2014屆高考物理二輪復(fù)習(xí)第5講　功能關(guān)系在電學(xué)中的應(yīng)用

1、第5講功能關(guān)系在電學(xué)中的應(yīng)用思考研討思考1電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)及計(jì)算方法是什么？研討：特點(diǎn)：與路徑無(wú)關(guān)，只與初末位置有關(guān)計(jì)算方法：WFEpWABqUABWqEd(勻強(qiáng)電場(chǎng)、d為在場(chǎng)強(qiáng)方向上的距離)思考2關(guān)于電場(chǎng)中的功能關(guān)系，下列敘述是否正確？(1)若只有電場(chǎng)力做功，電勢(shì)能與動(dòng)能之和保持不變(2)若只有電場(chǎng)力和重力做功，電勢(shì)能、重力勢(shì)能、動(dòng)能之和保持不變(3)除重力、彈簧彈力之外，其他各力對(duì)物體做的功等于物體機(jī)械能的變化(4)所有外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的變化研討：(1)不正確(2)不正確(3)不正確(4)正確思考3洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功嗎？安培力對(duì)通電導(dǎo)線做功嗎？研討：洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做

2、功安培力對(duì)通電導(dǎo)線可做正功，可做負(fù)功，也可不做功思考4電磁感應(yīng)中功能關(guān)系及焦耳熱的計(jì)算方法是什么？研討：在電磁感應(yīng)中克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能：E其他E電；安培力做多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能：E電E其他，WIUtQI2Rt.真題體驗(yàn)1(2012新課標(biāo)全國(guó)，18)(多選)如圖251，平行板電容器的兩個(gè)極板與水平地面成一角度，兩極板與一直流電源相連若一帶電粒子恰能沿圖中所示水平直線通過(guò)電容器，則在此過(guò)程中，該粒子()圖251A所受重力與電場(chǎng)力平衡 B電勢(shì)能逐漸增加C動(dòng)能逐漸增加 D做勻變速直線運(yùn)動(dòng)解析帶電粒子在平行板電容器之間受到兩個(gè)力的作用，一是重力mg，方向

3、豎直向下；二是電場(chǎng)力FEq，方向垂直于極板向上因二力均為恒力，已知帶電粒子做直線運(yùn)動(dòng)，所以此二力的合力一定在粒子運(yùn)動(dòng)的直線軌跡上，根據(jù)牛頓第二定律可知，該粒子做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)D正確，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；從粒子運(yùn)動(dòng)的方向和電場(chǎng)力的方向可判斷出，電場(chǎng)力對(duì)粒子做負(fù)功，粒子的電勢(shì)能增加，選項(xiàng)B正確答案BD2(2013全國(guó)新課標(biāo)，16)(單選)一水平放置的平行板電容器的兩極板間距為d，極板分別與電池兩極相連，上極板中心有一小孔(小孔對(duì)電場(chǎng)的影響可忽略不計(jì))小孔正上方處的P點(diǎn)有一帶電粒子，該粒子從靜止開(kāi)始下落，經(jīng)過(guò)小孔進(jìn)入電容器，并在下極板處(未與極板接觸)返回若將下極板向上平移，則從P點(diǎn)開(kāi)始下落的相同

4、粒子將()3.(2012山東理綜，20)(多選)如圖252所示，相距為L(zhǎng)的兩條足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌與水平面的夾角為，上端接有定值電阻R，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.將質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒由靜止釋放，當(dāng)速度達(dá)到v時(shí)開(kāi)始勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)對(duì)導(dǎo)體棒施加一平行于導(dǎo)軌向下的拉力，并保持拉力的功率恒為P，導(dǎo)體棒最終以2v的速度勻速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，不計(jì)導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻，重力加速度為g.下列選項(xiàng)正確的是()圖252視角一電場(chǎng)中的功能關(guān)系命題角度角度1結(jié)合功能關(guān)系考查帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(2012課標(biāo)全國(guó)卷，18；2013新課標(biāo)全國(guó)，16)角度2電場(chǎng)力的做功特點(diǎn)及電勢(shì)能變化與電場(chǎng)

