【創(chuàng)新設(shè)計(jì)】（浙江專用）高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題提升訓(xùn)練 第5講 功能關(guān)系在電磁學(xué)中的應(yīng)用(1).doc

第5講功能關(guān)系在電磁學(xué)中的應(yīng)用一、單項(xiàng)選擇題1如圖2510所示，勻強(qiáng)電場(chǎng)e方向水平向左，帶有正電荷的物體沿絕緣水平面向右運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)a點(diǎn)時(shí)動(dòng)能是100 j，經(jīng)過(guò)b點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能是a點(diǎn)的，減少的動(dòng)能有轉(zhuǎn)化成電勢(shì)能，那么，當(dāng)它再次經(jīng)過(guò)b點(diǎn)時(shí)動(dòng)能為()圖2510a4 j b8 j c16 j d20 j解析物體在運(yùn)動(dòng)中受到的電場(chǎng)力與滑動(dòng)摩擦力均不變由題意得ekb100 j20 j由w電wfek，w電ek，得wfek.當(dāng)由b點(diǎn)減速為0時(shí)，wf1ekb20 j8 j由b點(diǎn)向右，再返回到b點(diǎn)，整個(gè)過(guò)程由動(dòng)能定理分析得：28ekbekb得ekb16204 j，a項(xiàng)正確答案a2如圖2511所示，空間有與水平方向成角的勻強(qiáng)電場(chǎng)一個(gè)質(zhì)量為m的帶電小球，用長(zhǎng)為l的絕緣細(xì)線懸掛于o點(diǎn)當(dāng)小球靜止時(shí)，細(xì)線恰好處于水平位置現(xiàn)用一個(gè)外力將小球沿圓弧緩慢地拉到最低點(diǎn)，此過(guò)程小球的電荷量不變則該外力做的功為()圖2511amglcot bmgltan c. dmgl解析取小球受力分析如圖，由平衡條件得eq與mg的合力fmgcot .當(dāng)用外力將小球沿圓弧緩慢移到最低點(diǎn)的過(guò)程中：繩子拉力不做功，w外wfek0，即w外mgcot l0，得w外mgcot l，a項(xiàng)正確答案a3如圖2512所示，質(zhì)量為m的金屬線框a靜置于光滑平面上，通過(guò)細(xì)繩跨過(guò)定滑輪與質(zhì)量為m的物體b相連，圖中虛線內(nèi)為一水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)，d表示a與磁場(chǎng)左邊界的距離，不計(jì)滑輪摩擦及空氣阻力，設(shè)b下降h(hd)高度時(shí)的速度為v，則以下關(guān)系中成立的是()圖2512av2ghbv22ghca產(chǎn)生的熱量qmghmv2da產(chǎn)生的熱量qmghmv2解析對(duì)系統(tǒng)由動(dòng)能定理得mghw電(mm)v2，w電mghmv2，a產(chǎn)生的熱量qw電mghmv2，選項(xiàng)c正確答案c4如圖2513所示，一個(gè)帶正電的小球穿在一根絕緣的粗糙直桿ac上，桿與水平方向成角，整個(gè)空間存在著豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直于桿方向斜向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)小球沿桿向下運(yùn)動(dòng)，在a點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為100 j，在c點(diǎn)時(shí)動(dòng)能減為零，d為ac的中點(diǎn)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，則()圖2513a小球在d點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為50 jb小球電勢(shì)能的增加量一定等于重力勢(shì)能的減少量c到達(dá)c點(diǎn)后小球可能沿桿向上運(yùn)動(dòng)d小球在ad段克服摩擦力做的功與小球在dc段克服摩擦力做的功相等解析小球做減速運(yùn)動(dòng)，f洛將減小球與桿的彈力將變小，所受摩擦力也將變小，合力為變力根據(jù)f合xek可知a錯(cuò)誤；重力勢(shì)能的減少量等于電勢(shì)能和內(nèi)能增量之和，b錯(cuò)誤；若電場(chǎng)力大于重力，小球可能沿桿向上運(yùn)動(dòng)，c正確由于摩擦力為變力，d錯(cuò)誤答案c5如圖2514所示，帶電平行板中勻強(qiáng)電場(chǎng)方向豎直向下，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