《(新課標(biāo))高考物理二輪復(fù)習(xí)簡(jiǎn)易通 第5講 功能關(guān)系在電學(xué)中的應(yīng)用》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(新課標(biāo))高考物理二輪復(fù)習(xí)簡(jiǎn)易通 第5講 功能關(guān)系在電學(xué)中的應(yīng)用(8頁珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第5講 功能關(guān)系在電學(xué)中的應(yīng)用
(1~2題為單項(xiàng)選擇題,3~4題為多項(xiàng)選擇題)
1. 如圖2-5-13所示,平行金屬導(dǎo)軌與水平面間的傾角為θ,導(dǎo)軌間距為l,電阻不計(jì)、與導(dǎo)軌相連的定值電阻阻值為R.磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過導(dǎo)軌平面.有一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒,從ab位置以平行斜面的大小為v的初速度向上運(yùn)動(dòng),最遠(yuǎn)到達(dá)a′b′的位置,滑行的距離為s.導(dǎo)體棒的電阻也為R,與導(dǎo)軌之間接觸良好并與導(dǎo)軌始終垂直且動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.則
( ).
圖2-5-13
A.上滑過程中導(dǎo)體棒受到的最大安培力為
B.上滑過程中通過定值電阻R的電荷量為
C.上滑過程中定值電阻R產(chǎn)生的熱量為-mgs(
2、sin θ+cos θ)
D.上滑過程中導(dǎo)體棒損失的機(jī)械能為-mgssin θ
解析 導(dǎo)體棒在安培力作用下做減速運(yùn)動(dòng),故導(dǎo)體棒剛開始向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受安培力最大,F(xiàn)m=BIl=,A錯(cuò)誤.上滑過程通過定值電阻R的電荷量q==,B錯(cuò)誤.上滑過程中根據(jù)能量守恒定律得2Q+mgssin θ=mv2,所以Q=,導(dǎo)體棒損失的機(jī)械能等于安培力對(duì)其做的功W=ΔE=mv2-mgssin θ,C錯(cuò)誤,D正確.
答案 D
2. 如圖2-5-14所示,一個(gè)帶正電的小球穿在一根絕緣的粗糙直桿AC上,桿與水平方向成θ角,整個(gè)空間存在著豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直于桿方向斜向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng).小球沿桿向下運(yùn)動(dòng),在A點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為
3、100 J,在C點(diǎn)時(shí)動(dòng)能減為零,D為AC的中點(diǎn),在運(yùn)動(dòng)過程中,則
( ).
圖2-5-14
A.小球在D點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為50 J
B.小球電勢(shì)能的增加量一定等于重力勢(shì)能的減少量
C.到達(dá)C點(diǎn)后小球可能沿桿向上運(yùn)動(dòng)
D.小球在AD段克服摩擦力做的功與小球在DC段克服摩擦力做的功相等
解析 小球做減速運(yùn)動(dòng),F(xiàn)洛將減?。蚺c桿的彈力將變小,所受摩擦力也將變小,合力為變力.據(jù)F合x=ΔEk可知A錯(cuò)誤;重力勢(shì)能的減少量等于電勢(shì)能和內(nèi)能增量之和,B錯(cuò)誤;若電場(chǎng)力大于重力,小球可能沿桿向上運(yùn)動(dòng),C正確.由于摩擦力為變力,D錯(cuò)誤.
答案 C
3. 一帶電粒子射入一固定的正點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)中,
4、沿如圖2-5-15所示的虛線由a點(diǎn)經(jīng)b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn),b點(diǎn)離Q最近.若不計(jì)重力,則 ( ).
圖2-5-15
A.帶電粒子帶正電荷
B.帶電粒子到達(dá)b點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大
C.帶電粒子從a到b電場(chǎng)力對(duì)其做正功
D.帶電粒子從b到c電勢(shì)能減小
解析 從軌跡可知,粒子受到排斥力作用,所以粒子帶正電,選項(xiàng)A正確.粒子從a到b電場(chǎng)力對(duì)其做負(fù)功,動(dòng)能減少,電勢(shì)能增大;從b到c電場(chǎng)力對(duì)其做正功,動(dòng)能增大,電勢(shì)能減少,故粒子在b點(diǎn)動(dòng)能最小,勢(shì)能最大,所以選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤,D正確.
答案 AD
4.電荷量為q=1×10-4 C的帶正電的小物塊置于絕緣水平面上,所在空間存在沿水平方向始終不變
5、的電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小與時(shí)間t的關(guān)系和物塊的速度v與時(shí)間t的關(guān)系分別如圖2-5-16甲、乙所示,若重力加速度g取10 m/s2,根據(jù)圖象所提供的信息,下列說法正確的是
( ).
