專題7-動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)在電學(xué)中的應(yīng)用(2019人教版)(原卷版)

【專題7】動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)在電學(xué)中的應(yīng)用【題型命題點(diǎn)】一、電場(chǎng)內(nèi)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題分析【要點(diǎn)歸納】1．基本粒子的受力特點(diǎn)：對(duì)于質(zhì)量很小的基本粒子，如電子、質(zhì)子、α粒子、離子等帶電粒子在電場(chǎng)中受到的靜電力遠(yuǎn)大于重力，通常情況下，重力可忽略；其他帶電小球、液滴、煙塵等，重力不可忽略。2．帶電粒子的加速(1)帶電粒子在電場(chǎng)加速(直線運(yùn)動(dòng))條件：只受電場(chǎng)力作用時(shí)，初速度為零或與電場(chǎng)力方向相同．(2)分析方法：動(dòng)能定理．(3)結(jié)論：初速度為零，帶電荷量為q，質(zhì)量為m的帶電粒子，經(jīng)過(guò)電勢(shì)差為U的電場(chǎng)加速后，獲得的速度為v＝eq\r(\f(2qU,m)).【方法歸納】帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1．分析方法：先分析受力情況，再分析運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程(平衡、加速或減速，軌跡是直線還是題．2．受力特點(diǎn)：在討論帶電粒子或其他帶電體的靜止與運(yùn)動(dòng)問(wèn)題時(shí)，重力是否要考慮，關(guān)鍵看重力與其他力相比較是否能忽略．一般來(lái)說(shuō)，除明顯暗示外，帶電小球、液滴的重力不能忽略，電子、質(zhì)子等帶電粒子的重力可以忽略，一般可根據(jù)微粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷是否考慮重力作用．【考點(diǎn)歸納】【考點(diǎn)一】帶電粒子在電場(chǎng)線中的運(yùn)動(dòng)分析【典型例題1】(2022屆河北省滄州市第一中學(xué)高三(下)第一次月考)如圖所示，在勻強(qiáng)電場(chǎng)中有直角三角形BOC，電場(chǎng)方向與三角形所在平面平行，若三角形三頂點(diǎn)處的電勢(shì)分別為、、，且邊長(zhǎng)，，則下列說(shuō)法中正確的是()A．電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為B．電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為C．電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為100V/mD．一個(gè)電子在O點(diǎn)由靜止釋放后會(huì)沿直線OB運(yùn)動(dòng)(對(duì)應(yīng)訓(xùn)練)如圖所示，空間存在兩塊平行的彼此絕緣的帶電薄金屬板A、B，間距為d，中央分別開(kāi)有小孔O、P.現(xiàn)有甲電子以速率v0從O點(diǎn)沿OP方向運(yùn)動(dòng)，恰能運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)．若僅將B板向右平移距離d，再將乙電子從P′點(diǎn)由靜止釋放，則()A．金屬板A、B組成的平行板電容器的電容C不變B．金屬板A、B間的電壓減小C．甲、乙兩電子在板間運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度相同D．乙電子運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)的速率為2v0【考點(diǎn)二】帶電體在電場(chǎng)力和重力作用下的運(yùn)動(dòng)【典型例題2】如圖所示，傾斜放置的平行板電容器兩極板與水平面夾角為θ，極板間距為d，帶負(fù)電的微粒質(zhì)量為m、帶電荷量為q，從極板M的左邊緣A處以初速度v0水平射入，沿直線運(yùn)動(dòng)并從極板N的右邊緣B處射出，重力加速度為g，則()A．微粒到達(dá)B點(diǎn)時(shí)動(dòng)能為eq\f(1,2)mv02B．微粒的加速度大小等于gsinθC．兩極板的電勢(shì)差UMN＝eq\f(mgd,qcosθ)D．微粒從A點(diǎn)到B點(diǎn)的過(guò)程，電勢(shì)能減少eq\f(mgd,cosθ)(對(duì)應(yīng)訓(xùn)練)如圖所示，質(zhì)量為m、帶電量為＋q的滑塊沿絕緣斜面勻速下滑，當(dāng)滑塊滑至豎直向下勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)時(shí)，滑塊運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)為()A．繼續(xù)勻速下滑B．將加速下滑C．將減速下滑D．上述三種情況都可能發(fā)生【題型命題點(diǎn)】二、磁場(chǎng)內(nèi)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題分析【要點(diǎn)歸納】1．