高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題訓(xùn)練二 第2課時(shí) 動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)在電學(xué)中的應(yīng)用
《高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題訓(xùn)練二 第2課時(shí) 動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)在電學(xué)中的應(yīng)用》由會(huì)員分享,可在線(xiàn)閱讀,更多相關(guān)《高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題訓(xùn)練二 第2課時(shí) 動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)在電學(xué)中的應(yīng)用(15頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題訓(xùn)練二 第2課時(shí) 動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)在電學(xué)中的應(yīng)用 1.帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),洛倫茲力的方向始終垂直于粒子的速度方向. 2.帶電粒子在電場(chǎng)力、重力和洛倫茲力共同作用下的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)只能是勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng). 3.帶電粒子(不計(jì)重力)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中由靜止開(kāi)始被加速或帶電粒子沿著平行于電場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中時(shí),帶電粒子做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng). 4.電磁感應(yīng)中導(dǎo)體棒在安培力和其他恒力作用下的三種運(yùn)動(dòng)類(lèi)型:勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、加速度逐漸減小的減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、加速度逐漸減小的加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng). 1.帶電粒子在電場(chǎng)中做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題:在電場(chǎng)中處理力學(xué)問(wèn)題時(shí),其分析方法與力學(xué)相同.首先進(jìn)行受力分析,
2、然后看粒子所受的合力與速度方向是否一致,其運(yùn)動(dòng)類(lèi)型有電場(chǎng)內(nèi)的加速運(yùn)動(dòng)和在交變電場(chǎng)內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng). 2.帶電粒子在交變電場(chǎng)中的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),一般多以加速、減速交替出現(xiàn)的多運(yùn)動(dòng)過(guò)程的情景出現(xiàn). 解決的方法: (1)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)分析其中一個(gè)變化周期內(nèi)相關(guān)物理量的變化規(guī)律. (2)借助運(yùn)動(dòng)圖象進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析. 考向1 電場(chǎng)內(nèi)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題分析 例1 如圖1所示,一光滑絕緣水平木板(木板足夠長(zhǎng))固定在水平向左、電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,一電量為q(帶正電)的物體在水平恒力F作用下從A點(diǎn)由靜止開(kāi)始向右加速運(yùn)動(dòng),經(jīng)一段時(shí)間t撤去這個(gè)力,又經(jīng)時(shí)間2t物體返回A點(diǎn),則( ) 圖1 A.這
3、一過(guò)程中帶電物體的電勢(shì)能先增加后減小,其變化量為0 B.水平恒力與電場(chǎng)力的比為9∶5 C.水平恒力與電場(chǎng)力的比為7∶3 D.物體先向右加速到最右端,然后向左加速返回到A點(diǎn) 審題突破 判斷電勢(shì)能變化的方法是什么?“經(jīng)時(shí)間2t物體返回A點(diǎn)”說(shuō)明物體向右的位移大小和向左位移大小有什么關(guān)系? 解析 電場(chǎng)力先做負(fù)功后做正功,總功為零,所以帶電物體的電勢(shì)能先增加后減小,其變化量為0,故A正確;在恒力F作用時(shí)a1=,位移x1=a1t2,撤去恒力F后a2=,位移x2=a1t·2t-a2(2t)2,根據(jù)x1=-x2得=,故B正確;物體先向右加速然后向右減速到最右端,然后向左加速返回到A點(diǎn),所以D錯(cuò)誤.