圖2-5-16
A.物塊在4 s內(nèi)的總位移x=6 m
B.物塊的質(zhì)量m=0.5 kg
C.物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2
D.物塊在4 s內(nèi)電勢(shì)能減少14 J
解析 由題圖乙可知,物塊前2 s做勻加速直線運(yùn)動(dòng),在2~4 s做勻速直線運(yùn)動(dòng),根據(jù)v-t圖象所圍面積可求得前2 s位移x1=2 m,2~4 s位移x2=4 m,總位移為x=6 m,A正確.又由牛頓第二定律得qE1-μmg=ma,①
6、且a==1 m/s2,②
2 s后物塊做勻速運(yùn)動(dòng),有qE2=μmg③
由題圖甲知E1=3×104 N/C、E2=2×104 N/C,
聯(lián)立①②③可得m=1 kg,μ==0.2,B錯(cuò)誤,C正確.
又因?yàn)殡妱?shì)能的減少量等于電場(chǎng)力所做的功,
即ΔEp=W=E1qx1+E2qx2=14 J,D正確.
答案 ACD
5. 如圖2-5-17所示,一粗糙水平軌道與一光滑的圓弧形軌道在A處相連接.圓弧軌道半徑為R,以圓弧軌道的圓心O點(diǎn)和兩軌道相接處A點(diǎn)所在豎直平面為界,在其右側(cè)空間存在著平行于水平軌道向左的勻強(qiáng)電場(chǎng),在左側(cè)空間沒有電場(chǎng).現(xiàn)有一質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的小物塊(可視為質(zhì)點(diǎn)),從水平
7、軌道的B位置由靜止釋放,結(jié)果,物塊第一次沖出圓形軌道末端C后還能上升的最高位置為D,且|CD|=R.已知物塊與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,B離A處的距離為x=2.5R(不計(jì)空氣阻力),求:
圖2-5-17
(1)物塊第一次經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)的速度;
(2)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大??;
(3)物塊在水平軌道上運(yùn)動(dòng)的總路程.
解析 (1)對(duì)物體由A至D運(yùn)用動(dòng)能定理得
-mg·2R=0-mv
解得vA=2.
(2)對(duì)物體由B至A運(yùn)用動(dòng)能定理得
Eq·2.5R-μmg·2.5R=mv-0
解得E=.
(3)對(duì)全過程運(yùn)用動(dòng)能定理得
Eq·2.5R-μmg·s=0
解得s=R.
答案
8、(1)2 (2) (3)R
6.如圖2-5-18甲所示,傾斜放置的光滑平行導(dǎo)軌,長度足夠長,寬度L=0.4 m,自身電阻不計(jì),上端接有R=0.2 Ω的定值電阻,在導(dǎo)軌間MN虛線以下的區(qū)域存在方向垂直導(dǎo)軌平面向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=0.5 T的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),MN虛線到磁場(chǎng)的下邊界的距離為28 m.在MN虛線上方垂直導(dǎo)軌放有一根電阻r=0.1 Ω的金屬棒.現(xiàn)將金屬棒無初速度釋放,其運(yùn)動(dòng)時(shí)的v-t圖象如圖2-5-18乙所示.重力加速度取g=10 m/s2.
圖2-5-18
(1)求斜面的傾角θ和金屬棒的質(zhì)量m.(保留三位有效數(shù)字)
(2)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程中定值電阻R上產(chǎn)生的熱量Q是
9、多少?
解析 (1)在0~2 s時(shí)間內(nèi),對(duì)金屬棒有:
F合=mgsin θ
根據(jù)牛頓第二定律F合=ma
a=gsin θ
由圖象知a==6 m/s2
解得:θ=37°
在t=5 s之后金屬棒做勻速運(yùn)動(dòng),且v=6 m/s,金屬棒受力平衡.
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv
感應(yīng)電流I=
F安=mgsin θ
F安=BIL
解得:m= kg≈0.133 kg.
(2)末速度v2=6 m/s,金屬棒進(jìn)磁場(chǎng)前的位移是12 m,整個(gè)過程金屬棒位移s=40 m
由能量關(guān)系有:mgssin θ=Q總+mv
得Q總=29.6 J
故電阻R上的熱量Q=Q總=19.7 J.
答案 (1)37
10、° 0.133 kg (2)19.7 J
7.(2013·浙江卷,24) “電子能量分析器”主要由處于真空中的電子偏轉(zhuǎn)器和探測(cè)板組成.偏轉(zhuǎn)器是由兩個(gè)相互絕緣、半徑分別為RA和RB的同心金屬半球面A和B構(gòu)成,A、B為電勢(shì)值不等的等勢(shì)面,其過球心的截面如圖2-5-19所示.一束電荷量為e、質(zhì)量為m的電子以不同的動(dòng)能從偏轉(zhuǎn)器左端M板正中間小孔垂直入射,進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)區(qū)域,最后到達(dá)偏轉(zhuǎn)器右端的探測(cè)板N,其中動(dòng)能為Ek0的電子沿等勢(shì)面C做勻速圓周運(yùn)動(dòng)到達(dá)N板的正中間.忽略電場(chǎng)的邊緣效應(yīng).
圖2-5-19
(1)判斷半球面A、B的電勢(shì)高低,并說明理由;
(2)求等勢(shì)面C所在處電場(chǎng)強(qiáng)度E的大?。?