安培力的大小：F＝IlBsinθ(其中θ為B與I之間的夾角)(1)磁場(chǎng)和電流垂直時(shí)：F＝BIl.(2)磁場(chǎng)和電流平行時(shí)：F＝0.2．安培力的方向左手定則判斷：(1)如圖，伸開(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)．(2)讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入，并使四指指向電流的方向．(3)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向．3．洛倫茲力的大小(1)v∥B時(shí)，F(xiàn)＝0；(2)v⊥B時(shí)，F(xiàn)＝qvB；(3)v與B的夾角為θ時(shí)，F(xiàn)＝qvBsinθ.4．洛倫茲力的方向(1)判定方法：應(yīng)用左手定則，注意四指應(yīng)指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向；(2)方向特點(diǎn)：F⊥B，F(xiàn)⊥v，即F垂直于B、v決定的平面．(注意B和v可以有任意夾角)【方法歸納】1．帶電粒子在電場(chǎng)中做直線運(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，然后看粒子所受的合力方向與速度方向是否一致，其運(yùn)動(dòng)類型有電場(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．【考點(diǎn)歸納】【考點(diǎn)一】導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)【典型例題1】一個(gè)可以沿過(guò)圓心的水平軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈L2互相絕緣垂直放置，且兩個(gè)線圈的圓心重合，如圖9所示．當(dāng)兩線圈中通以圖示方向的電流時(shí)，從左向右看，線圈L1將()A．不動(dòng)B．順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C．逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D．在紙面內(nèi)平動(dòng)(對(duì)應(yīng)訓(xùn)練)如圖所示，兩條平行的光滑金屬導(dǎo)軌所在平面與水平面的夾角為θ，間距為d.導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與導(dǎo)軌平面垂直．質(zhì)量為m的金屬棒被固定在導(dǎo)軌上，距底端的距離為s，導(dǎo)軌與外接電源相連，使金屬棒通有電流．金屬棒被松開(kāi)后，以加速度a沿導(dǎo)軌勻加速下滑，金屬棒中的電流始終保持恒定，重力加速度為g.求下滑到底端的過(guò)程中，金屬棒(1)末速度的大小v；(2)通過(guò)的電流大小I；(3)通過(guò)的電荷量Q.【考點(diǎn)二】有約束情況下帶電體的運(yùn)動(dòng)【典型例題2】(2022屆哈爾濱師范大學(xué)附屬中學(xué)高三(上)期末)(多選)如圖，一根絕緣細(xì)桿固定在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，桿和磁場(chǎng)垂直，與水平方向成角。桿上套一個(gè)質(zhì)量為、電量為的小球。小球與桿之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。從點(diǎn)開(kāi)始由靜止釋放小球，使小球沿桿向下運(yùn)動(dòng)。設(shè)磁場(chǎng)區(qū)域很大，桿足夠長(zhǎng)。已知重力加速度為。則下列敘述中正確的是()A．小球運(yùn)動(dòng)的速度先增大后不變B．小球運(yùn)動(dòng)的加速度先增大到gsin，然后減小到零C．小球的速度達(dá)到最大速度一半時(shí)加速度可能是gsinD．小球的速度達(dá)到最大速度一半時(shí)加速度一定是(對(duì)應(yīng)訓(xùn)練)(2022屆湖南省長(zhǎng)郡中學(xué)第四次月考)如圖所示，有一范圍足夠大的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶電小圓環(huán)套在一根固定的絕緣傾斜長(zhǎng)桿上，環(huán)與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。現(xiàn)使圓環(huán)以初速度v0沿桿向上運(yùn)動(dòng)。不計(jì)空物氣阻力。下列描述該圓環(huán)上升過(guò)程中的速度v隨時(shí)間t、機(jī)械能E隨位移x變化的圖像中，可能正確的是()A． B．C． D．【題型命題點(diǎn)】三、電磁感應(yīng)中的力學(xué)問(wèn)題分析【要點(diǎn)歸納】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)類型：勻速直線運(yùn)動(dòng)、加速度逐漸減小的減速直線運(yùn)動(dòng)、加速度逐漸減小的加速直線運(yùn)動(dòng)．【考點(diǎn)歸納】【典型例題】(2022屆湖南省雅禮中學(xué)高三(上)第五次月考)(多選)兩根相距為L(zhǎng)的足夠長(zhǎng)的金屬直角導(dǎo)軌按如圖所示放置，它們各有一部分在同一水平面內(nèi)，另一部分垂直于水平面.