4、 答案 AB 以題說(shuō)法 帶電體在電場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析關(guān)鍵在于受力分析,特別是電場(chǎng)力方向的確定,在電場(chǎng)力方向已確定的情況下,其動(dòng)力學(xué)的分析和力學(xué)問(wèn)題中的分析是一樣的. 如圖2實(shí)線(xiàn)為電場(chǎng)中一條豎直的電場(chǎng)線(xiàn),有一質(zhì)量為m、電量為+q的小球,由該直線(xiàn)上A點(diǎn)靜止釋放,小球向下運(yùn)動(dòng)到達(dá)B點(diǎn)減速為零后返回A點(diǎn),則下列判斷正確的是( ) 圖2 A.該電場(chǎng)可能是豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng),且E> B.A點(diǎn)的電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì) C.A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)小于B點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng) D.向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,重力勢(shì)能的減少量總是等于電勢(shì)能的增加量 答案 C 解析 該電場(chǎng)不可能是豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)且E>,否則小球從靜止開(kāi)始只能沿A
5、B做單向直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),回不到A點(diǎn),故A錯(cuò)誤.小球向下應(yīng)先加速后減速,所受的電場(chǎng)力方向必定豎直向上,則電場(chǎng)線(xiàn)方向從B指向A,所以A點(diǎn)的電勢(shì)低于B點(diǎn)電勢(shì),故B錯(cuò)誤.在A點(diǎn),有qEA<mg,在B點(diǎn),有qEB>mg,則得:EA<EB,故C正確.向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,小球有動(dòng)能時(shí),根據(jù)能量守恒定律可知重力勢(shì)能的減少量等于動(dòng)能增加量和電勢(shì)能的增加量之和,故D錯(cuò)誤. 考向2 磁場(chǎng)內(nèi)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題分析 例2 如圖3所示,空間有一垂直紙面向外的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一質(zhì)量為 0.2 kg且足夠長(zhǎng)的絕緣木板靜止在光滑水平面上,在木板左端無(wú)初速度放置一質(zhì)量為0.1 kg、電荷量q=+0.2 C的滑塊,滑塊與絕
6、緣木板之間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5,滑塊受到的最大靜摩擦力可認(rèn)為等于滑動(dòng)摩擦力.t=0時(shí)對(duì)木板施加方向水平向左,大小為0.6 N的恒力,g取10 m/s2.則( ) 圖3 A.木板和滑塊一直做加速度為2 m/s2的勻加速運(yùn)動(dòng) B.滑塊開(kāi)始做加速度減小的變加速運(yùn)動(dòng),最后做速度為10 m/s勻速運(yùn)動(dòng) C.木板先做加速度為2 m/s2勻加速運(yùn)動(dòng),再做加速度增大的運(yùn)動(dòng),最后做加速度為3 m/s2的勻加速運(yùn)動(dòng) D.t=5 s末滑塊未脫離木板且有相對(duì)運(yùn)動(dòng) 審題突破 滑塊與木板一直保持相對(duì)靜止嗎?最終各自是什么運(yùn)動(dòng)狀態(tài)? 解析 由于動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5,靜摩擦力能提供的最大加速度為5 m/s2,
7、所以當(dāng)0.6 N的恒力作用于木板時(shí),系統(tǒng)一起以a== m/s2=2 m/s2的加速度一起運(yùn)動(dòng),當(dāng)滑塊獲得向左的速度以后又產(chǎn)生一個(gè)方向向上的洛倫茲力,當(dāng)洛倫茲力等于重力時(shí)滑塊與木板之間的彈力為零,此時(shí)Bqv=mg,解得:v=10 m/s,此時(shí)摩擦力消失,滑塊做勻速運(yùn)動(dòng),而木板在恒力作用下做勻加速運(yùn)動(dòng),a′== m/s2=3 m/s2.可知滑塊先與木板一起做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),然后發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),做加速度減小的變加速運(yùn)動(dòng),最后做速度為10 m/s的勻速運(yùn)動(dòng),故A、B錯(cuò)誤,C正確.木塊開(kāi)始的加速度為2 m/s2,一段時(shí)間后加速度逐漸減小,當(dāng)減小到零時(shí),與木板脫離做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),知5 s末的速度小于10 m
