专题四 第2讲 功能关系在电学中的应用-【成功方案】2024年高考物理艺术生文化课总复习教师用书(Word)

第2讲　功能关系在电学中的应用 1．静电力做功与__路径__无关。若电场为匀强电场，则W＝Flcos α＝Eqlcos α；若是非匀强电场，则一般利用W＝__qU__来求。 2．磁场力又可分为洛伦兹力和安培力。洛伦兹力在任何情况下对运动的电荷都__不做功__；安培力可以做正功，可以做负功。还可以不做功。 3．电流做功的实质是电场对__移动电荷__做功，即W＝UIt＝__Uq__。 4．导体棒在磁场中切割磁感线时，棒中感应电流受到的安培力对导体棒做__负__功，使机械能转化为__电__能。 5．静电力做的功等于__电势能__的变化，即WAB＝－ΔEp。 【规律方法】 1．功能关系在电学中应用的题目，一般过程复杂且涉及多种性质不同的力，因此，通过审题，抓住__受力分析__和运动过程分析是关键，然后根据不同的运动过程中各力做功的特点来选择相应规律求解。 2．动能定理和能量守恒定律在处理电学中能量问题时仍然是首选的方法。 高考题型1　几个重要的功能关系在电学中的应用 【例1】　 (多选)A、B两物体质量均为m，其中A带正电，电荷量为＋q，B不带电，通过劲度系数为k的绝缘竖直轻质弹簧相连放在水平面上，如图所示，开始时A、B都处于静止状态。现在施加竖直向上的匀强电场，电场强度E＝，式中g为重力加速度，若不计空气阻力，不考虑A物体电荷量的变化，则以下判断正确的是(　　) A．刚施加电场的瞬间，A的加速度大小为2g B．从施加电场开始到B刚要离开地面的过程中，A物体速度大小一直增大 C．从施加电场开始到B刚要离开地面的过程中，A物体的机械能增加量始终等于A物体电势能的减少量 D．B刚要离开地面时，A的速度大小为2g [答案]　ABD [解析]　在未施加电场时，A物体处于平衡状态，当施加电场的瞬间，A物体受到的合力为A所受的电场力，故qE＝ma，解得a＝2g，方向向上，故A正确；B刚要离开地面时，地面对B弹力为0，即F弹＝mg，对A物体Eq＝mg＋F弹，即A物体所受合力为0，因此从施加电场开始到B刚要离开地面过程，A物体做加速度逐渐变小的加速运动，即A物体速度大小一直增大，故B正确；从施加电场开始到弹簧恢复原长的过程，A物体的机械能增加量等于电势能的减少量与弹性势能的减少量之和，从弹簧恢复原长到B刚要离开地面的过程，A物体的机械能增加量等于电势能的减少量与弹性势能的增加量之差，故C错误；当B刚要离开地面时，此时B受到弹簧的弹力等于B的重力，从施加电场到B离开地面，弹簧的弹力做功为零，A上升的距离为x＝，根据动能定理可知qEx－mgx＝mv2，解得v＝2g，故D正确。 【技巧点拨】 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，其他各力对系统做的功等于系统机械能的变化。 4．所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化。 5．洛伦兹力对运动电荷不做功。 1．(多选)如图所示，在水平向右的匀强电场中，质量为m可看成质点的带电小球以初速度v从M点竖直向上抛出通过N点时，速度大小为v，方向与电场方向相反。若MN连线与水平方向夹角为45°，则小球从M点运动到N点的过程中(　　) A．小球的动能先减小再增大 B．小球的机械能先增大再减小 C．小球的重力大小一定等于电场力大小 D．小球的电势能一定逐渐增大 [答案]　AC [解析]　由题意可知，电场力对小球做正功，则小球的电势能一直减小，除了重力之外的其他力对小球做正功，则小球的机械能一直增加，故BD错误；根据几何关系知：小球竖直方向速度减为零的位移和水平方向速度增加到v的位移相等，根据位移速度关系v2＝2ax可得竖直方向的加速度和水平方向加速度相等，可得ax＝ay又max＝mg，may＝qE可得mg＝qE，故C正确；根据动能定理Ek－Ek0＝－mgy＋qEx，得Ek＝－mgy＋qEx＋Ek0 ，竖直方向做初速度为v的匀减速直线运动，水平方向做初速度为零的匀加速直线运动，开始重力做的负功大于电场力做的正功，竖直方向速度和水平方向速度相等后，电场力做的正功大于重力所做负功，所以动能先减小后增大，故A正确。故选AC。 2．(多选)如图甲所示，一质量m＝0.5 kg、电荷量q＝＋1×10－2C的物块静止在绝缘的粗糙水平面上，在物块所在的足够大的空间内，加一与水平方向成θ＝37°、斜向右下的匀强电场，电场强度E＝1×103 V/m。物块在电场力的作用下开始运动。物块运动后还受到空气阻力，其大小与速度的大小成正比。物块的加速度a与时间t的关系如图乙所示。已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，重力加速度g取10 m/s2。以下判断正确的是(　　) A．物块与水平面间的动摩擦因数μ＝ B．t＝2 s时物块的动能为5