高三物理高考第二輪專題復習教案005

1、高三物理高考第二輪專題復習教案考點4 電場、磁場和能量轉化命題趨勢電場、磁場和能量的轉化是中學物理重點內容之一，分析近十年來高考物理試卷可知，這部分知識在高考試題中的比例約占1 3%,幾乎年年都考，從考試題型上看，既有選擇題和填空題，也有實驗題和計算題；從試題的難度上看，多屬于中等難度和較難的題，特別是只要有計算題出現就一定是難度較大的綜合題；由于高考的命題指導思想已把對能力的考查放在首位，因而在試題的選材、條件設置等方面都會有新的變化，將本學科知識與社會生活、生產實際和科學技術相聯系的試題將會越來越多，而這塊內容不僅可以考查多學科知識的綜合運用，更是對學生實際應用知識能力的考查，因此在復習中

2、應引起足夠重視。知識概要能量及其相互轉化是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，既會涉及其他領域中的功和能，又會涉及電場、磁場本身的功和能，相關知識如下表：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化，總電場中的功和能4電場力的功由電荷間的相對位置決定，數值具有相對性，常 取無限遠處或大地為電勢能的零點。重要的不是 電僅USsOi末位置有關：電、磁場中的功和能磁場中的L功和能、電場力的功和電勢能的變化T廣電場力做正功_電場力做負功轉化 電勢能發(fā)轉化 其他能一其他能電勢能安培力的功轉化一做正功：

3、電能 機械能，如電動機轉化做負功：機械能 電能，如發(fā)電機洛倫茲力不做功量守恒；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、摩擦力等圖1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，那種形式的能在減少？發(fā)生了怎樣的能量轉化？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AE減=AE增；

4、各種形式的能量的增量（A 末初）的代數和為零，即A Ei + A E2+ '"A 0o電磁感應現象中，其他能向電能轉化是通過安培力的功來量度的，感應電流在磁場中受到的安培力作 了多少功就有多少電能產生，而這些電能又通過電流做功轉變成其他能，如電阻上產生的內能、電動機產生的機械能等。從能量的角度看，楞次定律就是能量轉化和守恒定律在電磁感應現象中的具體表現。電磁 感應過程往往涉及多種能量形勢的轉化，因此從功和能的觀點入手，分析清楚能量轉化的關系，往往是解決電磁感應問題的重要途徑 ；在運用功能關系解決問題時，應注意能量轉化的，順著受力分析、做功分析、 能量分析的思路嚴格進行，并注意

5、功和能的對應關系。點撥解疑【例題1】（1 9 8 9年高考全國卷）如圖1所示，一個質量為 m電量為的小物體，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,方向沿軸正向的勻強磁場中，小物體以初速 度v。從點x。沿軌道運動，運動中受到大小不變的摩擦力f作用，且f v ，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】首先要認真分析小物體的運動過程，建立物理圖景.開始時，設物體從x。點，以速度Vo向右運動，它在水平方向受電場力和摩擦力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f,

6、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 復運動。,方向相反，然后物體將多次的往但由于摩擦力總是做負功，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 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運動，研究其全過程。電場力的功只跟始末位置有關,直到,而跟路徑無關,所以整個過程中電場力做功WeqE%根據動能定理W 總Ek得:qEx0fs0 -mv222qEx0 mv；o2f點評：該題也可用能量守恒列式1 o:電勢目匕減少了 qEx0,動能減少了 一mv0,內能增加了 fs

7、,21 E 2fs qEx0mv02同樣解得s 2qEx0 mv22f例題2 如圖2所示，半徑為r的絕緣細圓環(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、質量為 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 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 )速度的大小；(2)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。A點時，速度的方圖5【點撥解疑】(1)在A點，小球在水平方向只受電場力作用，根據牛頓第二定律得:2VAqE m r所以小球在A點的速度vA JqEro；m(2)在小球從A到B的過程中，根據動能定理，電場力做的正功等于小球動能

8、的增加量，即122VB m -r重力為，A是環(huán)上的最高點，B是最低點;2qEr - mvB 2小球在B點時，根據牛頓第二定律，在水平方向有Nb qE解以上兩式，小球在B點對環(huán)的水平作用力為：Nb 6qE。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， 這樣可以把該題看成是熟悉的小球在豎直平面內作圓周運動的問題【例題3】（2 0 02年理綜全國卷）如圖3所示有三根長度皆為 1=1。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，另一端分別掛有質量皆為 m=l o 0 0 x 10 2的帶電小球 A和B ,它們的電量分別為一 q和+q, q=1. 0OX10 7C. A

9、 B之間用第三根線連接起來。空間中存在大小為E=1。00X1015的勻強電場，場強方向沿水平向右，平衡時 A、B球的位 示。現將O B之間的線燒斷，由于有空氣阻力， A、B球最后會達到新 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 達到平衡的位置，其中 、 分別表示、與豎直方向的夾角。 A球受力 示：重力，豎直向下；電場力，水平向左 ；細線對A的拉力丁，方向如圖； 拉力T2,方向如圖。由平衡條件得圖3置如圖所 的平衡位 計兩帶電小燒斷后重新 如圖（2）所 細線對A的T1sinT2sin

