難點(diǎn)21力電綜合問(wèn)題思路分析

1、難點(diǎn)21 力、電綜合問(wèn)題思路分析“3+X”綜合能力測(cè)試就其試題結(jié)構(gòu)而言，首先是學(xué)科內(nèi)的綜合考查.其次是學(xué)科間的綜合.以力、電知識(shí)為載體的綜合命題是科內(nèi)綜合的主要形式之一.考生在力、電綜合題的解答過(guò)程中，出現(xiàn)的失誤突出表現(xiàn)為：（1）不能對(duì)帶電體進(jìn)行全面的受力情況分析，常出現(xiàn)漏力的情況，導(dǎo)致錯(cuò)誤.（2）面對(duì)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，不能具體問(wèn)題具體分析，受思維定勢(shì)的影響，生搬硬套重力場(chǎng)中物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律導(dǎo)致錯(cuò)誤.（3）對(duì)力學(xué)中規(guī)律（牛頓第二定律、動(dòng)量定理、動(dòng)能定理、動(dòng)量守恒定律等）在場(chǎng)中的適用性感到困惑，不能據(jù)帶電粒子的受力及運(yùn)動(dòng)情況靈活選擇力學(xué)規(guī)律求解.難點(diǎn)磁場(chǎng)圖21-11.（）(2001年全國(guó))

2、如圖21-1所示，虛線框abcd內(nèi)為一矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，ab=2bc,磁場(chǎng)方向垂直于紙面；實(shí)線框abcd是一正方形導(dǎo)線框，ab邊與ab邊平行.若將導(dǎo)線框勻速地拉離磁場(chǎng)區(qū)域，以W表示沿平行于ab的方向拉出過(guò)程中外力所做的功，W表示以同樣速率沿平行于bc的方向拉出過(guò)程中外力所做的功，則A.WW B.WW C.WWD.WW圖21-22.（）如圖21-2甲所示.一對(duì)平行光滑軌道放置在水平面上，兩軌道間距l(xiāng)=0.20 m，電阻R=1.0 ；有一導(dǎo)體桿靜止地放在軌道上，與兩軌道垂直，桿及軌道的電阻皆可忽略不計(jì)，整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直軌道面向下.現(xiàn)在一外力F沿軌道方向拉

3、桿，使之做勻加速運(yùn)動(dòng)，測(cè)得力F與時(shí)間t的關(guān)系如圖21-2乙所示.求桿的質(zhì)量m和加速度a.案例探究圖21-3例1（）如圖21-3所示，已經(jīng)充電的平行板電容器的極板相距為d，在板上有個(gè)小孔，電容器固定在一絕緣底座上靜置在光滑水平面上，總質(zhì)量為M.有一質(zhì)量為m的帶正電的鉛丸對(duì)準(zhǔn)小孔水平向左運(yùn)動(dòng)（重力不計(jì)），鉛丸進(jìn)入電容器后，距左板最小距離為d/2，此時(shí)電容器移動(dòng)的距離_.命題意圖：考查考生綜合分析能力.B級(jí)要求. 錯(cuò)解分析：考生缺乏對(duì)整個(gè)物理過(guò)程的深入剖析，難以挖掘"帶電鉛丸與左板距離最小時(shí)速度相等"這一隱含條件，從而無(wú)法據(jù)動(dòng)量守恒定律及動(dòng)能定理切入求解.解題方法與技巧：設(shè)鉛丸帶

4、電量為，初速度為v，電容器中場(chǎng)強(qiáng)為E.當(dāng)鉛丸進(jìn)入電容器時(shí)，電容器中的電場(chǎng)對(duì)鉛丸的電場(chǎng)力做功，使鉛丸做勻減速運(yùn)動(dòng)，速度減小，而鉛丸對(duì)電容器的作用力對(duì)電容器做功，電容器向左加速運(yùn)動(dòng)，速度增大，當(dāng)鉛丸離左極板距離為時(shí)，鉛丸和極板共速，其速度為v，電容器移動(dòng)距離為，鉛丸和電容器相互作用的過(guò)程中，系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒，即：mv（mM）v由動(dòng)能定理得電場(chǎng)力對(duì)m做的功為·（）mvmv0電場(chǎng)力對(duì)M做的功為EqsMv所以有 Eq（mM）vmv0所以·圖21-4例2（）如圖21-4所示，在豎直放置的兩條平行光滑長(zhǎng)導(dǎo)軌的上端，接有一個(gè)電容為C、擊穿電壓為B的電容器，有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直，磁