8、/s,知此時(shí)摩擦力不為零,還未脫離木板,故D正確. 答案 CD 以題說(shuō)法 1.對(duì)于磁場(chǎng)內(nèi)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,要特別注意洛倫茲力的特性,因F洛=qvB,則速度v的變化影響受力,受力的變化又反過(guò)來(lái)影響運(yùn)動(dòng). 2.此類(lèi)問(wèn)題也常出現(xiàn)臨界問(wèn)題,如本題中有兩個(gè)臨界:滑塊與木板相對(duì)運(yùn)動(dòng)的臨界和滑塊與木板間彈力為零的臨界. 如圖4所示,帶電平行板中勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向水平垂直紙面向里,某帶電小球從光滑絕緣軌道上的a點(diǎn)自由滑下,經(jīng)過(guò)軌道端點(diǎn)P進(jìn)入板間后恰能沿水平方向做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).現(xiàn)使小球從較低的b點(diǎn)開(kāi)始下滑,經(jīng)P點(diǎn)進(jìn)入板間,在板間的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中( ) 圖4 A.其電勢(shì)能將會(huì)增大 B.其機(jī)械能將會(huì)增大 C
9、.小球所受的洛倫茲力的大小將會(huì)增大 D.小球受到的電場(chǎng)力將會(huì)增大 答案 AC 解析 小球從a點(diǎn)下滑經(jīng)過(guò)P點(diǎn)進(jìn)入平行板間后受到重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),洛倫茲力和電場(chǎng)力同向,故都向上且小球帶正電;小球從稍低的b點(diǎn)下滑時(shí)到達(dá)P點(diǎn)的速度會(huì)變小,洛倫茲力減小,小球會(huì)向下偏轉(zhuǎn),電場(chǎng)力做負(fù)功,電勢(shì)能增加,而機(jī)械能會(huì)減小,水平方向速度不變,但豎直方向的速度增加,所以動(dòng)能將會(huì)增大,導(dǎo)致洛倫茲力也會(huì)增大,電場(chǎng)力不變,故A、C正確. 考向3 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題分析 例3 如圖5所示,平行金屬導(dǎo)軌PQ、MN相距d=2 m,導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角α=30°,導(dǎo)軌上端接一個(gè)R=6 Ω的電阻,
10、導(dǎo)軌電阻不計(jì),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面向上.一根質(zhì)量為m=0.2 kg、電阻r=4 Ω的金屬棒ef垂直導(dǎo)軌PQ、MN靜止放置,距離導(dǎo)軌底端x1=3.2 m.另一根絕緣塑料棒gh與金屬棒ef平行放置,絕緣塑料棒gh從導(dǎo)軌底端以初速度v0=10 m/s沿導(dǎo)軌上滑并與金屬棒正碰(碰撞時(shí)間極短),碰后絕緣塑料棒gh沿導(dǎo)軌下滑,金屬棒ef沿導(dǎo)軌上滑x2=0.5 m后停下,在此過(guò)程中電阻R上產(chǎn)生的電熱為Q=0.36 J.已知兩棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=,g=10 m/s2.求: 圖5 (1)絕緣塑料棒gh與金屬棒ef碰撞前瞬間,絕緣塑料棒的速率; (2)碰撞后金屬棒ef
11、向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大加速度; (3)金屬棒ef向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)電阻R的電荷量. 審題突破 絕緣塑料棒gh沿導(dǎo)軌上滑時(shí),受到哪些力的作用,做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)?碰撞后金屬棒ef向上做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng),何時(shí)加速度最大? 解析 (1)絕緣塑料棒與金屬棒相碰前,做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),由牛頓第二定律得Mgsin 30°+μMgcos 30°=Ma1 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得v-v=2a1x1 解得v1=6 m/s. (2)設(shè)金屬棒剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)速度為v,由能量守恒定律得 Q+mgx2sin 30°+μmgx2cos 30°=mv2 解得v=4 m/s 金屬棒剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度最大,此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E=B
