高中物理高考 高考物理二轮复习专题专讲课件 第6讲+功和能（二）（全国通用）

这是一份高中物理高考 高考物理二轮复习专题专讲课件 第6讲+功和能（二）（全国通用），共58页。PPT课件主要包含了答案D，核心知识，规律方法，答案BC，答案AC，图10，图11，图12，图13等内容，欢迎下载使用。

2.(2015·新课标全国卷Ⅰ，15)如图1，直线a、b和c、d是处于匀强电场中的两组平行线，M、N、P、Q是它们的交点，四点处的电势分别为φM、φN、φP、φQ。一电子由M点分别运动到N点和P点的过程中，电场力所做的负功相等。则(　　)
A.直线a位于某一等势面内，φM＞φQB.直线c位于某一等势面内，φM＞φNC.若电子由M点运动到Q点，电场力做正功D.若电子由P点运动到Q点，电场力做负功
解析　电子带负电荷，电子由M点分别运动到N点和P点的过程中，电场力所做的负功相等，有WMN＝WMP＜0，而WMN＝qUMN，WMP＝qUMP，q＜0，所以有UMN＝UMP＞0，即φM＞φN＝φP，匀强电场中等势线为平行的直线，所以NP和MQ分别是两条等势线，有φM＝φQ，故A错误，B正确；电子由M点到Q点过程中，WMQ＝q(φM－φQ)＝0，电子由P点到Q点过程中，WPQ＝q(φP－φQ)＞0，故C、D错误。答案　B
3.(2014·新课标全国卷Ⅱ，25)半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内，一长为r、质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面，BA的延长线通过圆导轨中心O，装置的俯视图如图2所示。整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，方向竖直向下。
在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻(图中未画出)。直导体棒在水平外力作用下以角速度ω绕O逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触。设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒和导轨的电阻均可忽略。重力加速度大小为g。求：
(1) 通过电阻R的感应电流的方向和大小；(2) 外力的功率。
(1) 无电场时，小球到达A 点时的动能与初动能的比值； (2) 电场强度的大小和方向。
5.(2015·新课标全国卷Ⅱ，24)如图4，一质量为m、电荷量为q(q＞0)的粒子在匀强电场中运动，A、B为其运动轨迹上的两点。已知该粒子在A点的速度大小为v0，方向与电场方向的夹角为60°；它运动到B点时速度方向与电场方向的夹角为30°。不计重力。求A、B两点间的电势差。
主要题型：选择题、计算题知识热点(1)结合电势、电势差考查电场力的功。(2)结合电场力的功、安培力的功、摩擦力的功考查对功能关系的理解。(3)功能关系、能量守恒在电磁感应现象中的应用。思想方法(1)守恒法　(2)过程分解法　(3)过程组合法(4)模型法
考向一　电场中的功能关系
在解决电学中功能关系问题时应注意以下几点：(1)洛伦兹力在任何情况下都不做功；(2)电场力做功与路径无关，电场力做的功等于电势能的变化；(3)力学中的几个功能关系在电学中仍然成立。
1.(2015·北京市海淀区高三测试)地球表面附近某区域存在大小为150 N/C、方向竖直向下的电场。一质量为1.00×10－4kg、带电荷量为－1.00×10－7C的小球从静止释放，在电场区域内下落10.0 m。对此过程，该小球的电势能和动能的改变量分别为(重力加速度大小取9.80 m/s2，忽略空气阻力)(　　)　A.－1.50×10－4J和9.95×10－3J　×10－4J和9.95×10－3J　C.－1.50×10－4J和9.65×10－3J　×10－4J和9.65×10－3J
解析　在电场区域内下落10.0 m，电场力做功W＝qEh＝－1.00×10－7C×150 N/C×10.0 m＝－1.50×10－4 J，该小球的电势能增加1.50×10－4 J。由动能定理可知，动能的改变量为W＋mgh＝－1.50×10－4 J＋1.00×10－4kg×9.80 m/s2×10.0 m＝9.65×10－3 J，选项D正确。答案　D