5、感應(yīng)強(qiáng)度為B.現(xiàn)在有一根質(zhì)量為m、長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬桿f，在t時(shí)以初速度v沿導(dǎo)軌下滑.問(wèn)：金屬桿f下滑多長(zhǎng)時(shí)間電容器就被擊穿?假設(shè)圖中任何部分的電阻均可忽略不計(jì).命題意圖：考查考生綜合分析能力及實(shí)際應(yīng)用能力.B級(jí)要求. 錯(cuò)解分析：對(duì)題目中呈現(xiàn)的物理過(guò)程缺乏細(xì)致的綜合分析，弄不清過(guò)程中充電電流、導(dǎo)體棒下滑加速度及充電電壓三者間的邏輯制約關(guān)系，尤其找不到I=CBLa這一問(wèn)題切入點(diǎn)，使思路陷入絕境.解題方法與技巧：先分析金屬桿的運(yùn)動(dòng)情況.由于電路中電阻忽略不計(jì)，所以電容器兩端電壓UC等于金屬桿兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即CBLv 在金屬桿的運(yùn)動(dòng)方向上有mgBLm 式中的I為電容器的充電電流，因此QtC·

6、CtCBLvtCBL 式代入式 mg（mCBL） 式表明金屬桿做勻加速運(yùn)動(dòng)，因此t時(shí)刻的速度 vtvtvmgt（mCBL） 當(dāng)電容器兩端電壓UCB時(shí)，電容器被擊穿，由式可知此時(shí)速度 vBBL 代入可知當(dāng)t（BBLv）（mCBL）mg時(shí)，電容器將被擊穿.錦囊妙計(jì)一、高考走勢(shì)從歷年高考試題可以觀察到：1.力、電綜合命題多以帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、電磁感應(yīng)中導(dǎo)體棒動(dòng)態(tài)分析，電磁感應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化等為載體考查學(xué)生理解能力、推理能力、綜合分析能力及運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題的能力.2.命題在能力立意下，慣于物理情景的重組翻新，設(shè)問(wèn)的巧妙變幻，即所謂舊題翻新，具有不回避重復(fù)的考查特點(diǎn).3.綜合能力考試更多地考

7、慮學(xué)科內(nèi)的綜合，即考查學(xué)生對(duì)學(xué)科內(nèi)不同部分、環(huán)節(jié)、要素之間內(nèi)在聯(lián)系的掌握程度，以及運(yùn)用學(xué)科知識(shí)和方法，分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力.學(xué)科內(nèi)綜合仍將成為近年綜合測(cè)試的主題.因此，力、電綜合問(wèn)題，仍將是近年綜合測(cè)試不可回避的命題熱點(diǎn)，應(yīng)引起足夠的關(guān)注.二、力電綜合類(lèi)命題審題思路力電綜合類(lèi)題目以力和能量為主線，通過(guò)力學(xué)知識(shí)和電學(xué)知識(shí)的串接滲透作為背景，進(jìn)行綜合命題，其解題思路和解題步驟可以以“口訣”的形式加以理解記憶：畫(huà)草圖，想情景，選對(duì)象，建模型，分析狀態(tài)和過(guò)程；找規(guī)律、列方程；檢驗(yàn)結(jié)果行不行. 1.畫(huà)草圖，想情景：審題是解題的首要環(huán)節(jié)，在全面審視題目的條件，解答要求的基礎(chǔ)上，對(duì)題目的信息進(jìn)行加工處理

8、，畫(huà)出示意圖(包括受力分析圖，運(yùn)動(dòng)情景圖和軌跡圖)，借助圖示建立起清晰的物理情景.2.選對(duì)象，建模型：通過(guò)對(duì)整個(gè)題目的情景把握，選取研究對(duì)象，通過(guò)抽象、概括或類(lèi)比等效的方法建立相應(yīng)的物理模型，并對(duì)其進(jìn)行全面的受力分析.如案例1，通過(guò)類(lèi)比將鉛丸與木板的作用轉(zhuǎn)化為已有的"子彈擊木塊"模型，案例2將金屬桿等效為電源模型，其電路等效為一個(gè)含電容器的電流回路模型，從而使解題思路顯性化.3.分析狀態(tài)和過(guò)程:對(duì)物體參與的全過(guò)程層層分析，對(duì)每一個(gè)中間過(guò)程的特點(diǎn)規(guī)律加以研究.分析挖掘相鄰過(guò)程中的臨界狀態(tài)和臨界條件，尋找各階段物理量的變化與聯(lián)系.4.找規(guī)律、列方程:在對(duì)物理狀態(tài)和物理過(guò)程深刻把