12、dv=4 V 感應(yīng)電流I==0.4 A 安培力F=BId=0.4 N 由牛頓第二定律得mgsin 30°+μmgcos 30°+F=mam 解得am=12 m/s2. (3)通過(guò)電阻R的電荷量q== 解得q=0.05 C. 答案 (1)6 m/s (2)12 m/s2 (3)0.05 C 以題說(shuō)法 對(duì)于導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的分析要特別注意棒中的感應(yīng)電流受到的安培力一定是阻力.一般導(dǎo)體棒在安培力和其他恒力作用下做的變速運(yùn)動(dòng)是加速度逐漸減小的變速運(yùn)動(dòng),但在一定的條件下,也可以做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng). 如圖6甲所示,MN、PQ是相距d=1.0 m足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌平面
13、與水平面間的夾角為θ,導(dǎo)軌電阻不計(jì),整個(gè)導(dǎo)軌處在方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌MN、PQ放置,且始終與導(dǎo)軌接觸良好,已知金屬棒ab的質(zhì)量m=0.1 kg,其接入電路的電阻r=1 Ω,小燈泡電阻RL=9 Ω,重力加速度g取10 m/s2.現(xiàn)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S,將棒ab由靜止釋放并開(kāi)始計(jì)時(shí),t=0.5 s時(shí)刻閉合開(kāi)關(guān)S,圖乙為ab的速度隨時(shí)間變化的圖象.求: 圖6 (1)金屬棒ab開(kāi)始下滑時(shí)的加速度大小、斜面傾角的正弦值; (2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。? 答案 (1)6 m/s2 (2)1 T 解析 (1)S斷開(kāi)時(shí)ab做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 由圖乙可知a==6 m/s2
14、 根據(jù)牛頓第二定律有:mgsin θ=ma 所以sin θ=. (2)t=0.5 s時(shí)S閉合,ab先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)速度達(dá)到最大vm=6 m/s后做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 根據(jù)平衡條件有mgsin θ=F安 又F安=BId E=Bdvm I= 解得B=1 T. 3.應(yīng)用動(dòng)力學(xué)方法處理電學(xué)綜合問(wèn)題 例4 (14分)如圖7所示,兩光滑平行的金屬導(dǎo)軌EF和GH,相距為l,軌道平面與水平面成θ=30°,導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),軌道的底端接有阻值為R的電阻,導(dǎo)軌電阻不計(jì).磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面,導(dǎo)體棒MN電阻為r,垂直于導(dǎo)軌放置且與導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)體棒通過(guò)垂直于棒且與導(dǎo)軌共面的輕繩
15、繞過(guò)光滑的定滑輪與質(zhì)量為m的物塊A相連,開(kāi)始時(shí)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài),現(xiàn)在物塊A上輕放一質(zhì)量為的小物塊B,使AB一起運(yùn)動(dòng),若從小物塊B放上物塊A開(kāi)始到系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)速度恰達(dá)到穩(wěn)定值的過(guò)程中(AB未著地),電阻R通過(guò)的電量為q.已知重力加速度為g,求此過(guò)程中: 圖7 (1)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的最大速度; (2)導(dǎo)體棒速度達(dá)到最大速度一半時(shí),導(dǎo)體棒加速度的大?。? 解析 (1)開(kāi)始時(shí),由平衡條件mg=Mgsin 30° 得M=2m①(1分) 導(dǎo)體棒達(dá)到最大速度vm時(shí)滿(mǎn)足: (m+)g=Mgsin 30°+BIml②(2分) 此時(shí)Em=Blvm③(1分) 電路中電流Im=④(1分) 由①②③④
16、得vm=⑤(2分) (2)導(dǎo)體棒速度達(dá)到最大速度一半時(shí)E=Bl⑥(2分) 電路中電流I=⑦(1分) 導(dǎo)體棒受到的安培力為F安=BIl⑧(1分) 導(dǎo)體棒和AB組成的系統(tǒng),據(jù)牛頓第二定律得 (m+)g-Mgsin 30°-BIl=(m++M)a⑨(2分) 由①⑤⑥⑦⑧⑨式得a=(1分) 答案 (1) (2) 點(diǎn)睛之筆 若題目中出現(xiàn)兩個(gè)以及兩個(gè)以上物體用繩、桿之類(lèi)物體連接時(shí),要特別注意找出各物體的位移大小、加速度大小、速度大小的關(guān)系,這些關(guān)系往往就是解決問(wèn)題的突破口. (限時(shí):15分鐘,滿(mǎn)分:14分) (xx·安徽·22)如圖8所示,充電后的平行板電容器水平放置,電容為C,極
