2019届二轮复习第2讲　牛顿运动定律在电学中的应用课件（38张）（全国通用） 38页

第2讲　牛顿运动定律在电学中的应用 考向一　牛顿运动定律在电场中的应用 【 典例 1】 (2017· 全国 Ⅰ 卷 ,25) 真空中存在电场强度大小为 E 1 的匀强电场 , 一带电油滴在该电场中竖直向上做匀速直线运动 , 速度大小为 v 0 , 在油滴处于位置 A 时 , 将电场强度的大小突然增大到某值 , 但保持其方向不变 . 持续一段时间 t 1 后 , 又突然将电场反向 , 但保持其大小不变 ; 再持续同样一段时间后 , 油滴运动到 B 点 . 重力加速度大小为 g. (1) 求油滴运动到 B 点时的速度 ; 解析 : (1) 设油滴质量和电荷量分别为 m 和 q, 油滴速度方向向上为正 . 油滴在电场强度大小为 E 1 的匀强电场中做匀速直线运动 , 故匀强电场方向向上 . 在 t=0 时 , 电场强度突然从 E 1 增加至 E 2 时 , 油滴做竖直向上的匀加速运动 , 加速度方向向上 , 大小 a 1 满足 qE 2 -mg=ma 1 ① 油滴在时刻 t 1 的速度为 v 1 =v 0 +a 1 t 1 ② 电场强度在时刻 t 1 突然反向 , 油滴做匀变速运动 , 加速度方向向下 , 大小 a 2 满足 qE 2 +mg=ma 2 ③ 油滴在时刻 t 2 =2t 1 的速度为 v 2 =v 1 -a 2 t 1 ④ 由①②③④式得 v 2 =v 0 -2gt 1 . ⑤ 答案 : (1)v 0 -2gt 1 　 (2) 求增大后的电场强度的大小 ; 为保证后来的电场强度比原来的大 , 试给出相应的 t 1 和 v 0 应满足的条件 . 已知不存在电场时 , 油滴以初速度 v 0 做竖直上抛运动的最大高度恰好等于 B,A 两点间距离的两倍 . 答案 : (2) 见解析 牛顿运动定律解决电场中的直线运动问题的分析方法 规律总结 【 预测练 1】 (2018· 江苏苏州高新区一中检测 )( 多选 ) 如图 ( 甲 ) 所示 , 平行金属板中央有一个静止的电子 ( 不计重力 ), 两板间距离足够大 , 当两板间加上如图 ( 乙 ) 所示的电压后 , 图中反映电子速度 v 、位移 x 和加速度 a 三个物理量随时间 t 的变化规律可能正确的是 ( 　 　 ) AD 【 预测练 2】 (2018· 雅安模拟 ) 如图所示 , 光滑绝缘水平面上方存在电场强度大小为 E 、方向水平向右的匀强电场 . 某时刻将质量为 m 、带电荷量为 -q 的小金属块从 A 点由静止释放 , 经时间 t 到达 B 点 , 此时电场突然反向且增强为某恒定值 , 又经过时间 t 小金属块回到 A 点 . 小金属块在运动过程中电荷量保持不变 . 求 : (1)A,B 两点间的距离 ; (2) 电场反向后匀强电场的电场强度大小 . 答案 : (2)3E 考向二　牛顿运动定律在磁场中的应用 【 典例 2】 (2018· 南昌模拟 ) 根据磁场会对载流导体产生作用力的原理 , 人们研究出一种新型的发射炮弹的装置 —— 电磁炮 , 其原理简化为 : 水平放置的两个导轨相互平行 , 相距 d=1 m, 处于竖直向上的匀强磁场中 , 一质量为 m=2 kg 的金属棒垂直于导轨上 , 与导轨间的动摩擦因数 μ=0.1, 当金属棒中的电流为 I 1 =4 A 时 , 金属棒做匀速运动 , 取 g=10 m/s 2 . 求 : (1) 匀强磁场磁感应强度的大小 ; (2) 当金属棒的电流 I 2 =6 A 时 , 金属棒的加速度大小 ; (3) 保持金属棒中的电流 I 2 =6 A 不变 , 若导轨的长度 L=16 m, 金属棒滑离导轨的速度大小 . 解析 : (1) 金属棒匀速运动时 , 受到的安培力和摩擦力平衡 , 有 F 安 =f, 即为 BI 1 d= μmg , 代入数据解得 B=0.5 T. (2) 由牛顿第二定律有 F 安 -f=ma, 即为 BI 2 d-μmg=ma, 代入数据解得 a=0.5 m/s 2 . (3) 设棒离开导轨时速度为 v, 有 v 2 =2aL 代入数据解得 v=4 m/s . 答案 : (1)0.5 T 　 (2)0.5 m/s 2 　 (3)4 m/s 规律总结 1. 安培力涉及三维空间 , 要变三维为二维 , 如画侧视图、剖面图或俯视图等 , 其中安培力的方向要注意 F 安 ⊥ B,F 安 ⊥ I. 2. 对于磁场内的动力学问题 , 要特别注意洛伦兹力的特性 , 因 F 洛 = qvB , 则速度 v 的变化影响受力 , 受力的变化又反过来影响运动 . 