高考物理二轮复习专题5功能关系在电学中的应用学案（含解析）

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1、专题5功能关系在电学中的应用考向预测本专题包括三个部分：电场中的功能关系；电磁感应中的功能关系；应用动力学知识和功能关系解决力电综合问题。电场中的功能关系中，电粒子(或带电体)在电场中的运动问题是近几年高考常考的问题，高考命题角度集中在动能定理在平行板电容器中的应用，动能定理在非匀强电场中的应用，抛体运动、功能关系在匀强电场中的应用；题目难度以中档题为主,有选择亦有计算题。电磁感应中的功能关系，高考命题命题角度有能量守恒定律在电磁感应中的应用，电磁感应电路中的电功、电功率，试题难度以中档题为主。应用动力学知识和功能关系解决力电综合问题，在高考中常以压轴题的形式出现，题目综合性强，分值高，难

2、度大。高频考点：电场中的功能关系；电磁感应中的功能关系；应用动力学知识和功能关系解决力电综合问题。知识与技巧的梳理考点一、电场中的功能关系例(2017·全国I卷T20)在一静止点电荷的电场中，任一点的电势φ与该点到点电荷的距离r的关系如图所示。电场中四个点a、b、c和d的电场强度大小分别Ea、Eb、Ec和Ed。点a到点电荷的距离ra与点a的电势φa已在图中用坐标（ra，φa）标出，其余类推。现将一带正电的试探电荷由a点依次经b、c点移动到d点，在相邻两点间移动的过程中，电场力所做的功分别为Wab、Wbc和Wcd。下列选项正确的是(　　)A．Ea:Eb=4:1B．Ec:Ed=2:1C．Wab

3、:Wbc=3:1D．Wbc:Wcd=1:3【审题立意】本题考查点电荷的电场、电势、电场力做功等知识。(1)点电荷电场中场强的计算；(2)点电荷电场中电势高低的判断；(3)点电荷电场中电场力做功的计算。【解题思路】由图可知，a、b、c、d到点电荷的距离分别为1m、2m、3m、6m，根据点电荷的场强公式可知，，，故A正确，B错误；电场力做功，a与b、b与c、c与d之间的电势差分别为2V、1V、1V，所以，，故C正确，D错误。【参考答案】D【知识构建】电场力做功及电场中的功能关系【变式训练】1.如图所示为某示波管内的聚焦电场，实线和虚线分别表示电场线和等势线。两电子分别从a、b两点运动到c点，设

4、电场力对两电子做的功分别为Wa和Wb，a、b点的电场强度大小分别为Ea和Eb，则(　　)A．Wa＝Wb，Ea>EbB．Wa≠Wb，Ea>EbC．Wa＝Wb，EaEb，故A对，C错。答案：A2.(多选)一质量为m带正电荷的小球由空中A点无初速自由下落，在t秒末加上竖直向上、范围足够大的匀强电场，再经过t秒小球又回到A点。不计空气阻力且小球从未落地，则(

5、　　)A．整个过程中小球电势能变化了mg2t2B．整个过程中小球速度增量的大小为2gtC．从加电场开始到小球运动到最低点时小球动能变化了mg2t2D．从A点到最低点小球重力势能变化了mg2t2解析：小球运动过程如图所示，加电场之前与加电场之后，小球的位移大小是相等的。由运动学公式，得v2＝2v1。对加电场之后的运动过程(图中虚线过程)应用动能定理得，对此前自由下落过程由机械能守恒得，又，联立以上各式可解得电场力所做的功W电＝mgh1＋mv－mv＝2mv＝2mg2t2，即整个过程中小球电势能减少了2mg2t2，故A错；整个过程中速度增量大小为Δv＝v2－0＝2v1＝2gt，故B正确；从加电场

6、开始到小球运动到最低点时，动能变化了ΔEk＝0－mv＝－mg2t2，故C错；由运动学公式知，以及＝＝，则从A点到最低点小球重力势能变化量为ΔEp＝mg(h1＋h2)＝mg(h1＋h1)＝mgh1＝×mv＝mg2t2，故D正确。答案：BD考点二、电磁感应中的功能关系例如图甲所示，在水平桌面上固定着两根相距L＝20cm、相互平行的无电阻轨道P、Q，轨道一端固定一根电阻r＝0.02Ω的导体棒a，轨道上横置一根质量m＝40g、电阻忽略不计的金属棒b，两棒相距也为L＝20cm，该轨道平面处在磁感应强度大小可以调节的竖直向上的匀强磁场中。开始时，磁感应强度B0＝0.1T。设金属棒b与轨道间的最大静摩擦

7、力等于滑动摩擦力，g＝10m/s2。(1)若保持磁感应强度B0的大小不变，从t＝0时刻开始，给金属棒b施加一个水平向右的拉力，使它由静止开始做匀加速直线运动。此拉力F的大小随时间t变化的关系如图乙所示。求金属棒b做匀加速运动的加速度及其与轨道间的滑动摩擦力；(2)若从t＝0开始，磁感应强度B随时间t按图丙中图象所示的规律变化，求在金属棒b开始运动前，这个装置中产生的焦耳热。【审题立意】解答本题可按以下顺序分析：【解题思路