子所受的各种外力的合力,且合力方向与初速度方向的运动.知识方法聚焦恒速度速度大小恒定相同第2课时1.带电粒子在电场中做直线运动的问题：在电场中处理力学问题,其分析方法与力学相同.首先进行,然后看物体所受的合力与是否一致,其运动类型有电场加速运动和在交变的电场内的往复运动.2.处理带电粒子在交变电场作用下的直线运动问题时,首先要分析清楚带电粒子在内的受力和运动特征.3.在具体解决带电粒子在复合场内的运动问题时,要认真做好以下三点：(1)正确分析情况；(2)充分理解和掌握不同场对电荷作用的特点和差异；(3)认真分析运动的详细过程,充分挖掘题目中的,建立清晰的物理情景,最终把物理模型转化为数学表达式.知识方法聚焦受力分析速度方向一个周期受力隐含条件本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时题型1电场内动力学问题分析【例1】如图1所示,足够大的绝缘水平面上有一质量为m、电荷量为－q的小物块(视为质点),从A点以初速度v0水平向右运动,物块与水平面间的动摩擦因数为μ.在距离A点L处有一宽度为L的匀强电场区,电场强度方向水平向右,已知重力加速度为g,场强大小为E＝2μmgq.则下列说法正确的是()图1热点题型例析本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时A.适当选取初速度v0,小物块有可能静止在电场区内B.无论怎样选择初速度v0,小物块都不可能静止在电场区内C.要使小物块穿过电场区域,初速度v0的大小应大于22μgLD.若小物块能穿过电场区域,小物块在穿过电场区的过程中,电势能增加μmgL热点题型例析本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时热点题型例析解析小物块在电场内运动过程中的受力如图,小物块做减速运动,假设在电场内速度可以减为零,由于F电＝qE＝2μmgf,小物块不可能在电场内静止,A错,B对；小物块经过两个运动过程,过程一的加速度a1＝μg,过程二的加速度为a2＝3μg.设刚好穿过电场右边界时速度恰好为零,v2－v20＝－2a1L,0－v2＝－2a2L,所以v20＝2La1＋a2＝22μgL,C对；电势能的增加等于克服电场力做的功,W＝qEL＝2μmgL,D错.答案BC本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时如图2所示,离地H高处有一个质量为m、带电量为＋q的物体处于电场强度随时间变化规律为E＝E0－kt(E0、k均为大于零的常数,电场水平向左为正方向)的电场中,物体与竖直绝缘墙壁间的动摩擦因数为μ,已知μqE0mg.t＝0时,物体从墙上静止释放,若物体所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,当物体下滑H2后脱离图2墙面,此时速度大小为gH2,最终落在地面上.则下列关于物体的运动说法正确的是()热点题型例析本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时A.物体克服摩擦力所做的功W＝38mgHB.物体与墙壁脱离的时刻为t＝E0kC.当物体沿墙壁下滑时,物体先加速再做匀速直线运动D.物体从脱离墙壁到落地之前的运动轨迹是一段直线热点题型例析解析取物体受力分析：竖直方向上有mg－μN＝ma,水平方向上有(E0－kt)q＝N,故沿墙壁下滑时,物体做变加速运动,C项错误；此过程由mgH2－W＝12mgH22,得W＝38mgH,A项正确；与墙脱离时,N＝(E0－kt)q＝0,t＝E0k,B项正确；离开墙面时,受到重力与水平向右的电场力,运动方向与合外力不在一条线,故做曲线运动,D项错误.答案AB本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时如图4所示,两金属板间有垂直纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场.一带正电的小球垂直于电场和磁场方向从O点以速度v0飞入此区域,恰好能沿直线从P点飞出此区域.如果只将电场方向图4改为竖直向上,则小球做匀速圆周运动,加速度大小为a1,经时间t1从板间的右端a点飞出,a与P间的距离为y1；如果同时撤去电场和磁场,小球加速度大小为a2,经时间t2从板间的右端b点以速度v飞出,b与P间的距离为y2.a、b两点在图中未标出,则()A.v0vB.a1a2C.y1y2D.t1t2热点题型例析本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时热点题型例析解析小球受到重力、电场力、洛伦兹力,由匀速圆周运动的规律得知,mg＝Eq,Bqv0＝ma1；沿直线从P飞出过程中,仍受此三力,mg＋Eq＝Bqv0；由此分析得出Bqv0＝2mg,故a1＝2ga2,B项错误.在撤去电场和磁场时,重力要做正功,故v0v,A项正确；小球做平抛运动,y2＝12gt22,t2＝板长Lv0；小球做匀速圆周运动的情景,可定性地分析水平方向的分运动,由t1＝板长Lv1水平对比t2,比较水平速度得知t1t2,D项错误.把小球的平抛运动和圆周运动类比到同一方向,如图所示.由a1＝2gg可知,圆周运动弯曲的程度大,L又相同,故y1y2,C项正确.答案AC本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时题型3电磁感应中的动力学问题分析【例3】如图5所示,宽度为L的金属框架竖直固定在绝缘地面上,框架的上端接有一个电子元件,其阻值与其两端所加的电压成正比,即R＝kU,式中k为已知常数.框架上有一质量为m,离地高为h的金属棒,金属棒与框架始终接触良好无摩擦,且保持水平.磁感应强度为B图5的匀强磁场方向垂直于框架平面向里.将金属棒由静止释放,棒沿框架向下运动,不计金属棒及导轨的电阻.重力加速度为g.