3. 带电微粒在电场力、重力和洛伦兹力共同作用下的直线运动只能是匀速直线运动 . 【预测练3】 (2018·河南模拟)(多选) 如图所示,空间有一垂直纸面向外的磁感应强度为0.5 T的匀强磁场,一质量为M=0.2 kg,且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上,在木板的左端无初速度放置一质量为m =0.1 kg、电荷q =+0.2 C 的滑块,滑块与绝缘木板之间动摩擦因数为μ =0.5,滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力,现对木板施加方向水平向左,大小为0.6 N的恒力,g取 10 m/s 2 .则以下说法中正确的是(　 　) A.木板和滑块一直做加速度为2 m/s 2 的匀加速运动 B.滑块开始做匀加速运动,然后做加速度减小的加速运动,最后做匀速直线运动 C.最终木板做加速度为2 m/s 2 的匀加速运动,滑块做速度为10 m/s的匀速运动 D.最终木板做加速度为3 m/s 2 的匀加速运动,滑块做速度为10 m/s的匀速运动 BD 【 预测练 4】 (2018· 洛阳模拟 )( 多选 ) 如图 ( 甲 ) 所示 , 一带电物块无初速度地放在传送带的底端 , 传送带以恒定的速率顺时针传动 , 该装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中 , 物块由底端 E 运动至传送带顶端 F 的过程中 , 其 v-t 图像如图 ( 乙 ) 所示 , 若物块全程运动的时间为 4.5 s, 则下列判断正确的是 ( 　 　 ) A. 该物块带负电 B. 传送带的传送速度大小可能大于 1 m/s C. 若已知传送带的长度 , 可求出该过程中物块与传送带发生的相对位移 D. 在 2 ～ 4.5 s 内 , 物块与传送带间仍可能有相对运动 BD 解析 : 由图 ( 乙 ) 可知 ,0 ～ 2 s 内物块做加速度逐渐减小的加速运动 . 物块的最大速度是 1 m/s . 开始时物块受到重力、支持力和摩擦力的作用 , 设动摩擦因数为 μ, 沿斜面的方向 μF N -mgsin θ=ma, 物块运动后 , 又受到洛伦兹力的作用 , 而加速度逐渐减小 , 说明 F N 逐渐减小 , 即洛伦兹力的方向指向左上方 . 由左手定则可知 , 物块带正电 , 故 A 错误 ; 物块做匀速直线运动时 , 有 mgsin θ= μ(mgcos θ- f 洛 ), 由此可知 , 传送带的速度大于等于 1 m/s , 与物块最大速度无关 , 所以传送带的速度可能是 1 m/s , 有可能大于 1 m/s , 物块可能相对传送带静止 , 也可能相对传送带运动 , 故 B,D 正确 ; 由于传送带的速度不能确定 , 且 4.5 s 内物块位移也不能求出 , 所以已知传送带的长度 , 也不能求出该过程中物块与传送带发生的相对位移 , 故 C 错误 . 考向三　牛顿运动定律在电磁感应中的应用 【 典例 3】 (2018· 开封一模 ) 如图所示 , 两足够长平行光滑的金属导轨 MN,PQ 相距为 L=1 m, 导轨平面与水平面夹角 α=30 ° , 导轨电阻不计 . 磁感应强度为 B=1.0 T 的匀强磁场垂直导轨平面斜向下 , 金属棒 ab 垂直于 MN,PQ 放置在导轨上 , 且始终与导轨接触良好 , 金属棒的质量为 m=0.01 kg 、电阻不计 . 定值电阻 R 1 =30 Ω, 电阻箱电阻 R 2 =120 Ω, 电容器电容 C=0.01 F, 取重力加速度 g=10 m/s 2 . 金属棒由静止释放 . (1) 若在开关接 1 的情况下 , 求金属棒下滑的最大速度 ; (2) 若在开关接 2 的情况下 , 求经过时间 t=2.0 s 时金属棒的速度 . 审题突破 答案 : (1)7.5 m/s 　 (2)5 m/s 【 拓展变式 】 在“典例 3” 的情景中 , 开关接到 2 的情况下 , 求电容器极板上积累的电荷量 Q 随时间 t 变化的关系 . 答案 : Q=0.025t 电磁感应中动力学问题的分析思路 规律总结 【 预测练 5】 (2018· 河南一模 )( 多选 ) 如图所示 , 一对平行光滑轨道水平放置 , 轨道间距 L=0.20 m. 