专题06 动量和能量观点在电磁学中的应用-备战2021届高考物理二轮复习题型专练

专题06　动量观点和能量观点在电磁学中的应用 【要点提炼】 一、电势能变化的规律 1.电场力做正功(负功)，电势能减小(增大)；正电荷在电势高处电势能大，负电荷在电势低处电势能大。 2.电场力做功的过程是电势能和其他形式的能相互转化，而能量总和应保持不变。 (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。 二、电磁感应中的功能关系 eq \x(\a\al(其他形式,的能量)) eq \o(――→,\s\up7(克服安培,力做功)) eq \x(电能) eq \o(――→,\s\up7(电流做功)) eq \x(\a\al(焦耳热或其他,形式的能量)) 三、备考策略 1.洛伦兹力对运动电荷不做功。 2.安培力可做正功，也可做负功。 3.力学中的三大观点(动力学、动量、能量观点)仍是解决力电综合问题首选的方法。 【方法指导】 一、电磁感应中求解焦耳热的三种方法 二、电磁感应中动力学问题的“两分析、两状态” 1.分析受力情况、分析运动情况 (1)导体切割磁感线运动产生感应电动势，在电路中产生感应电流，导体在磁场中受安培力，安培力将阻碍导体运动。 (2)安培力一般是变力，导体做切割磁感线运动的加速度发生变化，当加速度为零时，导体达到稳定状态，最后做匀速直线运动。 2.两种状态的处理方法 (1)导体处于平衡状态——根据导体所受合力等于零列式分析。 (2)导体处于非平衡状态——根据牛顿第二定律、动量定理进行动态分析或结合功能关系分析。 命题点一：　应用能量观点解决力电综合问题 考向一　电场中的功能关系 【典例1】 (多选)图1中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面，已知平面b上的电势为2 V。一电子经过a时的动能为10 eV，从a到d的过程中克服电场力所做的功为6 eV。下列说法正确的是(　　) A.平面c上的电势为零 B.该电子可能到达不了平面f C.该电子经过平面d时，其电势能为4 eV D.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍 （图1） 【解析】　电子在等势面b时的电势能为Ep＝qφ＝－2 eV，电子由a到d的过程电场力做负功，电势能增加6 eV，由于相邻两等势面之间的距离相等，故相邻两等势面之间的电势差相等，则电子由a到b、由b到c、由c到d、由d到f电势能均增加2 eV，则电子在等势面c的电势能为零，等势面c的电势为零，A正确；由以上分析可知，电子在等势面d的电势能应为2 eV，C错误；电子在等势面b的动能为8 eV，电子在等势面d的动能为4 eV，由公式Ek＝eq \f(1,2)mv2可知，该电子经过平面b时的速率为经过平面d时速率的eq \r(2)倍，D错误；如果电子的速度与等势面不垂直，则电子在该匀强电场中做曲线运动，所以电子可能到达不了平面f就返回平面a，B正确。 【答案】　AB 考向二　能量观点在电磁场中的应用 【典例2】 如图2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 J D.小球电势能的增加量等于重力势能的减少量 （图2） 【解析】　如果电场力大于重力，则速度减为零后小球可能沿杆向上运动，选项A错误；小球受重力、电场力、洛伦兹力、弹力和滑动摩擦力，由于F洛＝qvB，故洛伦兹力减小，导致支持力和滑动摩擦力变化，故小球在AD段克服摩擦力做的功与在DC段克服摩擦力做的功不等，选项B正确；由于小球在AD段克服摩擦力做的功与在DC段克服摩擦力做的功不等，故小球在D点时的动能也就不一定为50 J，选项C错误；该过程是小球的重力势能、电势能、动能和系统的内能之和守恒，故小球电势能的增加量不等于重力势能的减少量，选项D错误。 【答案】　B 考向三　动力学观点和能量观点在电磁感应中的应用 【典例3】 小明设计的电磁健身器的简化装置如图3所示，两根平行金属导轨相距l＝0.50 m，倾角θ＝53°，导轨上端串接一个R＝0.05 Ω 的电阻。在导轨间长d＝0.56 m的区域内，存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度B＝2.0 T。质量m＝4.0 kg 的金属棒CD水平置于导轨上，用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连。CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距s＝0.24 m。一位健身者用恒力F＝80 N拉动GH杆，CD棒由静