向水平向里，一帶電小球從光滑絕緣軌道上的a點(diǎn)自由滑下，經(jīng)過(guò)軌道端點(diǎn)p進(jìn)入板間恰好沿水平方向做直線運(yùn)動(dòng)現(xiàn)使球從軌道上較低的b點(diǎn)開始滑下，經(jīng)p點(diǎn)進(jìn)入板間，在之后運(yùn)動(dòng)的一小段時(shí)間內(nèi) ()圖2514a小球的重力勢(shì)能一定會(huì)減小b小球的機(jī)械能可能不變c小球的電勢(shì)能一定會(huì)減小d小球動(dòng)能可能減小解析若小球帶正電q，當(dāng)小球做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，它所受向下的重力mg加上向下的電場(chǎng)力qe等于向上的洛倫茲力qvb，若它從軌道上較低的b點(diǎn)滑下，經(jīng)過(guò)p時(shí)的速度要小于v，則它在之后的一小段時(shí)間內(nèi)要向下方偏轉(zhuǎn)，洛倫茲力不做功，重力和電場(chǎng)力都做正功，速度增大，洛倫茲力也增大，動(dòng)能也增大；若小球帶負(fù)電q，當(dāng)小球做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，它所受向下的重力mg加上向下的洛倫茲力qvb等于向上的電場(chǎng)力qe，若它從軌道上較低的b點(diǎn)滑下，經(jīng)過(guò)p時(shí)的速度要小于v，則它在之后的一小段時(shí)間內(nèi)要向上方偏轉(zhuǎn)，洛倫茲力不做功，重力做負(fù)功而電場(chǎng)力做正功，速度增大，洛倫茲力也增大，動(dòng)能也增大可知只有選項(xiàng)c正確答案c二、多項(xiàng)選擇題6如圖2515所示，、是豎直平面內(nèi)三個(gè)相同的半圓形光滑絕緣軌道，k為軌道最低點(diǎn)，處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，和處于勻強(qiáng)電場(chǎng)中，三個(gè)完全相同的帶正電小球a、b、c從軌道最高點(diǎn)自由下滑至第一次到達(dá)最低點(diǎn)k的過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的有()圖2515a在k處，球b速度最大b在k處，球c對(duì)軌道壓力最大c球b需時(shí)最長(zhǎng)d球c機(jī)械能損失最多解析從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)，合力對(duì)c球做正功，對(duì)b球做負(fù)功，對(duì)a球不做功，根據(jù)動(dòng)能定理可知在k處球c動(dòng)能最大，速度最大，a錯(cuò)；求出最低點(diǎn)動(dòng)能后，由左手定則判斷a球洛倫茲力的方向豎直向上，在k處列向心力方程可得在k處球c對(duì)軌道壓力最大，b對(duì)；任一高度處根據(jù)動(dòng)能定理可知，b球速度最小，即b球全程平均速率最小，路程一定時(shí)，b球運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)，c對(duì)；對(duì)球c，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小，機(jī)械能增加，d錯(cuò)答案bc7一帶電粒子射入一固定的正點(diǎn)電荷q的電場(chǎng)中，沿如圖2516所示的虛線由a點(diǎn)經(jīng)b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)，b點(diǎn)離q最近若不計(jì)重力，則 ()圖2516a帶電粒子帶正電荷b帶電粒子到達(dá)b點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大c帶電粒子從a到b電場(chǎng)力對(duì)其做正功d帶電粒子從b到c電勢(shì)能減小解析從軌跡可知，粒子受到排斥力作用，所以粒子帶正電，選項(xiàng)a正確粒子從a到b電場(chǎng)力對(duì)其做負(fù)功，動(dòng)能減少，電勢(shì)能增大；從b到c電場(chǎng)力對(duì)其做正功，動(dòng)能增大，電勢(shì)能減少，故粒子在b點(diǎn)動(dòng)能最小，電勢(shì)能最大，所以選項(xiàng)b、c錯(cuò)誤，d正確答案ad8如圖2517所示，豎直平面內(nèi)有一固定的光滑橢圓大環(huán)，其長(zhǎng)軸長(zhǎng)bd4l、短軸長(zhǎng)ac2l，勁度系數(shù)為k的輕彈簧上端固定在大環(huán)的中心o，下端連接一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q、可視為質(zhì)點(diǎn)的小環(huán)，小環(huán)剛好套在大環(huán)上且與大環(huán)及彈簧絕緣，整個(gè)裝置處在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，將小環(huán)從a點(diǎn)由靜止釋放，小環(huán)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)時(shí)速度恰好為0.