2019屆高考物理二輪專題復習 專題二 力與直線運動 第2講 牛頓運動定律在電學中的應用課件.ppt

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第2講牛頓運動定律在電學中的應用 考向一牛頓運動定律在電場中的應用 典例1 2017 全國 卷 25 真空中存在電場強度大小為E1的勻強電場 一帶電油滴在該電場中豎直向上做勻速直線運動 速度大小為v0 在油滴處于位置A時 將電場強度的大小突然增大到某值 但保持其方向不變 持續(xù)一段時間t1后 又突然將電場反向 但保持其大小不變 再持續(xù)同樣一段時間后 油滴運動到B點 重力加速度大小為g 1 求油滴運動到B點時的速度 解析 1 設油滴質量和電荷量分別為m和q 油滴速度方向向上為正 油滴在電場強度大小為E1的勻強電場中做勻速直線運動 故勻強電場方向向上 在t 0時 電場強度突然從E1增加至E2時 油滴做豎直向上的勻加速運動 加速度方向向上 大小a1滿足qE2 mg ma1 油滴在時刻t1的速度為v1 v0 a1t1 電場強度在時刻t1突然反向 油滴做勻變速運動 加速度方向向下 大小a2滿足qE2 mg ma2 油滴在時刻t2 2t1的速度為v2 v1 a2t1 由 式得v2 v0 2gt1 答案 1 v0 2gt1 2 求增大后的電場強度的大小 為保證后來的電場強度比原來的大 試給出相應的t1和v0應滿足的條件 已知不存在電場時 油滴以初速度v0做豎直上拋運動的最大高度恰好等于B A兩點間距離的兩倍 答案 2 見解析 牛頓運動定律解決電場中的直線運動問題的分析方法 規(guī)律總結 預測練1 2018 江蘇蘇州高新區(qū)一中檢測 多選 如圖 甲 所示 平行金屬板中央有一個靜止的電子 不計重力 兩板間距離足夠大 當兩板間加上如圖 乙 所示的電壓后 圖中反映電子速度v 位移x和加速度a三個物理量隨時間t的變化規(guī)律可能正確的是 AD 預測練2 2018 雅安模擬 如圖所示 光滑絕緣水平面上方存在電場強度大小為E 方向水平向右的勻強電場 某時刻將質量為m 帶電荷量為 q的小金屬塊從A點由靜止釋放 經(jīng)時間t到達B點 此時電場突然反向且增強為某恒定值 又經(jīng)過時間t小金屬塊回到A點 小金屬塊在運動過程中電荷量保持不變 求 1 A B兩點間的距離 2 電場反向后勻強電場的電場強度大小 答案 2 3E 考向二牛頓運動定律在磁場中的應用 典例2 2018 南昌模擬 根據(jù)磁場會對載流導體產(chǎn)生作用力的原理 人們研究出一種新型的發(fā)射炮彈的裝置 電磁炮 其原理簡化為 水平放置的兩個導軌相互平行 相距d 1m 處于豎直向上的勻強磁場中 一質量為m 2kg的金屬棒垂直于導軌上 與導軌間的動摩擦因數(shù) 0 1 當金屬棒中的電流為I1 4A時 金屬棒做勻速運動 取g 10m s2 求 1 勻強磁場磁感應強度的大小 2 當金屬棒的電流I2 6A時 金屬棒的加速度大小 3 保持金屬棒中的電流I2 6A不變 若導軌的長度L 16m 金屬棒滑離導軌的速度大小 解析 1 金屬棒勻速運動時 受到的安培力和摩擦力平衡 有F安 f 即為BI1d mg 代入數(shù)據(jù)解得B 0 5T 2 由牛頓第二定律有F安 f ma 即為BI2d mg ma 代入數(shù)據(jù)解得a 0 5m s2 3 設棒離開導軌時速度為v 有v2 2aL代入數(shù)據(jù)解得v 4m s 答案 1 0 5T 2 0 5m s2 3 4m s 規(guī)律總結 1 安培力涉及三維空間 要變三維為二維 如畫側視圖 剖面圖或俯視圖等 其中安培力的方向要注意F安 B