2018届高三物理(通用)二轮复习课件：专题四 第2讲 功能关系在电学中的应用

解析 S 闭合后，L1 两端的电压为 3.0 V，由乙图可知，I1＝ 0.25 A，故 P1＝0.75 W，R1＝12 Ω，A、B 均错；L2 与 R 及电源 串联，把 R 和电源等效成电动势为 3 V，内阻为 7.5 Ω 的新电源， 在图乙中作出新电源的 I-U 图线，如图，两图线的交点表示出了 此时 L2 两端的电压与通过的电流的大 小，由图知 U2＝1.5 V，I2＝0.2 A，所 以 R2＝UI22＝10..52 Ω＝7.5 Ω，P2＝U2I2 ＝1.5×0.2 W＝3 W，C、D 正确．
3．交流电“四值”的应用 (1)最大值：分析电容器的耐压值． (2)瞬时值：计算闪光电器的闪光时间、线圈某时刻的受力情 况． (3)有效值：电表的读数及计算电热、电功、电功率及保险丝 的熔断电流． (4)平均值：计算通过电路截面的电荷量．
命题视角 考向 1 交变电流的“四值” [例 4] (多选)在垂直纸面向里的方向上 有一范围足够大的匀强磁场，一单匝矩形线圈 垂直于磁场放置，t＝0 时刻线圈由图示的位置 开始以线圈的 cd 边为轴匀速转动，周期为 T， 角速度为 ω，当经过1T2时线圈中的感应电流大 小为 I，已知线圈的总电阻为 R，线圈的面积为 S.则下列说法正 确的是( BCD )
2. (2017·湖南衡阳二模)(多选)如图所示的电路中，电源的电 动势 E 和内阻 r 一定，A、B 为平行板电容器的两块正对金属板， R1 为光敏电阻．当 R2 的滑动触头 P 在 a 端时，闭合开关 S，此时 电流表 A 和电压表 V 的示数分别为 I 和 U.以下说法正确的是 ( BD )
电阻与电源内阻的关系未知，无法确定电源的输出功率如何变化，
故 D 错误．
答案 A
1．闭合电路动态变化的原因 (1)当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时，电路的总电阻 一定增大(或减小)． (2)若电键的通断使串联的用电器增多，总电阻增大；若电键 的通断使并联的支路增多，总电阻减小． (3)热敏电阻或光敏电阻的阻值变化．

专题5 功能关系在电磁学中的应用【2018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．【重点、难点剖析】一、电场中的功能关系的应用1.电场力的大小计算电场力做功与路径无关．其计算方法一般有如下四种．(1)由公式W＝Fl cos α计算，此公式只适用于匀强电场，可变形为W＝Eql cos α.(2)由W＝qU计算，此公式适用于任何电场．(3)由电势能的变化计算：W AB＝E p A－E p B.(4)由动能定理计算：W电场力＋W其他力＝ΔE k.2．电场中的功能关系(1)若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变．(2)若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变．(3)除重力、弹簧弹力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化．(4)所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化．二、磁场中的功能关系的应用1.磁场力的做功情况(1)洛伦兹力在任何情况下对运动电荷都不做功．(2)安培力对通电导线可做正功、负功，还可能不做功，其计算方法一般有如下两种①由公式W＝Fl cos α计算．②由动能定理计算：W安＋W其他力＝ΔE k2．电磁感应中的功能关系(1)电磁感应电路为纯电阻电路时产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即Q＝W克安(2)电磁感应发生的过程遵从能量守恒．焦耳热的增加量等于其他形式能量的减少量．【题型示例】题型1、电场中的功能关系的应用【例1】【2017·新课标Ⅰ卷】在一静止点电荷的电场中，任一点的电势与该点到点电荷的距离r的关系如图所示。

电场中四个点a、b、c和d的电场强度大小分别E a、E b、E c和E d。

R1 R2 I= E
R外 r 由以上各式可得,a1=5 m/s2.
答案:(1)5 m/s2
(2)若导体棒ab进入磁场Ⅱ后,棒中的电流大小始终保持不变,求磁场Ⅰ和 Ⅱ之间的距离h;
解析:(2)导体棒进入磁场Ⅱ后,安培力等于重力,导体棒做匀速运动,导体棒中电流大 小始终保持不变. mg=BI′L I′= E
【典例1】 一电荷量为q(q>0)、质量为m的带电粒子在匀强电场的作用下,在 t=0时由静止开始运动,场强随时间变化的规律如图所示,不计重力.求在t=0到 t=T的时间间隔内
(1)粒子位移的大小和方向;
解析:(1)带电粒子在 0～ T , T ～ T , T ～ 3T , 3T ～T 时间间隔内做匀变速运动,设 44 22 4 4
A.物块在4 s内位移是6 m B.物块的质量是2 kg C.物块与水平桌面间动摩擦因数是0.2 D.物块在4 s内电势能减少了18 J
解析:物块在 4 s 内位移为 x= 1 ×2×(2+4)m=6 m,选项 A 正确;由图可知,前 2 s 物块做 2
匀加速直线运动,由牛顿第二定律有 qE1-μmg=ma,由图线知加速度为 a=1 m/s2,1 s 后物 块做匀速运动,由平衡条件有 qE2=μmg,联立解得 q(E1-E2)=ma,由图可得 E1=3×104 N/C, E2=2×104 N/C,代入数据解得 m=1 kg,由 qE2=μmg 可得μ=0.2,选项 B 错误,C 正确;物块
答案:(2) T 4
【预测练习1】 (2017·山西长治模拟)(多选)在绝缘水平桌面(桌面足够大)上 方充满平行桌面的电场,其电场强度E随时间t的变化关系如图所示,小物块电 荷量为q=+1×10-4 C,将其放在该水平桌面上并由静止释放,小物块速度v与时 间t的关系图像如图所示,重力加速度g取10 m/s2,则下列说法正确的是( AC )