电阻 R=10 Ω, 有一质量为 m=1 kg 的金属棒平放在轨道上 , 与两轨道垂直 , 金属棒及轨道的电阻皆可忽略不计 , 整个装置处于垂直轨道平面竖直向下的匀强磁场中 , 现用一拉力 F 沿轨道方向拉金属棒 , 使之做匀加速运动 , 力 F 与时间 t 的关系为 F=(0.1t+1)N, 则下列说法正确的是 ( 　 　 ) A. 金属棒的加速度 a=1 m/s 2 B. 磁感应强度 B=5 T C. 当 F=3 N 时 , 电路消耗的电功率 P=60 W D. 若外力 F 的最大值为 5 N, 则金属棒运动所能达到的最大速度为 40 m/s AB 【 预测练 6】 (2018· 厦门模拟 ) 如图所示 , 足够长光滑的两平行金属导轨 , 间距为 L, 导轨平面与水平面成 θ 角 , 定值电阻大小为 R. 导轨上停放着一根质量为 m 、电阻为 r 的金属杆 CD, 导轨电阻不计 , 整个装置处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中 , 磁场方向垂直导轨平面向上 . 现用一垂直于金属杆 CD 的外力 F, 沿导轨斜面向上拉金属杆 , 使之由静止开始沿导轨向上做加速度为 a 的匀加速直线运动 , 并开始计时 . 试求 : (1) 推导外力 F 随时间 t 的变化关系 ; (2) 在时间 t 0 内通过电阻的电荷量 ; (3) 若时间 t 0 末 , 撤去拉力 F, 试分析并说明金属杆在撤力以后的速度、加速度的变化情况 . 答案 : (3) 上升阶段 , 金属杆做加速度减小的减速运动 ; 在下降阶段 , 金属杆先做加速度减小的加速运动 , 最后做匀速直线运动 . 备考跨越 构网络 练培优 网络构建 培优精练 【培优练1】 (2018·广西一模)(多选) 如图所示,在一足够大的水平向右匀强电场中,有一光滑绝缘水平面.将质量分别为m,M(mF 2 D.F 1 =F 2 AC 【 培优练 2】 (2018· 邯郸校级模拟 )( 多选 ) 如图所示 , 两根长直导线竖直平行固定放置 , 且与水平放置的光滑绝缘杆 MN 分别交于 c,d 两点 , 点 O 是 cd 的中点 , 杆 MN 上 a,b 两点关于 O 点对称 . 两导线均通有大小相等、方向向上的电流 , 已知长直导线在周围某点产生磁场的磁感应强度与电流成正比、与该点到导线的距离成反比 , 一带正电的小球穿在杆上 , 以初速度 v 0 从 a 点出发沿杆运动到 b 点 . 在 a,b,O 三点杆对小球的支持力大小分别为 F a ,F b ,F O . 下列说法可能正确的是 ( 　 　 ) A.F a >F O B.F b > F a C. 小球一直做匀速直线运动 D. 小球先做加速运动后做减速运动 ABC 解析 : 根据安培定则可知 , 从 a 点出发沿绝缘杆运动到 b 点 , aO 间的磁场方向垂直于纸面向里 ,Ob 间的磁场方向垂直于纸面向外 , 所以合磁场大小先减小 , 过 O 点后反向增大 , 根据左手定则可知 , 带正电的小球受到的洛伦兹力方向先向上 , 大小在减小 , 设小球质量为 m, 在 a 点 , 若 Bqv 0 >mg, 则有 F a =Bqv 0 -mg; 在 O 点 ,F O =mg, 所以有可能 F a >F O , 过 O 点后洛伦兹力的方向向下 , 大小在增大 . 由此可知 , 小球在运动方向不受力的作用 , 则将做匀速直线运动 , 而小球对杆的压力一直在增大 , 即 F b > F a , 选项 A,B,C 正确 ,D 错误 . 【培优练3】 (2018·湖北黄冈中学高三三模)(多选) 如图(甲)所示,AB,CD是间距为L=1 m的足够长的光滑平行金属导轨,导轨平面与水平面夹角为α,在虚线下方的导轨平面内存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场,导轨电阻不计,长为1 m的导体棒ab垂直AB,CD放置在导轨上,导体棒电阻R =1 Ω;AB,CD右侧连接一电路,已知灯泡L的规格是“3 V　3 W ”,定值电阻R 1 =10 Ω,R 2 =15 Ω,在t =0时,将导体棒ab从某一高度由静止释放,导体棒的速度 — 时间图像如图(乙)所示,其中OP段是直线,PM段是曲线,若导体棒沿导轨下滑12.5 m时,导体棒达到最大速度,并且此时灯泡L已正常发光,假设灯泡的电阻恒定不变,重力加速度g =10 m/s 2 ,则下列说法正确的是(　 　) A.α =30 ° B.匀强磁场的磁感应强度大小B 0 为2 T C.导体棒的质量为0.2 kg D.从导体棒静止释放至速度达到最大的过程中,通过电阻R 1 的电荷量为1 C AC 点击进入 专题限时检测