F安 I 2 對于磁場內的動力學問題 要特別注意洛倫茲力的特性 因F洛 qvB 則速度v的變化影響受力 受力的變化又反過來影響運動 3 帶電微粒在電場力 重力和洛倫茲力共同作用下的直線運動只能是勻速直線運動 預測練3 2018 河南模擬 多選 如圖所示 空間有一垂直紙面向外的磁感應強度為0 5T的勻強磁場 一質量為M 0 2kg 且足夠長的絕緣木板靜止在光滑水平面上 在木板的左端無初速度放置一質量為m 0 1kg 電荷q 0 2C的滑塊 滑塊與絕緣木板之間動摩擦因數(shù)為 0 5 滑塊受到的最大靜摩擦力可認為等于滑動摩擦力 現(xiàn)對木板施加方向水平向左 大小為0 6N的恒力 g取10m s2 則以下說法中正確的是 A 木板和滑塊一直做加速度為2m s2的勻加速運動B 滑塊開始做勻加速運動 然后做加速度減小的加速運動 最后做勻速直線運動C 最終木板做加速度為2m s2的勻加速運動 滑塊做速度為10m s的勻速運動D 最終木板做加速度為3m s2的勻加速運動 滑塊做速度為10m s的勻速運動 BD 預測練4 2018 洛陽模擬 多選 如圖 甲 所示 一帶電物塊無初速度地放在傳送帶的底端 傳送帶以恒定的速率順時針傳動 該裝置處于垂直紙面向里的勻強磁場中 物塊由底端E運動至傳送帶頂端F的過程中 其v t圖像如圖 乙 所示 若物塊全程運動的時間為4 5s 則下列判斷正確的是 A 該物塊帶負電B 傳送帶的傳送速度大小可能大于1m sC 若已知傳送帶的長度 可求出該過程中物塊與傳送帶發(fā)生的相對位移D 在2 4 5s內 物塊與傳送帶間仍可能有相對運動 BD 解析 由圖 乙 可知 0 2s內物塊做加速度逐漸減小的加速運動 物塊的最大速度是1m s 開始時物塊受到重力 支持力和摩擦力的作用 設動摩擦因數(shù)為 沿斜面的方向 FN mgsin ma 物塊運動后 又受到洛倫茲力的作用 而加速度逐漸減小 說明FN逐漸減小 即洛倫茲力的方向指向左上方 由左手定則可知 物塊帶正電 故A錯誤 物塊做勻速直線運動時 有mgsin mgcos f洛 由此可知 傳送帶的速度大于等于1m s 與物塊最大速度無關 所以傳送帶的速度可能是1m s 有可能大于1m s 物塊可能相對傳送帶靜止 也可能相對傳送帶運動 故B D正確 由于傳送帶的速度不能確定 且4 5s內物塊位移也不能求出 所以已知傳送帶的長度 也不能求出該過程中物塊與傳送帶發(fā)生的相對位移 故C錯誤 考向三牛頓運動定律在電磁感應中的應用 典例3 2018 開封一模 如圖所示 兩足夠長平行光滑的金屬導軌MN PQ相距為L 1m 導軌平面與水平面夾角 30 導軌電阻不計 磁感應強度為B 1 0T的勻強磁場垂直導軌平面斜向下 金屬棒ab垂直于MN PQ放置在導軌上 且始終與導軌接觸良好 金屬棒的質量為m 0 01kg 電阻不計 定值電阻R1 30 電阻箱電阻R2 120 電容器電容C 0 01F 取重力加速度g 10m s2 金屬棒由靜止釋放 1 若在開關接1的情況下 求金屬棒下滑的最大速度 2 若在開關接2的情況下 求經(jīng)過時間t 2 0s時金屬棒的速度 審題突破 答案 1 7 5m s 2 5m s 拓展變式 在 典例3 的情景中 開關接到2的情況下 求電容器極板上積累的電荷量Q隨時間t變化的關系 答案 Q 0 025t 電磁感應中動力學問題的分析思路 規(guī)律總結 預測練5 2018 河南一模 多選 如圖所示 一對平行光滑軌道水平放置 軌道間距L 0 20m 電阻R 10 有一質量為m 1kg的金屬棒平放在軌道上 與兩軌道垂直 金屬棒及軌道的電阻皆可忽略不計 整個裝置處于垂直軌道平面豎直向下的勻強磁場中 現(xiàn)用一拉力F沿軌道方向拉金屬棒 