求：热点题型例析本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时(1)金属棒运动过程中,流过棒的电流的大小和方向；(2)金属棒落到地面时的速度大小；(3)金属棒从释放到落地过程中通过电子元件的电量.热点题型例析解析(1)流过电阻R的电流大小为I＝UR＝1k(2分)电流方向水平向右(或从a→b)(2分)(2)在运动过程中金属棒受到的安培力为F安＝BIL＝BLk(1分)对金属棒运用牛顿第二定律有mg－F安＝ma(1分)得a＝g－BLmk恒定,金属棒做匀加速直线运动(1分)根据v2＝2as,得v＝2hg－BLmk(2分)本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时(3)设金属棒经过时间t落地,有h＝12at2(2分)解得t＝2ha＝2hkmmgk－BL(2分)故有Q＝I·t＝1k2hkmmgk－BL(2分)热点题型例析答案(1)1k,水平向右(2)2hg－BLmk(3)1k2hkmmgk－BL本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时【以题说法】对于导体棒在磁场中动力学问题的分析要特别注意棒中的感应电流受到的安培力一定是阻力.本题中确定安培力的大小是分析导体棒运动的关键.热点题型例析本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时(15分)如图6所示,光滑长直金属导轨PP′、QQ′平行固定在同一水平面上,导轨处于竖直向下的有界匀强磁场中,磁场边界ab与导轨垂直,导轨间距l＝0.6m,电阻忽略不计,P、Q端接有一阻值为R＝1.8Ω的电阻；质量为m＝0.1kg、电阻不计的金属棒MN放置在导轨的无磁场区域.现用F＝0.3N的水平向右恒力拉金属棒,使其从静止开始向右运动,运动过程中金属棒始终垂直导轨且接触良好,经时间t＝2.0s金属棒进入磁场区域,并恰好做匀速运动.求：图6热点题型例析本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时(1)金属棒进入磁场区域时的速度大小v和通过电阻R的电流方向；(2)磁场的磁感应强度大小B.热点题型例析解析(1)设金属棒向右做匀加速运动的加速度为a,由牛顿第二定律有F＝ma①(2分)又v＝at②(2分)由①②式得v＝6m/s③(1分)通过电阻R的电流方向为P→Q④(2分)本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时(2)设金属棒匀速运动时产生的感应电动势为E,由法拉第电磁感应定律有E＝Blv⑤(2分)由闭合电路欧姆定律有I＝ER⑥(2分)金属棒所受的安培力F安＝IlB⑦(1分)由平衡条件有F＝F安⑧(2分)由③⑤⑥⑦⑧式得B＝0.5T(1分)热点题型例析答案(1)6m/s,由P→Q(2)0.5T本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时3.应用动力学方法处理电学综合问题读题审题解题本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时解析(1)设弹簧枪对小物体所做的功为W,由动能定理得W－mgr(1－cosθ)＝12mv20代入数据得W＝0.475J.读题审题解题(2)取沿平直斜轨向上为正方向.设小物体通过C点进入电场后的加速度为a1,由牛顿第二定律得－mgsinθ－μ(mgcosθ＋qE)＝ma1解得a1＝－9m/s2小物体向上做匀减速运动,经t1＝0.1s后,速度达到v1,运动的位移为s1,有v1＝v0＋a1t1解得v1＝2.1m/s,s1＝v0＋v12t1＝0.255m本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时电场反向后,设小物体的加速度为a2,由牛顿第二定律得－mgsinθ－μ(mgcosθ－qE)＝ma2解得a2＝－7m/s2小物体以此加速度运动到达最高点P时速度为零,设此时运动的位移为s2,有－v21＝2a2s2,解得s2＝0.315m设CP的长度为s,有s＝s1＋s2＝(0.255＋0.315)m＝0.57m.读题审题解题答案(1)0.475J(2)0.57m本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时(19分)如图8所示,光滑斜面的倾角α＝30°,在斜面上放置一矩形线框abcd,ab边的边长l1＝1m,bc边的边长l2＝0.6m,线框的质量m＝1kg,电阻R＝0.1Ω,线框受到沿光滑斜面向上的恒力F的作用,已知F＝10N.斜面上ef线(ef//gh)的右方有垂直斜面向上的均匀磁场,磁感应强度B随时间t的变化情况如图9的B－t图象所示,时间t是从线框由静止开始运动时刻起计时的.如果线框从静止开始运动,进入磁场最初一段时间是匀速的,ef线和gh线的距离s＝5.1m,取g＝10m/s2.求：图9读题审题解题图8本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时(1)线框进入磁场前的加速度；(2)线框进入磁场时匀速运动的速度v；(3)线框整体进入磁场后,ab边运动到gh线的过程中产生的焦耳热.读题审题解题解析(1)线框进入磁场前,线框仅受到拉力F、斜面的支持力和线框重力,由牛顿第二定律得：F－mgsinα＝ma线框进入磁场前的加速度a＝F－mgsinαm＝5m/s2(4分)本课时栏目开关知识方法聚焦热点题型例析读题审题解题第2课时读题审题解题(2)因为线框进入磁场的最初一段时间做匀速运动,ab边进入磁场切割磁感线,产生的电动势E＝Bl1v(1分)形成的感应电流I＝ER＝Bl1vR(1分)受到的安培力F安＝BIl1(1分)F＝mgsinα＋B2l21vR(1分)代入数据解得v＝2m/s(1分)(3)线框abcd进入磁场前时,做匀加速直线运动；进入磁场的过程中,做匀速直线运动；线框完全进入磁场后到运动到gh线,仍做匀加速直线运动.进入磁场前线框的运动时间为t1＝va＝25s＝0.4s(1分)进入磁场过程中匀速运动时间为t2