已知小環(huán)在a、b兩點(diǎn)時(shí)彈簧的形變量大小相等，則()圖2517a小環(huán)從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的過(guò)程中，彈簧的彈性勢(shì)能一直增大b小環(huán)從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的過(guò)程中，小環(huán)的電勢(shì)能一直減小c電場(chǎng)強(qiáng)度的大小ed小環(huán)在a點(diǎn)時(shí)受到大環(huán)對(duì)它的彈力大小fmgkl解析由于小環(huán)在a、b兩點(diǎn)時(shí)彈簧的形變量相等，又由于oal、ob2l，則小環(huán)在a點(diǎn)時(shí)彈簧應(yīng)該處于壓縮狀態(tài)，小環(huán)在b點(diǎn)時(shí)彈簧應(yīng)該處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，則小環(huán)從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的過(guò)程中，彈簧的彈性勢(shì)能先減小后增大，故a選項(xiàng)錯(cuò)誤；將小環(huán)從a點(diǎn)由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的速度恰好為0可以判斷出小環(huán)帶正電，又根據(jù)沿著電場(chǎng)線的方向電勢(shì)逐漸降低，根據(jù)電勢(shì)能與電勢(shì)的關(guān)系q可知：小環(huán)從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的過(guò)程中，小環(huán)的電勢(shì)能逐漸減小，故b選項(xiàng)正確；由于小環(huán)在a、b兩點(diǎn)的彈簧的形變量相等，即彈簧的彈性勢(shì)能相等，小環(huán)從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的過(guò)程中，根據(jù)能量守恒定律可得mgl2qel，解得e，故c選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)平衡條件可得小環(huán)在a點(diǎn)時(shí)受到大環(huán)對(duì)它的彈力大小為fkxmg，又小環(huán)在a、b兩點(diǎn)時(shí)彈簧的形變量相等可得l0xl和l0x2l，解得fmg，故d選項(xiàng)正確答案bd9如圖2518所示，長(zhǎng)為l，傾角為的光滑絕緣斜面處于勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一帶電荷量為q、質(zhì)量為m的小球，以初速度v0由斜面底端的a點(diǎn)開始沿斜面上滑，到達(dá)斜面頂端的速度仍為v0.則下列說(shuō)法正確的是 ()圖2518a小球在b點(diǎn)的電勢(shì)能一定大于小球在a點(diǎn)的電勢(shì)能b由上述條件可以求得a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)差c電場(chǎng)方向與ac垂直時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度最大d電場(chǎng)方向與斜面平行時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度最小解析小球從a到b動(dòng)能不變，重力勢(shì)能增加量等于電勢(shì)能減小量，所以a錯(cuò)誤由于重力做功與電場(chǎng)力做功大小相等，所以mghquab，ab兩點(diǎn)間電勢(shì)差uab，b正確小球受重力、斜面的支持力和電場(chǎng)力作用，當(dāng)電場(chǎng)力與重力沿斜面的分力相等，電場(chǎng)力沿垂直斜面方向的分力、重力沿垂直斜面方向的分力和支持力平衡時(shí)，小球就會(huì)做勻速運(yùn)動(dòng)，所以當(dāng)電場(chǎng)力沿斜面向上時(shí)電場(chǎng)力有最小值，而電場(chǎng)力沒(méi)有最大值，所以c錯(cuò)誤，d正確答案bd10如圖2519所示，處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩根足夠長(zhǎng)、電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌相距l(xiāng)1 