高考物理電場磁場和能量轉(zhuǎn)化易錯題

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2、，將本學(xué)科知識與社會生活、生產(chǎn)實際和科學(xué)技術(shù)相聯(lián)系的試題將會越來越多，而這塊內(nèi)容不僅可以考查多學(xué)科知識的綜合運用，更是對學(xué)生實際應(yīng)用知識能力的考查，因此在復(fù)習(xí)中應(yīng)引起足夠重視。知識概要電、磁場中的功和能電場中的功和能電勢能由電荷間的相對位置決定，數(shù)值具有相對性，常取無限遠(yuǎn)處或大地為電勢能的零點。重要的不是電勢能的值，是其變化量電場力的功 與路徑無關(guān)，僅與電荷移動的始末位置有關(guān)：W=qU電場力的功和電勢能的變化電場力做正功 電勢能 其他能電場力做負(fù)功 其他能 電勢能轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化磁場中的功和能洛倫茲力不做功安培力的功做正功：電能 機械能，如電動機做負(fù)功：機械能 電能，如發(fā)電機轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化能量及其相互轉(zhuǎn)化是

3、貫穿整個高中物理的一條主線，在電場、磁場中，也是分析解決問題的重要物理原理。在電場、磁場的問題中，既會涉及其他領(lǐng)域中的功和能，又會涉及電場、磁場本身的功和能，相關(guān)知識如下表：如果帶電粒子僅受電場力和磁場力作用，則運動過程中，帶電粒子的動能和電勢能之間相互轉(zhuǎn)化，總量守恒；如果帶電粒子受電場力、磁場力之外，還受重力、彈簧彈力等，但沒有摩擦力做功，帶電粒子的電勢能和機械能的總量守恒；更為一般的情況，除了電場力做功外，還有重力、摩擦力等做功，如選用動能定理，則要分清有哪些力做功？做的是正功還是負(fù)功？是恒力功還是變力功？還要確定初態(tài)動能和末態(tài)動能；如選用能量守恒定律，則要分清有哪種形式的能在增加，那種形

4、式的能在減少？發(fā)生了怎樣的能量轉(zhuǎn)化？能量守恒的表達式可以是：初態(tài)和末態(tài)的總能量相等，即E初=E末；某些形勢的能量的減少量等于其他形式的能量的增加量，即E減=E增；各種形式的能量的增量（E=E末-E初）的代數(shù)和為零，即E1+E2+En=0。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，其他能向電能轉(zhuǎn)化是通過安培力的功來量度的，感應(yīng)電流在磁場中受到的安培力作了多少功就有多少電能產(chǎn)生，而這些電能又通過電流做功轉(zhuǎn)變成其他能，如電阻上產(chǎn)生的內(nèi)能、電動機產(chǎn)生的機械能等。從能量的角度看，楞次定律就是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)。電磁感應(yīng)過程往往涉及多種能量形勢的轉(zhuǎn)化，因此從功和能的觀點入手，分析清楚能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系，往往是

5、解決電磁感應(yīng)問題的重要途徑；在運用功能關(guān)系解決問題時，應(yīng)注意能量轉(zhuǎn)化的來龍去脈，順著受力分析、做功分析、能量分析的思路嚴(yán)格進行，并注意功和能的對應(yīng)關(guān)系。點撥解疑【例題1】（1989年高考全國卷）如圖1所示，一個質(zhì)量為m，電量為-q的小物體，可在水平軌道x上運動，O端有一與軌道垂直的固定墻，軌道處在場強大小為E，方向沿Ox軸正向的勻強磁場中，小物體以初速度v0從點x0沿Ox軌道運動，運動中受到大小不變的摩擦力f作用，且f<qE ，小物體與墻壁碰撞時不損失機械能，求它在停止前所通過的總路程？【點撥解疑】 首先要認(rèn)真分析小物體的運動過程，建立物理圖景。開始時，設(shè)物體從x0點，以速度v0向右運動

6、，它在水平方向受電場力qE和摩擦力f，方向均向左，因此物體向右做勻減速直線運動，直到速度為零；而后，物體受向左的電場力和向右的摩擦力作用，因為qE>f，所以物體向左做初速度為零的勻加速直線運動，直到以一定速度與墻壁碰撞，碰后物體的速度與碰前速度大小相等，方向相反，然后物體將多次的往復(fù)運動。但由于摩擦力總是做負(fù)功，物體機械能不斷損失，所以物體通過同一位置時的速度將不斷減小，直到最后停止運動。物體停止時，所受合外力必定為零，因此物體只能停在O點。對于這樣幅度不斷減小的往復(fù)運動，研究其全過程。電場力的功只跟始末位置有關(guān)，而跟路徑無關(guān)，所以整個過程中電場力做功 根據(jù)動能定理 ， 得： 。點評：該