9、握的基礎(chǔ)上，尋找題設(shè)條件與所求未知物理量的聯(lián)系，從力的觀點(diǎn)或能量的觀點(diǎn)，依物理規(guī)律(牛頓第二定律，能的轉(zhuǎn)化與守恒，動(dòng)量守恒定律等)列出方程求解.5.檢驗(yàn)結(jié)果行不行:對(duì)題目的所求結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行物理意義上的表述和討論.此外，在解題過(guò)程中，要特別注意以下兩點(diǎn)，第一：對(duì)物體受力分析要全面，切忌漏力，要時(shí)刻關(guān)注電場(chǎng)力(FqE)，安培力(FBl)，洛倫茲力（FvB）在具體情景中隨物體帶電屬性(電荷的正負(fù))，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(速度的大小和方向)的變化特點(diǎn).第二，力學(xué)的規(guī)律普遍適于力電綜合問(wèn)題的求解.利用能量觀點(diǎn)分析求解時(shí)，不再拘泥于機(jī)械能間轉(zhuǎn)化，要總攬全局，站在更高的角度來(lái)分析能量間(機(jī)械能與電勢(shì)能、

10、磁場(chǎng)能、內(nèi)能等)的轉(zhuǎn)化途徑與轉(zhuǎn)化方向，從而列出能量轉(zhuǎn)化和守恒方程.殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練圖21-51.（）如圖21-5所示，方向水平的勻強(qiáng)電場(chǎng)E中，有一帶電體P自O(shè)點(diǎn)豎直向上入射，它的初動(dòng)能為k，當(dāng)P上升至最高點(diǎn)M時(shí)，動(dòng)能km.那么，當(dāng)它向下運(yùn)動(dòng)通過(guò)與O在同一水平線上的O點(diǎn)時(shí)，其動(dòng)能k_. 圖21-62.（）如圖21-6所示，均勻?qū)Ь€制成的金屬環(huán)，垂直磁場(chǎng)方向放在磁感強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，圓環(huán)總電阻為.，另有一直導(dǎo)體OP長(zhǎng)10m，其電阻為0.1，一端處于圓環(huán)圓心，另一端與圓環(huán)相接，金屬轉(zhuǎn)柄OQ的電阻為0.1，它以轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速沿圓弧轉(zhuǎn)動(dòng)，求OP中電流的最小值是多少?方向如何?3.（）有一種質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)如圖21-

11、7所示.帶電粒子經(jīng)過(guò)S和S之間的電場(chǎng)加速后，進(jìn)入、之間的狹縫.、之間存在著互相正交的磁場(chǎng)B和電場(chǎng)E，只有在這一區(qū)域內(nèi)不改變運(yùn)動(dòng)方向的粒子才能順利通過(guò)S上的狹縫，進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，打在屏AA上并發(fā)出亮光，記錄下亮光所在的位置，量取狹縫到亮光的距離，即可測(cè)出帶電圖21-7粒子的荷質(zhì)比為多少?4.（）有一個(gè)內(nèi)阻及損耗均不計(jì)的直流發(fā)電機(jī)，其定子的磁場(chǎng)恒定，先把它的電樞線圈與一個(gè)電阻R連接，再在電樞的轉(zhuǎn)軸上纏繞足夠長(zhǎng)的輕繩，繩下端懸掛一個(gè)質(zhì)量為m的重物，如圖21-8()所示，重物最后以v速度勻速下降.現(xiàn)將一不計(jì)內(nèi)阻、電動(dòng)勢(shì)為E的電源接入電路，如圖()所示，懸掛重物不變，最后重物以v的速度勻速上升，求v等于多少?圖21-85.（）為了測(cè)量列車(chē)運(yùn)行的速度和加速度大小，可采用如圖21-9()所示的裝置，它是由一塊安裝在列車(chē)車(chē)頭底部的強(qiáng)磁體和埋沒(méi)在軌道地面的一組線圈及電流測(cè)量記錄儀組成(記錄測(cè)量?jī)x未畫(huà)出).當(dāng)列車(chē)經(jīng)過(guò)線圈上方時(shí)，線圈中產(chǎn)生的電流被記錄下來(lái)，據(jù)此求出列車(chē)在各位置的速度和加速度.圖21-9如圖21-9()所示，假設(shè)磁體端部磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.004，且全部集中在端面范圍內(nèi)，與端面相垂直.磁體的寬度與線圈寬度相同且都很小，線圈匝數(shù)n，長(zhǎng)為. m，電阻R. (包括