第三讲功能关系在电学中的应用[知识建构][备考点睛]1．两种功能关系(1)电场力做功与电势能的关系W电＝－ΔE p.(2)克服安培力做功与电势能的关系：W克安＝ΔE电．2．一个易错点洛伦兹力对运动电荷不做功，但洛伦兹力的分力可以做功.热点考向一动力学观点和能量观点在电磁场中的应用【典例】如图所示，一足够长的固定斜面，倾角θ＝30°.质量为M＝0.2 kg的绝缘长板A，以初速度v0＝3 m/s，沿斜面匀速下滑．空间有一沿斜面向下的匀强电场，电场强度E＝2.5×102 N/C.质量为m＝0.1 kg，电量为q ＝＋4×10－4 C的光滑小物块B，轻放在A板表面最上端．此后经时间t＝0.1 s，撤去电场，当物块速度为v＝8 m/s 时，恰好离开板A，求：(1)撤去电场时，物块B的动能E k B和0.1 s内的电势能变化量ΔE p.(2)撤去电场时，板A的速度v A.(3)物块B在板A上运动的全过程，系统发热Q.电场中的功能关系功能迁移一电场中的功能关系1．(多选)质量为m的带正电小球由空中A点无初速度自由下落．t秒末，在小球下落的空间中，加上竖直向上、范围足够大的匀强电场．再经过t秒，小球又回到A点，不计空气阻力且小球从未落地，重力加速度为g，则()A．小球所受电场力的大小是4mg B．小球回到A点时的动能是mg2t2C．从A点到最低点的距离是23gt2D．从A点到最低点，小球的电势能增加了mg2t2迁移二电磁场中的功能关系2．如图所示，一带正电小球穿在一根绝缘粗糙直杆上，杆与水平方向夹角为θ，整个空间存在着竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，先给小球一初速度，使小球沿杆向下运动，在A点时的动能为100 J，在C点时动能减为零，D为AC的中点，那么带电小球在运动过程中()A．到达C点后小球不可能沿杆向上运动B．小球在AD段克服摩擦力做的功与在DC段克服摩擦力做的功不等C．小球在D点时的动能为50 JD．小球电势能的增加量等于重力势能的减少量伦兹力不做功，但是洛伦兹力会随v变化，导致支持力和摩擦力变化，从而会影响摩擦做功的大小.热点考向二动力学观点和能量观点在电磁感应中的应用【典例】将一斜面固定在水平面上，斜面的倾角为θ＝30°，其上表面绝缘且斜面的顶端固定一挡板，在斜面上加一垂直斜面向上的匀强磁场，磁场区域的宽度为H＝0.4 m，如图甲所示，磁场边界与挡板平行，且上边界到斜面顶端的距离为x＝0.55 m．将一通电导线围成的矩形导线框abcd置于斜面的底端，已知导线框的质量为m＝0.1 kg、导线框的电阻为R＝0.25 Ω、ab的长度为L＝0.5 m．从t＝0时刻开始在导线框上加一恒定的拉力F，拉力的方向平行于斜面向上，使导线框由静止开始运动，当导线框的下边与磁场的上边界重合时，将恒力F撤走，最终导线框与斜面顶端的挡板发生碰撞，碰后导线框以等大的速度反弹，导线框沿斜面向下运动．已知导线框向上运动的v－t图像如图乙所示，导线框与斜面间的动摩擦因数为μ＝33，整个运动过程中导线框没有发生转动，且始终没有离开斜面，g＝10 m/s2.(1)求在导线框上施加的恒力F以及磁感应强度的大小；(2)若导线框沿斜面向下运动通过磁场时，其速度v与位移s的关系为v＝v0－B2L2mR s，其中v0是导线框ab边刚进入磁场时的速度大小，s为导线框ab边进入磁场区域后对磁场上边界的位移大小，求整个过程中导线框中产生的热量Q.1.如下图所示，两条光滑的金属导轨相距L＝1 m，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有垂直于水平面和斜面的匀强磁场B1和B2，且B1＝B2＝0.5 T．ab和cd是质量均为m＝0.1 kg、电阻均为R＝4 Ω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．(sin37°＝0.6，g取10 m/s2)(1)求流过cd棒的电流I cd随时间t变化的函数关系；(2)求ab棒在水平导轨上运动的速度v ab随时间t变化的函数关系；(3)求从t＝0时刻起，1.0 s内通过ab棒的电荷量q；(4)若t＝0时刻起，1.0 s内作用在ab棒上的外力做功为W＝16 J，求这段时间内cd棒产生的焦耳热Q cd.功能关系在力学和电磁感应中应用时的“三同三异”。