11、
(3)若半球面A、B和等勢(shì)面C的電勢(shì)分別為φA、φB和φC,則到達(dá)N板左、右邊緣處的電子,經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)前、后的動(dòng)能改變量ΔEk左和ΔEk右分別為多少?
(4)比較|ΔEk左|與|ΔEk右|的大小,并說明理由.
解析 (1)電子(帶負(fù)電)做圓周運(yùn)動(dòng),電場(chǎng)力方向指向球心,電場(chǎng)方向從B指向A,B板電勢(shì)高于A板.
(2)據(jù)題意,電子在電場(chǎng)力作用下做圓周運(yùn)動(dòng),考慮到圓軌道上的電場(chǎng)強(qiáng)度E大小相同,有:
eE=m Ek0=mv2 R=
聯(lián)立解得E==
(3)電子運(yùn)動(dòng)時(shí)只有電場(chǎng)力做功,根據(jù)動(dòng)能定理,有
ΔEk=qU
對(duì)到達(dá)N板左邊緣的電子,電場(chǎng)力做正功,動(dòng)能增加,有
ΔEk左=e(φB-φ
12、C)
對(duì)到達(dá)N板右邊緣的電子,電場(chǎng)力做負(fù)功,動(dòng)能減小,有
ΔEk右=e(φA-φC)
(4)根據(jù)電場(chǎng)線特點(diǎn),等勢(shì)面B與C之間的電場(chǎng)強(qiáng)度大于C與A之間的電場(chǎng)強(qiáng)度,考慮到等勢(shì)面間距相等,有
|φB-φC|>|φA-φC|,即|ΔEk左|>|ΔEk右|.
答案 (1)B板電勢(shì)高 (2) (3)e(φB-φC) e(φA-φC) (4)|ΔEk左|>|ΔEk右| 理由見解析
8.如圖2-5-20甲所示,MN、PQ是固定于同一水平面內(nèi)相互平行的粗糙長直導(dǎo)軌,間距L=2.0 m,R是連在導(dǎo)軌一端的電阻,質(zhì)量m=1.0 kg的導(dǎo)體棒ab垂直跨在導(dǎo)軌上,電壓傳感器與這部分裝置相連.導(dǎo)軌所在空間有一
13、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50 T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng).從t=0開始對(duì)導(dǎo)體棒ab施加一個(gè)水平向左的拉力,使其由靜止開始沿導(dǎo)軌向左運(yùn)動(dòng),電壓傳感器測(cè)出R兩端的電壓隨時(shí)間變化的圖線如圖2-5-20乙所示,其中OA、BC段是直線,AB段是曲線.假設(shè)在1.2 s以后拉力的功率P=4.5 W保持不變.導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒ab的電阻均可忽略不計(jì),導(dǎo)體棒ab在運(yùn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌垂直,且接觸良好,不計(jì)電壓傳感器對(duì)電路的影響.g取10 m/s2.求:
圖2-5-20
(1)導(dǎo)體棒ab最大速度vm的大小;
(2)在1.2 s~2.4 s的時(shí)間內(nèi),該裝置總共產(chǎn)生的熱量Q;
(3)導(dǎo)體棒ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ和
14、電阻R的值.
解析 (1)從題圖乙可知,2.4 s時(shí)R兩端的電壓最大,Um=1.0 V,由于導(dǎo)體棒內(nèi)阻不計(jì),故Um=Em=BLvm=1.0 V,所以vm==1.0 m/s ①
(2)因?yàn)閁=E=BLv,而B、L為常數(shù),所以由題圖乙知,在0~1.2 s內(nèi)導(dǎo)體棒做勻加速直線運(yùn)動(dòng).設(shè)導(dǎo)體棒在這段時(shí)間內(nèi)的加速度為a,t1=1.2 s時(shí)導(dǎo)體棒的速度為v1,由題圖乙可知此時(shí)電壓U1=0.90 V.
因?yàn)閁1=E1=BLv1 ②
所以v1==0.90 m/s
在1.2 s~2.4 s時(shí)間內(nèi),根據(jù)功能關(guān)系
mv+P·Δt=mv+Q ③
代入
15、數(shù)據(jù)解得Q≈5.3 J
(3)導(dǎo)體棒做勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度
a==0.75 m/s2
當(dāng)t1=1.2 s時(shí),設(shè)拉力為F1,
則有F1==5.0 N
同理,當(dāng)t2=2.4 s時(shí),設(shè)拉力為F2,
則有F2==4.5 N
對(duì)ab棒受力分析如圖所示,根據(jù)牛頓第二定律有
F1-Ff-F安1=ma ④
F2-Ff-F安2=0 ⑤
mg-FN=0 ⑥
又因?yàn)镕安1=BI1L= ⑦
F安2=BI2L= ⑧
Ff=μFN ⑨
聯(lián)立④⑤⑥⑦⑧⑨,代入數(shù)據(jù)可求得
R=0.4 Ω,μ=0.2.
答案 (1)1.0 m/s (2)5.3 J (3)0.2 0.4 Ω