7、題也可用能量守恒列式：電勢能減少了，動能減少了，內(nèi)能增加了， 同樣解得?！纠}2】 如圖2所示，半徑為r的絕緣細(xì)圓環(huán)的環(huán)面固定在水平面上，場強為E的勻強電場與環(huán)面平行。一電量為+q、質(zhì)量為m的小球穿在環(huán)上，可沿環(huán)作無摩擦的圓周運動，若小球經(jīng)A點時，速度vA的方向恰與電場垂直，且圓環(huán)與小球間沿水平方向無力的作用，試計算：（1）速度vA的大?。唬?）小球運動到與A點對稱的B點時，對環(huán)在水平方向的作用力?！军c撥解疑】 （1）在A點，小球在水平方向只受電場力作用，根據(jù)牛頓第二定律得： 所以小球在A點的速度。（2）在小球從A到B的過程中，根據(jù)動能定理，電場力做的正功等于小球動能的增加量，即 ，小球在B點

8、時，根據(jù)牛頓第二定律，在水平方向有解以上兩式，小球在B點對環(huán)的水平作用力為：。點評：分析該題，也可將水平的勻強電場等效成一新的重力場，重力為Eq，A是環(huán)上的最高點，B是最低點；這樣可以把該題看成是熟悉的小球在豎直平面內(nèi)作圓周運動的問題。-qqOABE圖3【例題3】（2002年理綜全國卷）如圖3所示有三根長度皆為l1.00 m的不可伸長的絕緣輕線，其中兩根的一端固定在天花板上的 O點，另一端分別掛有質(zhì)量皆為m1.00×kg的帶電小球A和B，它們的電量分別為一q和q，q1.00×CA、B之間用第三根線連接起來空間中存在大小為E1.00×106N/C的勻強電場，場強方向

9、沿水平向右，平衡時 A、B球的位置如圖所示現(xiàn)將O、B之間的線燒斷，由于有空氣阻力，A、B球最后會達到新的平衡位置求最后兩球的機械能與電勢能的總和與燒斷前相比改變了多少（不計兩帶電小球間相互作用的靜電力）【點撥解疑】圖（1）中虛線表示A、B球原來的平衡位置，實線表示燒斷后重新達到平衡的位置，其中、分別表示OA、AB與豎直方向的夾角。A球受力如圖（2）所示：重力mg，豎直向下；電場力qE，水平向左；細(xì)線OA對A的拉力T1，方向如圖；細(xì)線AB對A的拉力T2，方向如圖。由平衡條件得 -qqOABE圖（4）圖 4B球受力如圖（3）所示：重力mg，豎直向下；電場力qE，水平向右；細(xì)線AB對B的拉力T2，方

10、向如圖。由平衡條件得 聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)，得 由此可知，A、B球重新達到平衡的位置如圖（4）所示。與原來位置相比，A球的重力勢能減少了 B球的重力勢能減少了 A球的電勢能增加了 WA=qElcos60° B球的電勢能減少了 兩種勢能總和減少了 代入數(shù)據(jù)解得 【例題4】（2003年全國理綜卷）如圖5所示，兩根平行的金屬導(dǎo)軌，固定在同一水平面上，磁感應(yīng)強度B=0.50T的勻強磁場與導(dǎo)軌所在平面垂直，導(dǎo)軌的電阻很小，可忽略不計。導(dǎo)軌間的距離l=0.20m。兩根質(zhì)量均為m=0.10kg的平行金屬桿甲、乙可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動，滑動過程中與導(dǎo)軌保持垂直，每根金屬桿的電阻為R=0.50。在t