17、板間的距離為d,上極板正中有一小孔.質(zhì)量為m、電荷量為+q的小球從小孔正上方高h(yuǎn)處由靜止開(kāi)始下落,穿過(guò)小孔到達(dá)下極板處速度恰為零(空氣阻力忽略不計(jì),極板間電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng),重力加速度為g).求: 圖8 (1)小球到達(dá)小孔處的速度; (2)極板間電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和電容器所帶電荷量; (3)小球從開(kāi)始下落運(yùn)動(dòng)到下極板處的時(shí)間. 答案 (1),方向豎直向下 (2) C (3) 解析 (1)由v2=2gh,得v=,方向豎直向下. (2)在極板間帶電小球受重力和電場(chǎng)力作用,由牛頓運(yùn)動(dòng)定律知:mg-qE=ma 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式知:0-v2=2ad 整理得電場(chǎng)強(qiáng)度E= 由U=Ed,Q=
18、CU,得電容器所帶電荷量 Q=C. (3)由h=gt,0=v+at2,t=t1+t2 整理得t=. (限時(shí):45分鐘) 題組1 電場(chǎng)內(nèi)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題分析 1.(xx·安徽·17)一帶電粒子在電場(chǎng)中僅受靜電力作用,做初速度為零的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).取該直線(xiàn)為x軸,起始點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn),其電勢(shì)能Ep與位移x的關(guān)系如圖1所示,下列圖象中合理的是( ) 圖1 答案 D 解析 帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),其電勢(shì)能的變化規(guī)律是非線(xiàn)性的.A:由Ep—x圖象知,帶電粒子的電勢(shì)能不是均勻變化的,電場(chǎng)力不能為恒力,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;B:帶電粒子僅受靜電力作用,故電勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化,電勢(shì)能的減少量等于
19、動(dòng)能的增加量,即動(dòng)能增加得越來(lái)越慢,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;C:由于靜電力不是恒力,加速度a應(yīng)該越來(lái)越小,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確. 2.如圖2a所示,光滑絕緣水平面上有甲、乙兩個(gè)帶電小球.t=0時(shí),乙球以6 m/s的初速度向靜止的甲球運(yùn)動(dòng).之后,它們僅在電場(chǎng)力的作用下沿同一直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)(整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有接觸).它們運(yùn)動(dòng)的v-t圖象分別如圖b中甲、乙兩曲線(xiàn)所示.由圖線(xiàn)可知( ) 圖2 A.甲、乙兩球一定帶異種電荷 B.t1時(shí)刻兩球的電勢(shì)能最小 C.0~t2時(shí)間內(nèi),兩球間的電場(chǎng)力先增大后減小 D.0~t3時(shí)間內(nèi),甲球的動(dòng)能一直增大,乙球的動(dòng)能一直減小 答案 C 解析 由圖象0~t1段看
20、出,甲從靜止開(kāi)始做加速運(yùn)動(dòng),乙做減速運(yùn)動(dòng),說(shuō)明甲、乙相互排斥電性相同,故A錯(cuò)誤.t1時(shí)刻兩球相距最近,系統(tǒng)克服電場(chǎng)力做功最大,兩電荷的電勢(shì)能做功最大,故B錯(cuò)誤.0~t1時(shí)間內(nèi)兩電荷間距離逐漸減小,在t1~t2時(shí)間內(nèi)兩電荷間距離逐漸增大,靜電力先增大后減小,故C正確.由圖象看出,0~t3時(shí)間內(nèi),甲的動(dòng)能一直增大.乙的動(dòng)能先減小后增大,故D錯(cuò)誤. 3.如圖3所示,不帶電的金屬球A固定在絕緣底座上,它的正上方有B點(diǎn),該處有帶電液滴不斷地自靜止開(kāi)始落下,液滴到達(dá)A球后將電荷量全部傳給A球,設(shè)前一液滴到達(dá)A球后,后一液滴才開(kāi)始下落,不計(jì)B點(diǎn)未下落帶電液滴對(duì)下落液滴的影響,則下列敘述中正確的是( )
21、 圖3 A.第一滴液滴做自由落體運(yùn)動(dòng),以后液滴做變加速運(yùn)動(dòng),都能到達(dá)A球 B.當(dāng)液滴下落到重力等于電場(chǎng)力位置時(shí),開(kāi)始做勻速運(yùn)動(dòng) C.所有液滴下落過(guò)程所能達(dá)到的最大動(dòng)能不相等 D.所有液滴下落過(guò)程中電場(chǎng)力做功相等 答案 C 解析 第一滴液滴下落時(shí),A上不帶電,故不受電場(chǎng)力作用,只受重力,所以做自由落體運(yùn)動(dòng),以后的液滴在下落過(guò)程中,將受電場(chǎng)力作用,且在靠近A的過(guò)程中電場(chǎng)力逐漸變大,所以做變加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)A電荷量較大時(shí),使得液滴受電場(chǎng)力大于重力時(shí),液滴有可能不能到達(dá)A球,所以A錯(cuò)誤;當(dāng)液滴下落到重力等于電場(chǎng)力位置時(shí),再運(yùn)動(dòng)重力將不等于電場(chǎng)力,所以不會(huì)做勻速運(yùn)動(dòng),故B錯(cuò)誤;每滴液滴在下落