10、 qEcos mg T2cos B球受力如圖（3）所示：重力，豎直向下；電場力，水平向右；細線對B力T2,方圖（4）'T2 sinqE T2 cosa mg 的拉 向如 衡條件得聯立以上各式并代入數據，得045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EA mgl（1 sin60）B球的重力勢能減少了EB mgl（1 sin60 cos45 ）A球的電勢能增加了6 0°B球的電勢能減少了兩種勢能總和減少了代入數據解得WBqEl (sin 45 sin 30 )W Wb Wa Ea Eb2.W 6.8 10 J【例題4】（2003年

11、全國理綜卷）如圖5所示，兩根平行的金屬導軌，固定在同一水平面上，磁感應強度0. 5 0T的勻強磁場與導軌所在平面垂直，導軌的電阻很小，可忽略不計。導軌間的距離0. 2 0m.兩根質量均為0。10的平行金屬桿甲、乙可在導軌上無摩擦地滑動，滑動過程中與導軌保持垂直，每根金屬桿 的電阻為0.50 0。在0時刻，兩桿都處于靜止狀態(tài)?，F有一與導軌平行、大小為 0. 20N的恒力F作用于 金屬桿甲上，使金屬桿在導軌上滑動。經過5。0s,金屬桿甲的加速度為1 .3 7 2,問此時兩金屬桿的速度各為多少？【點撥解疑】 設任一時刻t兩金屬桿甲、乙之間的距離為x,速度分別為V1和V2,經過很短的時間4t ,桿甲移

12、動距離 V1At,桿乙移動距離V2At,回路面積改變S （x v2 t） v1 t t lx（v1 v2）l tS由法拉第電磁感應定律，回路中的感應電動勢 E Bt回路中的電流 i -E2R桿甲的運動方程F Bli ma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(t 0時為0)等于外力F聯立以上各式解得 v 1F112 m2R1 Fi2 (F ma)V2-B F2 m2R八2 2 (F ma) B I的沖量F1 mv, mv22v0I_ _3 ' v 1!_k-x xLdX Xr-iX XI4v0X X； X ；x應強度為B 勻速拉出磁 圈中產生的T的勻強磁 0

13、 Q。開始 放，其下邊 場過程中產 邊緣穿越磁光滑平行的 的勻強磁場 長的時間代入數據得 v1 8.15m/sv2 1.85m/s針對訓練1。如圖6所示，長L1寬L 2的矩形線圈電阻為 R處于磁感 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 場，求：拉力f大??；拉力的功率 p；拉力做的功vy線 電熱Q;通過線圈某一截面的電荷量 q。2 .如圖7所示，水平的平行虛線間距為 50 ,其間有1。0 場。一個正方形線圈邊長為10,線圈質量1 00g,電阻為0. 02時，線圈的下邊緣到磁場上邊緣的距離為80。將線圈由靜止釋緣剛進入磁場和剛穿出磁場時的速度相等。取1 02,求：線圈進入磁生的

14、電熱Q。線圈下邊緣穿越磁場過程中的最小速度v.線圈下場過程中加速度的最小值 a。3 . (200 1年上海卷)如圖8所示，有兩根和水平方向成。角的 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 磁感強度為及一根質量為 m的金屬桿從軌道上由靜止滑下。經過足夠 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，將變大(B)如果a變大，將變大(C)如果R變大，將變大(D)如果m變小，將變大4. (2001年上海卷)半徑為 a的圓形區(qū)域內有均勻磁場，磁感強度為ZB=0.2 T ,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 a=0. 4m

15、, b=0。6m,金屬環(huán)上分別接有燈 L1、L2,兩燈的電阻均為 R=2"一蠲 屬棒與金屬環(huán)接觸良好，棒與環(huán)的電阻均忽略不計(1 )若棒以v0=5的速率在環(huán)上向右勻速滑動，求棒滑過圓環(huán)直徑的瞬時(如圖9所示)中的電動勢和流過燈L1的電流。(2)撤去中間白金屬棒，將右面的半圓環(huán)2。'以為軸向上翻轉9 0o, 若此時磁場隨時間均勻變化，其變化率為A t = 4 ,求L 1的功率。5 .如圖1 0所示，電動機牽引一根原來靜止的、 長L為1m質量m為0 .1 的導體棒上升，導體棒的電阻 R為1Q,架在豎直放置的框架上，它們處于磁感 應強度B為1T的勻強磁場中，磁場方向與框架平面垂直

16、.當導體棒上升 3. 8m 時，獲得穩(wěn)定的速度，導體棒上產生的熱量為 2J,電動機牽引棒時，電壓表、 電流表的讀數分別為 7V、1A,電動機內阻為1Q,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:E BL2VBIL2P FV V 2; WFLi_ 2 2B L2L1V特別要注意電熱圖11一與v無關。RQ和電荷q的區(qū)別，其中 q與速度無關！2.解：由于線圈完全處于磁場中時不產生電熱，所以線圈進入磁場過程中產生的電熱Q就是線圈從圖中2位置到4位置產生的電熱，而2、4位置動能相同，由能量守恒0.50J3位置時線圈速度一定最小，而3到V022=2g (),得 2 <24線圈是自由落體運動因此有2到3是減速過程，因此安培力F_ 2 2B2l2v ,， 一2減小，由知加速度減小 ，到3位置時加速度最小，4. 1R3。B、C4 .解析：(1)曰=B 2 a v=0. 2 XI 1 = Ei= 0。 8/2=0 . 4 A0. 8 X 5 = 0。8V(2)巳=A /A