第5讲功能关系在电磁学中的应用.pptVIP

第5讲　功能关系在电磁学中的应用 1．(2011·新课标全国卷，18)(多选)电磁轨道炮工作原理如图2－5－1所示．待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触．电流I从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回．轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与I成正比．通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出．现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是 (　　)． 图2－5－1 A．只将轨道长度L变为原来的2倍 B．只将电流I增加至原来的2倍 C．只将弹体质量减至原来的一半 D．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其他量不变 主要题型：选择题、计算题 热点聚焦 (1)静电力做功的特点 (2)动能定理在电磁学中的应用 (3)带电体在磁场中运动时洛伦兹力不做功，机械能也可守恒 (4)功能关系、能量守恒在电磁感应现象中的应用 命题趋势 高考常对电学问题中的功能关系进行考查，特别是动能定理的应用．此类题目的特点是过程复杂、综合性强，主要考查学生综合分析问题的能力．预计2014年高考此类题目仍会出现．　　 考向一　电场中的功能关系的应用 (1)若加电场后小滑块受到的电场力与滑动摩擦力大小相等，求滑块离开AB区域时的速度． (2)要使小滑块在AB区域内运动的时间达到最长，电场强度应满足什么条件？并求这种情况下滑块离开AB区域时的速度．(设最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力) 处理此问题应注意以下几点： ①电场力做功与路径无关，可运用动能定理对全程列式． ②在运用动能定理处理电学问题时应注意运动过程的选取，特别应注意电场力和摩擦力做功的特点． 【预测1】 (2013·嘉定区模拟)如图2－5－3所示，在粗糙水平面上，彼此靠近地放置两个带同种电荷的小物块．由静止释放后，两个物块向相反方向运动，并最终停止．在物块运动过程中，下列表述正确的是 (　　)． 图2－5－3 A．两个物块的机械能守恒 B．物块受到的库仑力不做功 C．两个物块的电势能逐渐减少 D．物块受到的摩擦力始终小于其受到的库仑力 答案　C 【预测2】 如图2－5－4所示，有三根长度均为L＝0.3 m的不可伸长的绝缘细线，其中两根的一端分别固定在天花板上的P、Q两点，另一端分别拴有质量均为m＝0.12 kg的带电小球A和B，其中A球带正电，电荷量为q＝3×10－6 C．A、B之间用第三根线连接起来．在水平向左的匀强电场E作用下，A、B保持静止，悬线仍处于竖直方向，且A、B间细线恰好伸直．(静电力常量k＝9×109 N·m2/C2，取g＝10 m/s2) 图2－5－4 (1)此匀强电场的电场强度E为多大； (2)现将PA之间的线烧断，由于有空气阻力，A、B球最后会达到新的平衡位置．求此时细线QB所受的拉力FT的大小，并求出A、B间细线与竖直方向的夹角θ； (3)求A球的电势能与烧断前相比改变了多少(不计B球所带电荷对匀强电场的影响)． (3)A球克服电场力做功， W＝－qEL(1－sin θ)＝－3×10－6×3×105×0.3×(1－0.6) J＝－0.108 J 所以A球的电势能增加了 ΔEp＝－W＝0.108 J 答案　(1)3×105 N/C　(2)2.4 N　37°　(3)增加0.108 J 考向二　磁场中的功能关系的应用 【典例2】 (2012·山东卷，20)如图2－5－5所示，相距为L的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为θ，上端接有定值电阻R，匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为B.将质量为m的导体棒由静止释放，当速度达到v时开始匀速运动，此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力，并保持拉力的功率恒为P，导体棒最终以2v的速度匀速运动．导体棒始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨和导体棒的电阻，重力加速度为g.下列选项正确的是 (　　)． 解析　导体棒由静止释放，速度达到v时，回路中的电流为I，则根据共点力的平衡条件，有mgsin θ＝BIL.对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力，以2v的速度匀速运动时，则回路中的电流为2I，则根据平衡条件，有F＋mgsin θ＝2BIL所以拉力F＝mgsin θ，拉力的功率P＝F·2v＝2mgvsin θ，故选项A正确，选项B错误； 1．功能关系在电学中应用的题目，一般过程复杂且涉及多种性质不同的力，因此，通过审题，抓住受力分析和运动过程分析是关键，然后根据不同的运动过程各力做功的特点来选择规律求解． 2．动能定理和能量守恒定律在处理电学中能量问题时仍然是首选的规律． 【预测3】 如图2－5－6所示，水平固定放置的足够长的U形金属导轨处于竖直向上的匀强磁场中，在导轨上放着金属棒ab