2.(多选)(2015·四川理综，6)如图5所示，半圆槽光滑、绝缘、固定，圆心是O，最低点是P，直径MN水平。a、b是两个完全相同的带正电小球(视为点电荷)，b固定在M点，a从
N点静止释放，沿半圆槽运动经过P点到达某点Q(图中未画出)时速度为零。则小球a(　　)A.从N到Q的过程中，重力与库仑力的合力先增大后减小B.从N到P的过程中，速率先增大后减小C.从N到Q的过程中，电势能一直增加D.从P到Q的过程中，动能减少量小于电势能增加量
解析　a从N点静止释放，过P点后到Q点速度为零，整个运动过程只有重力和库仑力做功，库仑力方向与a速度方向夹角一直大于90°，所以库仑力整个过程做负功。小球a从N到Q的过程中，库仑力增大，库
仑力与重力的夹角从90°一直减小，所以它们的合力一直增大，故A错误；带电小球a受力如图所示，在靠近N点的位置，合力与速度夹角小于90°，在P点合力与速度夹角大于90°，所以小球a从N到P的过程中，速率应先增大后减小，故B正确；从N到Q的过程中，库仑力一直做负功，所以电势能一直增加，故C正确；根据能量守恒可知，P到Q的过程中，动能的减少量等于重力势能和电势能的增加量之和，故D错误。答案　BC
(1)小物块b经过桌面右侧边缘B点时的速度大小；(2)释放后，小物块b在运动过程中克服摩擦力做的功；(3)小物块b在半圆轨道运动中最大速度的大小。
考向二　功能观点在电磁感应问题中的应用
电磁感应中焦耳热的求法
1.如图8所示，固定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d，其右端接有阻值为R的电阻，整个装置处在竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。一质量为m(质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨
放置，且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为μ。现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离l时，速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直)。设杆接入电路的电阻为r，导轨电阻不计，重力加速度大小为g。则此过程中(　　)
2.(多选)(2015·太原市高三年级第二学段测评)如图9所示，在磁感应强度B＝0.50 T的匀强磁场中，两平行光滑金属导轨竖直放置，导体棒PQ在竖直向上的拉力F的作用下向下做初速度为0、加速度a＝5 m/s2的匀加速直线运动，两导轨间距离L＝1.0 m，电阻R＝1.0 Ω，导体棒质量m＝1 kg，导体棒和导轨接触良好且电阻均不计，取g＝10 m/s2，则下列说法中正确的是(　　)
A.导体棒运行2 s时，拉力的功率为25 WB.拉力F所做的功等于导体棒减少的机械能C.t＝4 s时，导体棒所受安培力为5 ND.导体棒运行2 s的过程中，通过电阻的电荷量为2.5 C
3.如图10所示，一质量为m，边长为h的正方形金属线框abcd自某一高度静止下落，依次经过两匀强磁场区域，且金属线框bc边的初始位置离磁场B1的上边界的高度为h/4，两磁场的磁感应强度分别为B1和B2，且B1＝2B0，B2＝B0(B0已知)，两磁场的间距为H(H未知，但H＞h)，线框进入磁场B1时，恰好做匀速运动，速度为v1(v1已知)，从磁场B1中穿出后又以v2匀速通过宽度也为h的磁场B2。
(1)求v1与v2的比值；(2)写出H与h的关系式；(3)若地面离磁场B2的下边界的高度为h，求金属线框下落到地面所产生的热量。(用m、h、g表示)
4.如图11甲所示，MN、FQ为间距L＝0.5 m且足够长的粗糙平行导轨，NQ⊥MN，导轨的电阻不计。导轨平面与水平面间的夹角θ＝37°，N、Q间连接有一个阻值R＝4 Ω的电阻。有一匀强磁场垂直于导轨平面且方向向上，磁感应强度为B0＝1 T。将一根质量为m＝0.05 kg、电阻为r的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上，且与导轨接触良好。现由静止释放金属棒，当金属棒滑行至cd处时刚好达到稳定速度，已知在此过程中通过金属棒横截面的电荷量q＝0.2 C，且金属棒的加速度a与速度v的关系如图乙所示，设金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行。(g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)。求：
