2020高考物理浙江专用版大二轮讲义:专题四 电路与电磁感应 第10讲 Word版含解析.pdf
《2020高考物理浙江专用版大二轮讲义:专题四 电路与电磁感应 第10讲 Word版含解析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2020高考物理浙江专用版大二轮讲义:专题四 电路与电磁感应 第10讲 Word版含解析.pdf(14页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第 1 页 共 14 页 第第 10 讲 电学中的动量和能量问题讲 电学中的动量和能量问题 例 1 (2019福建泉州市期末质量检查)如图所示, 在竖直平面(纸面)内有一直角坐标系 xOy, 水平 x 轴下方有垂直纸面向里的匀强磁场,第三象限有沿 x 轴负方向的匀强电场,第四象限 存在另一匀强电场(图中未画出);光滑绝缘的固定不带电细杆 PQ 交 x 轴于 M 点,细杆 PQ 与x轴的夹角30, 杆的末端在y轴Q点处, PM两点间的距离为L.一套在杆上的质量为2m、 电荷量为 q 的带正电小环 b 恰好静止在 M 点,另一质量为 m、不带电绝缘小环 a 套在杆上并 由 P 点静止释放,与 b
2、瞬间碰撞后反弹,反弹后到达最高点时被锁定,锁定点与 M 点的距离 为,b 沿杆下滑过程中始终与杆之间无作用力,b 进入第四象限后做匀速圆周运动,而后通 L 16 过 x 轴上的 N 点,且 OMON.已知重力加速度大小为 g,求: (1)碰后 b 的速度大小 v 以及 a、b 碰撞过程中系统损失的机械能 E; (2)磁场的磁感应强度大小 B; (3)b 离开杆后经过多长时间会通过 x 轴 答案 (1) mgL (2) 5 8 gL 5 64 32m 3gL 15qL (3)竖直向上通过 x 轴 : t(n1)()(n1、 2、 3、); 竖直向下通过 x 轴 : t 5 24 3L g 4 5
3、 L g 5 16 3L g (n1)()(n1、2、3、) 5 24 3L g 5 4 L g 5 4 L g 5 16 3L g 解析 (1)设 a 和 b 相碰前的速度大小为 v1,碰后的速度为 v2,由机械能守恒定律:mgLsin mv 1 2 12 第 2 页 共 14 页 mgsin mv L 16 1 2 22 由动量守恒定律:mv1mv22mv 解得 v5 8 gL 机械能损失:E mv ( mv 2mv2) 1 2 12 1 2 22 1 2 解得 EmgL 5 64 (2)由于 b 从 M 点运动到 Q 点的过程中与杆无作用力,可得 qvBcos 2mg, 解得 B32m
4、3gL 15qL (3)b 在第四象限做匀速圆周运动的轨迹如图, 由几何关系可知轨迹的圆心O在x轴上, b经过N点时速度方向与x轴垂直, 圆心角120, 又匀速圆周运动的周期为 T4m qB b 从 Q 点第一次通过 N 点的时间为 t1T,可得 t1 360 5 24 3L g b 第一次通过 N 点后做竖直上抛运动,经 t2时间第二次通过 N 点,有:t2 2v g 5 4 L g b 第二次通过 N 点后做匀速圆周运动,经 t3时间第三次通过 N 点,有:t3 T 2 5 16 3L g 故 b 离开杆后会通过 x 轴的可能时间是: ()竖直向上通过 x 轴: 第 3 页 共 14 页
5、tt1(n1)(t2t3)(n1)() (n1、2、3、) 5 24 3L g 5 4 L g 5 16 3L g ()竖直向下通过 x 轴: tt1t2(n1)(t2t3)(n1)( ) (n1、2、3、) 5 24 3L g 5 4 L g 5 4 L g 5 16 3L g 拓展训练 1 (2019黑龙江齐齐哈尔市联谊校期末)某真空中存在一匀强电场,一带电油滴在 该电场中从 A 点由静止开始竖直向上运动,经过时间 t1运动到 B 点时撤去电场,再经时间 t2 油滴的速度恰好为零,又过一段时间后此空间中加入另一匀强电场,方向与原来相同但大小 是原来的 2 倍,已知油滴的质量为 m、电荷量为
6、 q,重力加速度大小为 g. (1)求再次加入电场前,开始的匀强电场的电场强度大小和油滴达到的最大高度; (2)为了使油滴能回到 A 点且速度恰好为零,求从油滴减速为零到再次加入电场的时间 答案 (1) gt2(t1t2) (2) mgt1t2 qt1 1 2 t2 t 12t2 2 解析 (1)以油滴为研究对象,从开始运动到达到最高点的过程中,根据动量定理可得: qEt1mg(t1t2)0, 解得:E; mgt1t2 qt1 由运动的可逆性得加速过程的末速度 vgt2, 所以全程的平均速度为 ,v gt2 2 故全过程的位移大小 h (t1t2) gt2(t1t2);v 1 2 (2)油滴从