5、力做功的關(guān)系(2012廣東卷，20；2012山東卷，19；2012天津卷，5；2013天津卷，6)角度3結(jié)合動(dòng)能定理、電場(chǎng)力做功情況綜合考查多過(guò)程問(wèn)題(2012四川理綜，24；2013浙江卷，24)【典例1】 (2012四川理綜，24)如圖253所示，ABCD為固定在豎直平面內(nèi)的軌道，AB段光滑水平，BC段為光滑圓弧，對(duì)應(yīng)的圓心角37，半徑r2.5 m，CD段平直傾斜且粗糙，各段軌道均平滑連接，傾斜軌道所在區(qū)域有電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E2105 N/C、方向垂直于斜軌向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)質(zhì)量m5102 kg、電荷量q1106 C的小物體(可視為質(zhì)點(diǎn))被彈簧槍發(fā)射后，沿水平軌道向左滑行，在C點(diǎn)以速度v03 m

6、/s沖上斜軌以小物體通過(guò)C點(diǎn)時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，0.1 s以后，電場(chǎng)強(qiáng)度大小不變，方向反向已知斜軌與小物體間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.25.設(shè)小物體的電荷量保持不變，取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.圖253(1)求彈簧槍對(duì)小物體所做的功；(2)在斜軌上小物體能到達(dá)的最高點(diǎn)為P，求CP的長(zhǎng)度審題指導(dǎo)應(yīng)考策略處理電場(chǎng)中能量問(wèn)題的基本方法在解決電場(chǎng)中的能量問(wèn)題時(shí)常用到的基本規(guī)律有動(dòng)能定理、能量守恒定律，有時(shí)也會(huì)用到功能關(guān)系(1)應(yīng)用動(dòng)能定理解決問(wèn)題需研究合外力的功(或總功)(2)應(yīng)用能量守恒定律解決問(wèn)題需注意電勢(shì)能和其他形式能之間的轉(zhuǎn)化(3)應(yīng)用功能關(guān)系解決該類(lèi)問(wèn)題需明確電場(chǎng)力做功與電勢(shì)

7、能改變之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系(4)有電場(chǎng)力做功的過(guò)程機(jī)械能不守恒，但機(jī)械能與電勢(shì)能的總和可以守恒應(yīng)考組訓(xùn)1. (2013天津卷，6)(多選)兩個(gè)帶等量正電的點(diǎn)電荷，固定在圖254中P、Q兩點(diǎn)，MN為PQ連線的中垂線，交PQ于O點(diǎn)，A為MN上的一點(diǎn)一帶負(fù)電的試探電荷q，從A點(diǎn)由靜止釋放，只在靜電力作用下運(yùn)動(dòng)，取無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)為零，則 ()圖254Aq由A向O的運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng)Bq由A向O運(yùn)動(dòng)的過(guò)程電勢(shì)能逐漸減小Cq運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能最大Dq運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)電勢(shì)能為零解析q由A向O運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，電場(chǎng)力的方向始終由A指向O，但力的大小變化，所以電荷q做變加速運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做正功，到O點(diǎn)時(shí)速度最大，動(dòng)能最大，電

8、勢(shì)能最小，故選項(xiàng)B、C均正確，選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤答案BC3.如圖256所示，一帶電平行板電容器水平放置，金屬板M上開(kāi)有一小孔有A、B、C三個(gè)質(zhì)量均為m、電荷量均為q的帶電小球(可視為質(zhì)點(diǎn))，其間用長(zhǎng)為L(zhǎng)的絕緣輕桿相連，處于豎直狀態(tài)已知M、N兩板間距為3L，現(xiàn)使A小球恰好位于小孔中，由靜止釋放并讓三個(gè)帶電小球保持豎直下落，當(dāng)A球到達(dá)N極板時(shí)速度剛好為零，求：圖256(1)兩極板間的電壓；(2)小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大速率視角二磁場(chǎng)中的功能關(guān)系命題角度角度1通電導(dǎo)線所受安培力與功率、能量守恒綜合考查(2013浙江卷，25)角度2電磁感應(yīng)中電流恒定時(shí)，考查焦耳定律、電功率的相關(guān)知識(shí)(2011重慶卷，23；

9、2013天津卷，3；2013江蘇卷，13)角度3電磁感應(yīng)中電流變化時(shí)，考查不同能量的轉(zhuǎn)化問(wèn)題(2012天津，11)【典例2】 (2013天津卷，3)如圖257所示，紙面內(nèi)有一矩形導(dǎo)體閉合線框abcd，ab邊長(zhǎng)大于bc邊長(zhǎng)，置于垂直紙面向里、邊界為MN的勻強(qiáng)磁場(chǎng)外，線框兩次勻速地完全進(jìn)入磁場(chǎng)，兩次速度大小相同，方向均垂直于MN.第一次ab邊平行MN進(jìn)入磁場(chǎng)，線框上產(chǎn)生的熱量為Q1，通過(guò)線框?qū)w橫截面的電荷量為q1；第二次bc邊平行MN進(jìn)入磁場(chǎng)，線框上產(chǎn)生的熱量為Q2，通過(guò)線框?qū)w橫截面的電荷量為q2，則()圖257AQ1Q2，q1q2 BQ1Q2，q1q2CQ1Q2，q1q2 DQ1Q2，q1q