(1)金属棒与导轨平面间的动摩擦因数μ和金属棒的内阻r；(2)金属棒滑行至cd处的过程中，电阻R上产生的热量。
答案　(1)0.5　1 Ω　(2)0.08 J
解决电磁感应能量问题的基本思路(1)确定感应电动势的大小和方向。(2)画出等效电路图并求出电流。(3)进行受力情况分析和做功情况分析。(4)明确在此过程中的能量变化情况。(5)用动能定理或能量守恒定律解题。
高频考点六　应用动力学知识和功能关系解决力、电综合问题
(20分)如图12甲所示，aa′、bb′、cc′、dd′为四条平行金属轨道，都处在水平面内。aa′、dd′间距为2L，bb′、cc′间距为L。磁感应强度为B的有界匀强磁场垂直于纸面向里，边界与轨道垂直。ab、cd两段轨道在磁场区域正中间，到磁场左右边界的距离均为s。轨道电阻不计且光滑，在a′d′之间接一阻值为R的定值电阻。现用水平向右的力拉着质量为m、长为2L的均匀金属杆从磁场左侧某处由静止开始向右运动，金属杆的电阻与其长度成正比，金属杆与轨道接触良好，且运动过程中不转动，忽略与ab、cd重合的短暂时间内速度的变化。
(1)证明：若拉力为恒力，无论金属杆的电阻r为多少，都不能使金属杆保持匀速通过整个磁场；(2)若金属杆的电阻r＝2R，保持拉力为F不变，使金属杆进入磁场后立刻做匀速直线运动，当金属杆到达磁场右边界时，速度大小为v。试求此次通过磁场过程中，整个回路放出的总热量；(3)若金属杆的电阻r＝2R，通过改变拉力的大小，使金属杆从磁场左侧某处从静止开始出发，保持匀加速运动到达磁场右边界。已知金属杆即将到达ab、cd位置的时拉力的大小为F0，已在图乙中标出。试在图乙中定性画出拉力大小随时间变化的关系图象(不需要标明关键点的具体坐标，但图象应体现各段过程的差异)。
审题指导　(1)要想使金属杆保持匀速通过整个磁场，外力和安培力之间的关系是什么？安培力与哪些因素有关？　(2)电路的连接方式是什么？哪一部分相当于电源？哪一部分相当于外电路？　(3)当金属杆做匀速运动时，外力F与安培力之间有什么关系？安培力的表达式是怎样的？　(4)求解回路中产生的总热量时，能应用公式Q＝I2Rt吗？　(5)画拉力随时间变化的图象时，要先写出拉力F与t之间的函数关系，找出拉力变化的趋势，再分析拉力的突变点在何位置，发生了怎样的变化。
比较可得进入ab、cd右侧后F－t图线的斜率变小。由于物体做匀加速运动，所以在ab、cd左侧运动的时间比在ab、cd右侧运动的时间要长，如图所示。(5分)
1.不管题目所给信息量的大小，解决问题的根本方法没有改变。以该题为例，解决电路问题的基本方法是找出各部分的连接方式，题中的难点是金属杆通过ab、cd前后金属杆接入电路的电阻不同，所以需要分别对两个过程进行电路分析和受力分析。2.分析清楚电路结构和受力情况后，关键是研究运动情况、能量的转化情况。
(20分)如图13所示，平行金属导轨与水平面间夹角均为37°，导轨间距为1 m，电阻不计，导轨足够长。两根金属棒ab和a′b′的质量都是0.2 kg，电阻都是1 Ω，与导轨垂直放置且接触良好，金属棒和导轨之间的动
摩擦因数为0.25，两个导轨平面处均存在着垂直轨道平面向上的匀强磁场(图中未画出)，磁感应强度B的大小相同。让a′b′固定不动，将金属棒ab由静止释放，当ab下滑速度达到稳定时，整个回路消耗的电功率为8 W。求：
(1)ab下滑的最大加速度；(2)ab下落了30 m高度时，其下滑速度已经达到稳定，则此过程中回路电流的发热量Q为多大？(3)如果将ab与a′b′同时由静止释放，当ab下落了30 m高度时，其下滑速度也已经达到稳定，则此过程中回路电流的发热量Q′为多大？(g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)解析　(1)当ab棒刚下滑时，ab棒的加速度有最大值：a＝gsin θ－μgcs θ＝4 m/s2(2分)
答案　 (1)4 m/s2　(2)30 J　(3)75 J