22、過(guò)程中A帶電荷量不同,故下落液滴動(dòng)能最大的位置不同,此時(shí)合外力做功不同,最大動(dòng)能不相等,所以C正確;每滴液滴在下落過(guò)程中A帶電荷量不同,液滴受電場(chǎng)力不同,電場(chǎng)力做功不同,所以D錯(cuò)誤. 題組2 磁場(chǎng)內(nèi)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題分析 4.如圖4所示,兩平行導(dǎo)軌ab、cd豎直放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向豎直向上,將一根金屬棒PQ放在導(dǎo)軌上使其水平且始終與導(dǎo)軌保持良好接觸.現(xiàn)在金屬棒PQ中通以變化的電流I,同時(shí)釋放金屬棒PQ使其運(yùn)動(dòng).已知電流I隨時(shí)間的關(guān)系為I=kt(k為常數(shù),k>0),金屬棒與導(dǎo)軌間存在摩擦.則下面關(guān)于棒的速度v、加速度a隨時(shí)間變化的關(guān)系圖象中,可能正確的有( ) 圖4 答案
23、 AD 解析 根據(jù)牛頓第二定律得,金屬棒的加速度a=,F(xiàn)f=μFN=μFA=μBIL=μBLkt,聯(lián)立解得加速度a=g-,與時(shí)間成線(xiàn)性關(guān)系,故A正確,B錯(cuò)誤;因?yàn)殚_(kāi)始加速度方向向下,與速度方向相同,做加速運(yùn)動(dòng),加速度逐漸減小,即做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng);后來(lái)加速度與速度方向相反且逐漸增大,做加速度逐漸增大的減速運(yùn)動(dòng),故C錯(cuò)誤,D正確. 5.如圖5所示,兩根長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)豎直插入光滑絕緣水平桌面上的M、N兩小孔中,O為M、N連線(xiàn)中點(diǎn),連線(xiàn)上a、b兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱(chēng).導(dǎo)線(xiàn)均通有大小相等、方向向上的電流.已知長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)在周?chē)a(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=k,式中k是常數(shù)、I是導(dǎo)線(xiàn)中電流、r為點(diǎn)到導(dǎo)線(xiàn)的距離.
24、一帶正電的小球以初速度v0從a點(diǎn)出發(fā)沿連線(xiàn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn).關(guān)于上述過(guò)程,下列說(shuō)法正確的是( ) 圖5 A.小球先做加速運(yùn)動(dòng)后做減速運(yùn)動(dòng) B.小球一直做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) C.小球?qū)ψ烂娴膲毫ο葴p小后增大 D.小球?qū)ψ烂娴膲毫σ恢痹谠龃? 答案 BD 解析 根據(jù)右手螺旋定則可知M處的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,直線(xiàn)N處的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外,磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小先減小過(guò)O點(diǎn)后反向增大,根據(jù)左手定則可知,帶正電的小球受到的洛倫茲力方向開(kāi)始時(shí)的方向向上,過(guò)O點(diǎn)后洛倫茲力的方向向下.由此可知,小球?qū)⒆鰟蛩僦本€(xiàn)運(yùn)動(dòng),小球?qū)ψ烂娴膲毫σ恢痹谠龃?,故A、C錯(cuò)誤,B、D正確. 題組3 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)
25、問(wèn)題分析 6.如圖6,傾角為θ的光滑絕緣斜面,該空間存在著兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ和Ⅱ,區(qū)域Ⅰ的磁場(chǎng)方向垂直斜面向下,區(qū)域Ⅱ的磁場(chǎng)方向垂直斜面向上,兩勻強(qiáng)磁場(chǎng)在斜面上的寬度均為L(zhǎng),一個(gè)質(zhì)量為m,電阻為R,邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形金屬線(xiàn)框abcd由靜止開(kāi)始沿斜面下滑,當(dāng)線(xiàn)圈運(yùn)動(dòng)到ab邊剛越過(guò)ee′即做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),則( ) 圖6 A.當(dāng)線(xiàn)框剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ時(shí)的速度v= B.當(dāng)線(xiàn)框剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域Ⅱ時(shí)的加速度a=2gsin θ C.a(chǎn)b邊越過(guò)ff′后,線(xiàn)框可能存在勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程 D.線(xiàn)框通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ、Ⅱ過(guò)程,線(xiàn)框減少的重力勢(shì)能等于回路產(chǎn)生的焦耳熱 答案 AC 解析 當(dāng)a
