2020届高考物理考纲解读与热点难点突破_专题05：功能关系在电磁学中的应用教学案.doc

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1、专题05功能关系在电磁学中的应用【2019年高考考纲解读】(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2016年高考此类题目仍会出现．【变式探究】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＝

2、Wb，Ea>EbB．Wa≠Wb，Ea>EbC．Wa＝Wb，EaEb，故A对，C错．【特别提醒】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．　　　　　　　　　　【变式探究】如图2－5－4所示，有三根长度均为L＝0.3m的不可伸

3、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＝0.12kg的带电小球A和B，其中A球带正电，电荷量为q＝3×10－6C．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＝9×109N·m2/C2，取g＝10m/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

4、对匀强电场的影响)．【答案】(1)3×105N/C　(2)2.4N　37°　(3)增加0.108J(2)两球及细线最后位置如图所示，QB的拉力FT＝2mg＝2×0.12×10N＝2.4N由①式解得v2＝2②粒子在第2层磁场中受到的洛伦兹力充当向心力，有qv2B＝m③由②③式解得r2＝④(2)设粒子在第n层磁场中运动的速度为vn,轨迹半径为rn(各量的下标均代表粒子所在层数，下同)．nqEd＝mv⑤qvnB＝m⑥图1图2当n＝1时，由图2看出r1sinθ1＝d由⑤⑥⑩⑪式得sinθn＝B⑫(3)若粒子恰好不能从第n层磁场右侧边界穿出，则θn＝⑬sinθn＝1⑭在其他条件不变的情况下，换用比荷更大

5、的粒子，设其比荷为，假设能穿出第n层磁场右侧边界，粒子穿出时的速度方向与水平方向的夹角为θn，由于克服摩擦力做的总功为：Wf＝f(l1＋l2)⑨在Δt时间内，消耗在电阻R上的功为：WR＝I2RΔt⑩根据能量转化和守恒定律，外力在Δt时间内做的功为：W＝Wf＋WR⑪外力的功率为：P＝⑫由④至⑫式可得：P＝μmgωr＋⑬【特别提醒】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．　　　　　　　　　　【变式探究】如

6、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，开始时ab棒以水平初速度v0向右运动，最后静止在导轨上，就导轨光滑和导轨粗糙的两种情况相比较，这个过程(　　)．图2－5－6A．安培力对ab棒所做的功相等B．电流所做的功相等C．产生的总内能相等D．通过ab棒的电荷量相等【答案】C题型三、动力学观点和能量观点在电磁感应中的应用【例3】如图3所示，两条光滑的金属导轨相距L＝1m，其中MN段平行于PQ段，位于同一水平面内，NN0段与QQ0段平行，位于与水平面成倾角37°的斜面上，且MNN0与PQQ0均在竖直平面内。在水平导轨区域和倾斜导轨区域内分别

7、有垂直于水平面和斜面的匀强磁场B1和B2，且B1＝B2＝0.5T。ab和cd是质量均为m＝0.1kg、电阻均为R＝4Ω的两根金属棒，ab置于水平导轨上，cd置于倾斜导轨上，均与导轨垂直且接触良好。从t＝0时刻起，ab棒在外力作用下由静止开始沿水平方向向右运动(ab棒始终在水平导轨上运动，且垂直于水平导轨)，cd受到F＝0.6－0.25t(N)沿斜面向上的力的作用，始终处于静止状态。不计导轨的电阻。