11、=0時刻，兩桿都處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)有一與導(dǎo)軌平行、大小為0.20N的恒力F作用于金屬桿甲上，使金屬桿在導(dǎo)軌上滑動。經(jīng)過t=5.0s，金屬桿甲的加速度為a=1.37m/s2，問此時兩金屬桿的速度各為多少？乙 甲F圖 5【點撥解疑】設(shè)任一時刻t兩金屬桿甲、乙之間的距離為x，速度分別為v1和v2,經(jīng)過很短的時間t，桿甲移動距離v1t，桿乙移動距離v2t，回路面積改變由法拉第電磁感應(yīng)定律，回路中的感應(yīng)電動勢回路中的電流 桿甲的運動方程由于作用于桿甲和桿乙的安培力總是大小相等，方向相反，所以兩桿的動量時為0）等于外力F的沖量聯(lián)立以上各式解得 圖 6代入數(shù)據(jù)得針對訓(xùn)練1 如圖6所示，長L1寬L2的矩形線圈電

12、阻為R，處于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場邊緣，線圈與磁感線垂直。將線圈以向右的速度v勻速拉出磁場，求：拉力F大??；拉力的功率P；拉力做的功W；線圈中產(chǎn)生的電熱Q；通過線圈某一截面的電荷量q。hdl1234v0v0v圖 72如圖7所示，水平的平行虛線間距為d=50cm，其間有B=1.0T的勻強磁場。一個正方形線圈邊長為l=10cm，線圈質(zhì)量m=100g，電阻為R=0.020。開始時，線圈的下邊緣到磁場上邊緣的距離為h=80cm。將線圈由靜止釋放，其下邊緣剛進入磁場和剛穿出磁場時的速度相等。取g=10m/s2，求：線圈進入磁場過程中產(chǎn)生的電熱Q。線圈下邊緣穿越磁場過程中的最小速度v。線圈下邊緣穿越磁場

13、過程中加速度的最小值a。圖 83（2001年上海卷）如圖8所示，有兩根和水平方向成。角的光滑平行的金屬軌道，上端接有可變電阻R，下端足夠長，空間有垂直于軌道平面的勻強磁場，磁感強度為及一根質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下。經(jīng)過足夠長的時間后，金屬桿的速度會趨近于一個最大速度幾，則（A）如果B增大，vm將變大（B）如果變大，vm將變大（C）如果R變大，vm將變大（D）如果m變小，vm將變大圖94（2001年上海卷）半徑為a的圓形區(qū)域內(nèi)有均勻磁場，磁感強度為B0.2T，磁場方向垂直紙面向里，半徑為b的金屬圓環(huán)與磁場同心地放置，磁場與環(huán)面垂直，其中a0.4m，b0.6m，金屬環(huán)上分別接有燈L1、L

14、2，兩燈的電阻均為R02，一金屬棒MN與金屬環(huán)接觸良好，棒與環(huán)的電阻均忽略不計（1）若棒以v05m/s的速率在環(huán)上向右勻速滑動，求棒滑過圓環(huán)直徑OO 的瞬時（如圖9所示）MN中的電動勢和流過燈L1的電流。（2）撤去中間的金屬棒MN，將右面的半圓環(huán)OL2O 以O(shè)O´ 為軸向上翻轉(zhuǎn)90º，若此時磁場隨時間均勻變化，其變化率為B/t4T/s，求L1的功率。5如圖10所示，電動機牽引一根原來靜止的、長L為1m、質(zhì)量m為0.1kg的導(dǎo)體棒MN上升，導(dǎo)體棒的電阻R為1，架在豎直放置的框架上，它們處于磁感應(yīng)強度B為1T的勻強磁場中，磁場方向與框架平面垂直。當(dāng)導(dǎo)體棒上升h=3.8m時，獲得

15、穩(wěn)定的速度，導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的熱量為2J，電動機牽引棒時，電壓表、電流表的讀數(shù)分別為7V、1A，電動機內(nèi)阻r為1，不計框架電阻及一切摩擦，求：（1）棒能達到的穩(wěn)定速度；（2）棒從靜止至達到穩(wěn)定速度所需要的時間。參考答案1解析：，；特別要注意電熱Q和電荷q的區(qū)別，其中 q與速度無關(guān)！2解：由于線圈完全處于磁場中時不產(chǎn)生電熱，所以線圈進入磁場過程中產(chǎn)生的電熱Q就是線圈從圖中2位置到4位置產(chǎn)生的電熱，而2、4位置動能相同，由能量守恒Q=mgd=0.50J3位置時線圈速度一定最小，而3到4線圈是自由落體運動因此有v02-v2=2g(d-l)，得v=2m/s 2到3是減速過程，因此安培力減小，由F-mg=ma知加速度減小，到3位置時加速度最小，a=4.1m/s23 B、C4解析：（1）E1B2a v0.2&#