26、b邊剛越過(guò)ee′進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ時(shí)做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),則有:mgsin θ=,解得v=,故A正確.當(dāng)線(xiàn)框剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域Ⅱ時(shí),ab邊和dc邊都切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),線(xiàn)框中電流為I=,線(xiàn)框所受的安培力大小為F=2BIL,則得F=,又mgsin θ=,則得F=4mgsin θ,由F-mgsin θ=ma,得a=3gsin θ,故B錯(cuò)誤.a(chǎn)b邊越過(guò)ff′后,線(xiàn)框所受安培力大于重力沿斜面向下的分力,做減速運(yùn)動(dòng),速度減小,安培力減小,可能存在勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程,故C正確.線(xiàn)框通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ、Ⅱ過(guò)程,若線(xiàn)框的動(dòng)能不變,線(xiàn)框減少的重力勢(shì)能等于回路產(chǎn)生的焦耳熱,若線(xiàn)框的動(dòng)能減小,則線(xiàn)框減少的重力勢(shì)能小于回路產(chǎn)生的焦耳熱,故
27、D錯(cuò)誤. 7.如圖7甲所示,足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ傾斜放置.完全相同的兩金屬棒ab、cd分別垂直導(dǎo)軌放置,棒兩端都與導(dǎo)軌始終有良好接觸,已知兩棒的電阻均為R,導(dǎo)軌間距為l且光滑,電阻不計(jì),整個(gè)裝置處在方向垂直于導(dǎo)軌平面向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.棒ab在平行于導(dǎo)軌向上的力F作用下,沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng),從某時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí),兩棒的速度時(shí)間圖象如圖乙所示,兩圖線(xiàn)平行,v0已知.則從計(jì)時(shí)開(kāi)始( ) 圖7 A.通過(guò)棒cd的電流由d到c B.通過(guò)棒cd的電流I= C.力F= D.力F做的功等于回路中產(chǎn)生的焦耳熱和兩棒動(dòng)能的增量 答案 AC 解析 由題圖乙可知,ab、cd棒
28、都是勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),ab速度始終大于cd的速度,電動(dòng)勢(shì)是ab、cd棒切割產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的差值,對(duì)ab由右手定則知電流方向從a到b,cd的電流由d到c,故A正確;I==,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;分別對(duì)ab、cd運(yùn)用牛頓第二定律可知F=,選項(xiàng)C正確;由能量守恒可知力F做的功等于回路中產(chǎn)生的焦耳熱和兩棒機(jī)械能的增量,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 8.如圖8所示,兩平行金屬導(dǎo)軌水平放置,一質(zhì)量為m=0.2 kg的金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌靜止放在緊貼電阻R處,R=0.1 Ω,其他電阻不計(jì).導(dǎo)軌間距為d=0.8 m,矩形區(qū)域MNPQ內(nèi)存在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)大小B=0.25 T.MN=PQ=x=0.85 m,金屬棒與兩導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù)都為
29、0.4,電阻R與邊界MP的距離s=0.36 m.在外力作用下讓ab棒由靜止開(kāi)始向右勻加速運(yùn)動(dòng)并穿過(guò)磁場(chǎng),加速度a=2 m/s2,g取10 m/s2. 圖8 (1)求穿過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中平均電流的大??; (2)自金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)開(kāi)始計(jì)時(shí),求在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間內(nèi),外力F隨時(shí)間t變化關(guān)系; (3)讓磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增加,用導(dǎo)線(xiàn)將a、b端接到一量程合適的電流表上,讓ab棒重新由R處向右加速運(yùn)動(dòng),在金屬棒到達(dá)MP之前,電流表會(huì)有示數(shù)嗎?簡(jiǎn)述理由.已知電流表與導(dǎo)軌在同一個(gè)平面內(nèi). 答案 (1)3.4 A (2)F=1.68+0.8t,t≤0.5 s (3)見(jiàn)解析 解析 (1)設(shè)金屬棒到達(dá)MP、NQ時(shí)