10、2應(yīng)考策略1分析電磁感應(yīng)中能量問(wèn)題的基本方法：(1)明確安培力做的功是電能和其他形式的能之間相互轉(zhuǎn)化的“橋梁”，用框圖表示如下：(2)明確功能關(guān)系，確定有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化如有摩擦力做功，必有內(nèi)能產(chǎn)生；有重力做功，重力勢(shì)能必然發(fā)生變化；安培力做負(fù)功，必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能(3)根據(jù)不同物理情景選擇動(dòng)能定理、能量守恒定律或功能關(guān)系列方程求解問(wèn)題2分析力、電綜合問(wèn)題的兩個(gè)有效途徑(1)建立物體受力圖景弄清物理情境，選定研究對(duì)象；對(duì)研究對(duì)象按順序進(jìn)行受力分析，畫(huà)出受力圖；應(yīng)用力學(xué)規(guī)律進(jìn)行歸類(lèi)建模(2)建立能量轉(zhuǎn)化圖景各種不同的能量之間相互轉(zhuǎn)化時(shí)，遵守能量守恒定律，運(yùn)用能量觀點(diǎn)，建立能量轉(zhuǎn)

11、化圖景是分析解決力電綜合問(wèn)題的有效途徑 應(yīng)考組訓(xùn)4. (單選)一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形導(dǎo)線框在傾角為的光滑固定斜面上由靜止開(kāi)始沿斜面下滑，隨后進(jìn)入虛線下方方向垂直于斜面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖258所示，磁場(chǎng)的上邊界線水平，線框的下邊ab邊始終水平，斜面以及下方的磁場(chǎng)往下方延伸到足夠遠(yuǎn)下列推理判斷正確的是()圖258A線框進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程b點(diǎn)的電勢(shì)比a點(diǎn)高B線框進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程一定是減速運(yùn)動(dòng)C線框中產(chǎn)生的焦耳熱一定等于線框減 少的機(jī)械能D線框從不同高度下滑時(shí)，進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中通過(guò)線框?qū)Ь€橫截面的電荷量不同5(2013浙江卷，25)為了降低潛艇噪音，提高其前進(jìn)速度，可用電磁推進(jìn)器替代螺旋槳潛艇下方有左、右兩組推進(jìn)器

12、，每組由6個(gè)相同的、用絕緣材料制成的直線通道推進(jìn)器構(gòu)成，其原理示意圖如圖.在直線通道內(nèi)充滿電阻率0.2 m的海水，通道中abc0.3 m0.4 m0.3 m的空間內(nèi)，存在由超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B6.4 T、方向垂直通道側(cè)面向外磁場(chǎng)區(qū)域上、下方各有ab0.3 m0.4 m的金屬板M、N，當(dāng)其與推進(jìn)器專(zhuān)用直流電源相連后，在兩板之間的海水中產(chǎn)生了從N到M、大小恒為I1.0103 A的電流，設(shè)該電流只存在于磁場(chǎng)區(qū)域不計(jì)電源內(nèi)阻及導(dǎo)線電阻，海水密度海1.0103 kg/m3.(1)求一個(gè)直線通道推進(jìn)器內(nèi)磁場(chǎng)對(duì)通電海水的作用力大小，并判斷其方向；(2)在不改變潛艇結(jié)構(gòu)的前提下，簡(jiǎn)述潛艇如何轉(zhuǎn)彎？如何“倒車(chē)”？(3)當(dāng)潛艇以恒定速度v030 m/s前進(jìn)時(shí)，海水在出口處相對(duì)于推進(jìn)器的速度v34 m/s，思考專(zhuān)用直流電源所提供的電功率如何分配，求出相應(yīng)功率的大小解析(1)將通電海水看成導(dǎo)線，所受磁場(chǎng)力為FIBl代入數(shù)據(jù)得：FIBc1.01036.40.3 N1.92103 N由左手定則可判斷磁場(chǎng)對(duì)海水作用力方向向右(或與海水出口方向相同)(2)考慮到