m，導(dǎo)軌平面與水平面成37角，下端連接阻值r2 的電阻勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直質(zhì)量m0.2 kg、電阻r1 的金屬棒放在兩導(dǎo)軌上棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，它們之間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.25(設(shè)最大靜摩擦力大小等于滑動(dòng)摩擦力大小)當(dāng)金屬棒由靜止下滑60 m時(shí)速度達(dá)到穩(wěn)定，電阻r消耗的功率為8 w，金屬棒中的電流方向由a到b，則下列說(shuō)法正確的是(g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)()圖2519a金屬棒沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑時(shí)加速度a的大小為4 m/s2b金屬棒達(dá)到穩(wěn)定時(shí)速度v的大小為10 m/sc磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度b的大小為0.4 td金屬棒由靜止到穩(wěn)定過(guò)程中電阻r上產(chǎn)生的熱量為25.5 j解析金屬棒開始下滑時(shí)不受安培力，由牛頓第二定律得agsin gcos 4 m/s2，選項(xiàng)a正確速度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)合力為零，mgcos mgsin ，得0.8 n，由已知8 w得v15 m/s，選項(xiàng)b錯(cuò)誤根據(jù)左手定則可得，磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面向上，由0.8 n，將v15 m/s代入得b0.4 t，選項(xiàng)c正確根據(jù)能量守恒，產(chǎn)生的總焦耳熱量為qmgxsin mv2mgxcos 25.5 j，r上產(chǎn)生的熱量為qrq17 j，選項(xiàng)d錯(cuò)誤答案ac三、非選擇題11如圖2520所示，在e103 v/m的豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，有一光滑的半圓形絕緣軌道qpn與一水平絕緣軌道m(xù)n連接，半圓形軌道平面與電場(chǎng)線平行，p為qn圓弧的中點(diǎn)，其半徑r40 cm，一帶正電荷q104 c的小滑塊質(zhì)量m10 g，與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.15，位于n點(diǎn)右側(cè)1.5 m處，取g10 m/s2，求：圖2520(1)要使小滑塊恰能運(yùn)動(dòng)到半圓軌道的最高點(diǎn)q，則小滑塊應(yīng)以多大的初速度v0向左運(yùn)動(dòng)？(2)這樣運(yùn)動(dòng)的滑塊通過(guò)p點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力是多大？解析設(shè)小滑塊到達(dá)q點(diǎn)的速度為v，在q點(diǎn)由牛頓第二定律得：mgqem，小滑塊從開始運(yùn)動(dòng)至到達(dá)q點(diǎn)的過(guò)程中，由動(dòng)能定理得：mg2rqe2r(mgqe)xmv2mv，聯(lián)立解得v07 m/s.(2)設(shè)小滑塊到達(dá)p點(diǎn)的速度為v，則從開始運(yùn)動(dòng)至到達(dá)p點(diǎn)的過(guò)程中，由動(dòng)能定理得：(qemg)x(mgqe)rmv2mv，在p點(diǎn)有：fnm，代入數(shù)據(jù)得fn0.6 n.答案(1)7 m/s(2)0.6 n12如圖2521所示，一根質(zhì)量為m的金屬棒mn水平放置在兩根豎直的光滑平行金屬導(dǎo)軌上，并始終與導(dǎo)軌保持良好接觸，導(dǎo)軌間距為l，導(dǎo)軌下端接一阻值為r的電阻，其余電阻不計(jì)在空間內(nèi)有垂直于導(dǎo)軌平面的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小只隨豎直方向位移y變化，變化規(guī)律bky，k為大于零的常量質(zhì)量m4m的物體靜止在傾角30的光滑斜面上，并通過(guò)輕質(zhì)光滑定滑輪和絕緣細(xì)繩與金屬棒相連接當(dāng)金屬棒沿y軸方向從y0位置由靜止開始向上運(yùn)