30、的速度分別為v1、v2, 則由v=2as,得v1=1.2 m/s 由v=2a(s+x),得v2=2.2 m/s 由電磁感應(yīng)公式得=Bd =Bd 由歐姆定律得==3.4 A. (2)因?yàn)棣牛紹dv,I=,進(jìn)入磁場(chǎng)后受安培力F安=BId= 由牛頓第二定律得F-μmg-=ma 又因?yàn)関=v1+at 則在進(jìn)磁場(chǎng)后F=ma+μmg+ 代入數(shù)據(jù)得F=1.68+0.8t,其中t≤=0.5 s. (3)可以有電流.只要導(dǎo)線(xiàn)、電流表、金屬棒組成的回路有磁感線(xiàn)穿過(guò),根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,閉合回路磁通量變化,可以產(chǎn)生感應(yīng)電流.(此時(shí)金屬棒和電阻R并聯(lián)成為電路負(fù)載). 題組4 應(yīng)用動(dòng)力學(xué)方法處
31、理電學(xué)綜合問(wèn)題 9.如圖9所示,在粗糙的足夠長(zhǎng)的豎直木桿上套有一個(gè)帶正電小球,整個(gè)裝置處在有水平勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)組成的足夠大的復(fù)合場(chǎng)中,小球由靜止開(kāi)始下滑,在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,關(guān)于描述小球運(yùn)動(dòng)的v-t圖象中正確的是( ) 圖9 答案 C 解析 小球受到向下的重力mg、水平向左的電場(chǎng)力qE、水平向右的洛倫茲力qvB、向上的摩擦力Ff,還有木桿對(duì)小球的水平方向的支持力FN,開(kāi)始時(shí),速度較小,qvB較小,F(xiàn)N較大,隨著速度的增加,F(xiàn)N在減小,由Ff=μFN可知Ff減小,豎直方向的合力增加,加速度增加;當(dāng)速度增加到一定的程度,qvB和qE相等,此時(shí)FN為零,F(xiàn)f為零,
32、加速度為g,達(dá)到最大;速度繼續(xù)增加,F(xiàn)N要反向增加,F(xiàn)f增加,豎直方向上的合力減小,加速度減小,當(dāng)Ff與mg相等時(shí),豎直方向上的加速度為零,速度達(dá)到最大.所以選項(xiàng)C所示的v-t圖象符合所分析的運(yùn)動(dòng)規(guī)律. 10.(xx·四川·11)如圖10所示,水平放置的不帶電的平行金屬板p和b相距h,與圖示電路相連,金屬板厚度不計(jì),忽略邊緣效應(yīng).p板上表面光滑,涂有絕緣層,其上O點(diǎn)右側(cè)相距h處有小孔K;b板上有小孔T,且O、T在同一條豎直線(xiàn)上,圖示平面為豎直平面.質(zhì)量為m、電荷量為-q(q>0)的靜止粒子被發(fā)射裝置(圖中未畫(huà)出)從O點(diǎn)發(fā)射、沿p板上表面運(yùn)動(dòng)時(shí)間t后到達(dá)K孔,不與板碰撞地進(jìn)入兩板之間.粒子視為
33、質(zhì)點(diǎn),在圖示平面內(nèi)運(yùn)動(dòng),電荷量保持不變,不計(jì)空氣阻力,重力加速度大小為g. 圖10 (1)求發(fā)射裝置對(duì)粒子做的功; (2)電路中的直流電源內(nèi)阻為r,開(kāi)關(guān)S接“1”位置時(shí),進(jìn)入板間的粒子落在b板上的A點(diǎn),A點(diǎn)與過(guò)K孔豎直線(xiàn)的距離為l.此后將開(kāi)關(guān)S接“2”位置,求阻值為R的電阻中的電流強(qiáng)度. 答案 (1) (2)(g-) 解析 (1)設(shè)粒子在p板上做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的速度為v0,有h=v0t① 設(shè)發(fā)射裝置對(duì)粒子做的功為W,由動(dòng)能定理得 W=mv② 聯(lián)立①②式可得W=.③ (2)S接“1”位置時(shí),電源的電動(dòng)勢(shì)E0與板間電勢(shì)差U有E0=U④ 板間產(chǎn)生勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為E,粒子進(jìn)入板間時(shí)有水平方向的速度v0,在板間受到豎直方向的重力和電場(chǎng)力作用而做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),設(shè)加速度為a,運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t1,有 U=Eh⑤ mg-qE=ma⑥ h=at⑦ l=v0t1⑧ S接“2”位置,則在電阻R上流過(guò)的電流I滿(mǎn)足 I=⑨ 聯(lián)立①④~⑨式得I=(g-)
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