質(zhì)量均為m的金屬細(xì)棒ab、cd與導(dǎo)軌垂直接觸形成閉合回路，棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，回路總電阻為2R.整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.當(dāng)ab棒在平行于水平導(dǎo)軌的拉力F作用下以速度v1沿導(dǎo)軌勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd棒也正好以速度v2向下勻速運(yùn)動(dòng).重力加速度為g.下列說(shuō)法中正確的是()A．a(chǎn)b棒所受拉力F的大小為B．cd棒所受摩擦力為零C．回路中的電流為D．μ與v1大小的關(guān)系為(對(duì)應(yīng)訓(xùn)練)如圖甲所示，電阻不計(jì)、間距L＝1m的光滑平行金屬導(dǎo)軌豎直放置，導(dǎo)軌上端接一阻值R＝2Ω的電阻，虛線OO′下方有垂直于導(dǎo)軌平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，現(xiàn)將一質(zhì)量m＝0.2kg、電阻不計(jì)的金屬桿ab從OO′上方某處以v0＝1m/s的初速度下落，金屬桿在下落的過(guò)程中與導(dǎo)軌保持良好接觸且始終水平．金屬桿下落到磁場(chǎng)邊界OO′所需時(shí)間t＝0.1s，下落0.4m的過(guò)程中金屬桿的加速度與下落的距離h之間的關(guān)系如圖乙所示，g取10m/s2，則()A．金屬桿進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為6m/sB．金屬桿開(kāi)始下落時(shí)與OO′的距離為0.1mC．磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為4TD．金屬桿下落0.4m時(shí)的速度為1m/s【考點(diǎn)訓(xùn)練】1．(2021·廣東梅州市二模)如圖所示，空間中存在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，將一帶電小球自C點(diǎn)h高處?kù)o止釋放，一段時(shí)間后小球與正下方彈簧在A點(diǎn)開(kāi)始接觸并壓縮彈簧，假設(shè)在釋放到最低點(diǎn)B的過(guò)程中電場(chǎng)力對(duì)小球做功-5J，彈簧形變始終處于彈性限度范圍，不計(jì)空氣阻力，下列說(shuō)法正確的是()A．從C點(diǎn)到B點(diǎn)，小球電勢(shì)能增加5JB．從C點(diǎn)到B點(diǎn)，小球與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能減少5JC．小球從A運(yùn)動(dòng)到B過(guò)程中速度一直在減小D．小球反彈后可重新到達(dá)C點(diǎn)2．如圖所示，一質(zhì)量為m、電荷量為＋q的圓環(huán)可在水平放置的足夠長(zhǎng)的粗糙細(xì)桿上滑動(dòng)，細(xì)桿處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，不計(jì)空氣阻力，現(xiàn)給圓環(huán)一向右的初速度v0，在以后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，圓環(huán)運(yùn)動(dòng)的速度圖象可能是圖中的()A．②③B．①③C．②④D．①④3．(2021·浙江省柯橋中學(xué))如圖所示，在豎直平面內(nèi)有一足夠長(zhǎng)的絕緣軌道ABCD，AB水平放置，CD豎直放置，軌道AB、CD粗糙，BC是絕緣光滑的四分之一圓弧形軌道，圓弧的圓心為O，半徑，軌道所在空間存在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小?，F(xiàn)有質(zhì)量，電荷量的帶電體(可視為質(zhì)點(diǎn))，從A點(diǎn)由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，已知，帶電體與軌道AB，CD間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.5，假定帶電體與軌道之間的最大靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力相等。求：(取)(1)帶電體運(yùn)動(dòng)到圓弧軌道C點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大小。(2)帶電體最終停在何處。(3)如果電場(chǎng)強(qiáng)度的大小可在0到范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，當(dāng)E取不同值時(shí)，求帶電體全程產(chǎn)生的熱量。4．如圖所示，在傾角θ＝37°的斜面上，固定一寬度L＝0.25m的足夠長(zhǎng)平行金屬導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上端MN間接入一個(gè)電源，電源電動(dòng)勢(shì)E＝1.5V，內(nèi)阻r＝1.0Ω.一質(zhì)量m＝25g的金屬棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并接觸