使之做勻加速運動 力F與時間t的關系為F 0 1t 1 N 則下列說法正確的是 A 金屬棒的加速度a 1m s2B 磁感應強度B 5TC 當F 3N時 電路消耗的電功率P 60WD 若外力F的最大值為5N 則金屬棒運動所能達到的最大速度為40m s AB 預測練6 2018 廈門模擬 如圖所示 足夠長光滑的兩平行金屬導軌 間距為L 導軌平面與水平面成 角 定值電阻大小為R 導軌上停放著一根質量為m 電阻為r的金屬桿CD 導軌電阻不計 整個裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中 磁場方向垂直導軌平面向上 現(xiàn)用一垂直于金屬桿CD的外力F 沿導軌斜面向上拉金屬桿 使之由靜止開始沿導軌向上做加速度為a的勻加速直線運動 并開始計時 試求 1 推導外力F隨時間t的變化關系 2 在時間t0內通過電阻的電荷量 3 若時間t0末 撤去拉力F 試分析并說明金屬桿在撤力以后的速度 加速度的變化情況 答案 3 上升階段 金屬桿做加速度減小的減速運動 在下降階段 金屬桿先做加速度減小的加速運動 最后做勻速直線運動 備考跨越構網(wǎng)絡練培優(yōu) 網(wǎng)絡構建 培優(yōu)精練 培優(yōu)練1 2018 廣西一模 多選 如圖所示 在一足夠大的水平向右勻強電場中 有一光滑絕緣水平面 將質量分別為m M mF2D F1 F2 AC 培優(yōu)練2 2018 邯鄲校級模擬 多選 如圖所示 兩根長直導線豎直平行固定放置 且與水平放置的光滑絕緣桿MN分別交于c d兩點 點O是cd的中點 桿MN上a b兩點關于O點對稱 兩導線均通有大小相等 方向向上的電流 已知長直導線在周圍某點產(chǎn)生磁場的磁感應強度與電流成正比 與該點到導線的距離成反比 一帶正電的小球穿在桿上 以初速度v0從a點出發(fā)沿桿運動到b點 在a b O三點桿對小球的支持力大小分別為Fa Fb FO 下列說法可能正確的是 A Fa FOB Fb FaC 小球一直做勻速直線運動D 小球先做加速運動后做減速運動 ABC 解析 根據(jù)安培定則可知 從a點出發(fā)沿絕緣桿運動到b點 aO間的磁場方向垂直于紙面向里 Ob間的磁場方向垂直于紙面向外 所以合磁場大小先減小 過O點后反向增大 根據(jù)左手定則可知 帶正電的小球受到的洛倫茲力方向先向上 大小在減小 設小球質量為m 在a點 若Bqv0 mg 則有Fa Bqv0 mg 在O點 FO mg 所以有可能Fa FO 過O點后洛倫茲力的方向向下 大小在增大 由此可知 小球在運動方向不受力的作用 則將做勻速直線運動 而小球對桿的壓力一直在增大 即Fb Fa 選項A B C正確 D錯誤 培優(yōu)練3 2018 湖北黃岡中學高三三模 多選 如圖 甲 所示 AB CD是間距為L 1m的足夠長的光滑平行金屬導軌 導軌平面與水平面夾角為 在虛線下方的導軌平面內存在垂直于導軌平面向上的勻強磁場 導軌電阻不計 長為1m的導體棒ab垂直AB CD放置在導軌上 導體棒電阻R 1 AB CD右側連接一電路 已知燈泡L的規(guī)格是 3V3W 定值電阻R1 10 R2 15 在t 0時 將導體棒ab從某一高度由靜止釋放 導體棒的速度 時間圖像如圖 乙 所示 其中OP段是直線 PM段是曲線 若導體棒沿導軌下滑12 5m時 導體棒達到最大速度 并且此時燈泡L已正常發(fā)光 假設燈泡的電阻恒定不變 重力加速度g 10m s2 則下列說法正確的是 A 30 B 勻強磁場的磁感應強度大小B0為2TC 導體棒的質量為0 2kgD 從導體棒靜止釋放至速度達到最大的過程中 通過電阻R1的電荷量為1C AC