7、最高点先做自由落体运动,再次加电场后,匀减速运动的末速度为零,设油滴从最 高点做自由落体运动的时间为 t,自由落体运动结束时的速度为 v,油滴匀减速运动过程中 的加速度大小为 a,根据牛顿第二定律可得:2qEmgma, 设自由落体运动下落的高度为 s1,匀减速下落的高度为 s2, 第 4 页 共 14 页 则有 s1s2h, s1,s2, v2 2g v2 2a 根据自由落体运动的规律,有:vgt, 解得:t. t2 t 12t2 2 1电磁感应与动量综合问题 往往需要运用牛顿第二定律、 动量定理、 动量守恒定律、 功能关系和能量守恒定律等重要规律, 并结合闭合电路的欧姆定律等物理规律及基本方
8、法 2动量观点在电磁感应问题中的应用,主要可以解决变力的冲量所以,在求解导体棒做非 匀变速运动的问题时,应用动量定理可以避免由于加速度变化而导致运动学公式不能使用的 麻烦, 在求解双杆模型问题时, 在一定条件下可以利用动量守恒定律避免讨论中间变化状态, 而直接求得最终状态 例 2 (2019嘉、丽 3 月联考)如图所示,有两光滑平行金属导轨,MA、ND 段用特殊材料包 裹, 绝缘不导电, 导轨的间距 l1 m, 左侧接电容器, 右侧接 R6 的电阻, ABCD 区域、 EFGH 区域、MN 左侧均存在垂直于平面,磁感应强度 B1 T 的匀强磁场,ABCD 区域、EFGH 区 域宽度均为 d2.
9、4 m,FG 的右侧固定一轻质绝缘弹簧金属杆 a、b 的质量均为 m0.1 kg, 电阻分别为 r13 、r26 ,金属杆 a 静止在 MN 左侧,金属杆 b 静止在 BEHC 区域,电 容器的电容 C0.1 F,电容器充电完毕以后闭合开关 S,经过一段时间金属杆 a 获得恒定的 速度滑入 MA、ND,通过 ABCD 区域后与金属杆 b 发生弹性碰撞,最后金属杆 b 压缩弹簧, 弹簧形变量最大时弹簧被锁定(金属杆 b 静止),弹簧储存的弹性势能为 0.2 J,则: (1)电容器上极板的电性(“正电”或“负电”)并说明理由; 第 5 页 共 14 页 (2)金属杆 b 刚要离开 EFGH 区域磁
10、场瞬间,受到的安培力大小; (3)从进入 ABCD 区域到锁定过程,金属杆 a 上产生的焦耳热; (4)电容器充电完毕后所带的电荷量 答案 见解析 解析 (1)闭合开关 S,金属杆 a 向右运动,由左手定则判断电流方向所以电容器上极板带 正电 (2)金属杆 b 压缩弹簧,动能转化为弹性势能: mv Ep,vb2 m/s 1 2 b2 电源电动势 EBlvb2 V 电阻 R 与 r1并联,总电阻 R总r28 ,I r1R Rr1 E R总 F安BIl0.25 N (3)金属杆 b 通过 EFGH 区域,由动量定理: tmv B2l2v R总 又 td,v 解得 v3 m/s 故碰撞以后金属杆 b
11、 的速度 vb5 m/s 金属杆 a、b 发生弹性碰撞,满足: 动量守恒:mvmvamvb 能量守恒: mv2 mv mvb2 1 2 1 2 a2 1 2 求得金属杆 a 的碰撞前的速度为 v5 m/s 第 6 页 共 14 页 金属杆 a 通过 ABCD 区域: tmv td R总r1 B2l2v R总 v r2R Rr2 解得 v4 m/s 金属杆 a 进入 ABCD 区域时的速度 v09 m/s 金属杆 a 切割磁感线产生的总焦耳热 Q1 mv mv22.8 J 1 2 02 1 2 金属杆 a 分配到 1.4 J 金属杆 b 切割磁感线产生的总焦耳热 Q2 mvb2 mv 1.05
12、J 1 2 1 2 b2 金属杆 a 分配到 J 7 40 总共产生了 1.575 J 的焦耳热 (4)金属杆 a 获得恒定的速度 v09 m/s,通过金属杆的电荷量为 q Bqlmv0 且达到稳定速度时电容器两端的电压与金属杆两端的电压相等 Blv0 Qq C Qmv 0Cv0B2l2 Bl 所以 Q1.8 C 拓展训练2 (2019绍兴市3月选考)如图所示, 两平行光滑轨道MN和PQ竖直放置, 间距l0. 5 m, 其中EG和FH为两段绝缘轨道, 其余均为金属轨道, 轨道末端NQ间连接一个自感系数L 0.01 H 的线圈,其直流电阻可以忽略在 ABCD、CDEF、GHJI 区域内存在垂直轨
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2020高考物理浙江专用版大二轮讲义:专题四电路与电磁感应 第10讲 Word版含解析 2020 高考 物理 浙江 专用版 二轮 讲义 专题 电路 电磁感应 10 Word 解析
链接地址:https://www.31doc.com/p-4787306.html