力電綜合問題思路研究分析

#/6力電綜合問題思路分析力、電綜合題的解答過程中，出現(xiàn)的失誤突出表現(xiàn)為：（1）不能對帶電體進(jìn)行全面的受力情況分析，常出現(xiàn)漏力的情況，導(dǎo)致錯誤.（2）面對帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動，不能具體問題具體分析，受思維定勢的影響，生搬硬套重力場中物體運(yùn)動的規(guī)律導(dǎo)致錯誤.（3）對力學(xué)中規(guī)律（牛頓第二定律、動量定理、動能定理、動量守恒定律等）在場中的適用性感到困惑，不能據(jù)帶電粒子的受力及運(yùn)動情況靈活選擇力學(xué)規(guī)律求解.考題實(shí)例如圖所示，虛線框 內(nèi)為一矩形勻強(qiáng)磁場區(qū)域， 磁場方向垂直于紙面;實(shí)線框abcd是一正方形導(dǎo)線框，ab邊與邊平行若將導(dǎo)線框勻速地拉離磁場區(qū)域，以?表示沿平行于的方向拉出過程中外力所做的功，2表示以同樣速率沿平行于的方向拉出過程中外力所做的功，則]=2 2=2] 圖1-11=22 2=4]圖1-2如圖 甲所示一對平行光滑軌道放置在水平面上，兩軌道間距，電阻Q；有一導(dǎo)體桿靜止地放在軌道上，與兩軌道垂直，桿及軌道的電阻皆可忽略不計(jì)，整個裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度 T的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直軌道面向下現(xiàn)在一外力沿軌道方向拉桿，使之做勻加速運(yùn)動，測得力與時(shí)間的關(guān)系如圖乙所示求桿的質(zhì)量和加速度精選例題[例]如圖所示，已經(jīng)充電的平行板電容器的極板相距為，在板上有個小孔，電容器固定在一絕緣底座上靜置在光滑水平面上，總質(zhì)量為有一質(zhì)量為的帶正電的鉛丸對準(zhǔn)小孔水平向左運(yùn)動（重力不計(jì)），鉛丸進(jìn)入電容器后，距左板最小距離為 ，此時(shí)電容器移動的距離命題意圖：考查考生綜合分析能力級要求 團(tuán)?圖1-錯解分析：考生缺乏對整個物理過程的深入剖析，難以挖掘帶電鉛丸與左板距離最小時(shí)速度相等"這一隱含條件，從而無法據(jù)動量守恒定律及動能定理切入求解如解題方法與技巧：設(shè)鉛丸帶電量為q,初速度為。，電容器中場強(qiáng)為當(dāng)鉛丸進(jìn)入電容器時(shí)，電容器中的電場對鉛丸的電場力做功，使鉛丸做勻減速運(yùn)動，速度減小，而鉛丸對電容器的作用力對電容器做功，電容器向左加速運(yùn)動，速度增大，當(dāng)鉛丸離左極板距離為d/2時(shí)，鉛丸和極板共速，其速度為，電容器移動距離為s,鉛丸和電容器相互作用的過程中，系統(tǒng)水平方向動量守恒，即：0=（+）由動能定理得電場力對做的功為TOC\o"1-5"\h\z—Eq?（s+）=2— 2電場力對做的功為 =2所以有一=（+）2— 20所以s=?［例］如圖所示，在豎直放置的兩條平行光滑長導(dǎo)軌的上端，接有一個電容為、擊穿電壓為U的電容器，有一勻強(qiáng)磁場與導(dǎo)軌平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度為現(xiàn)在有一根質(zhì)量為、長為的金屬桿ef在=0時(shí)以初速度。沿導(dǎo)軌下滑問：金屬桿e下滑多長時(shí)間電容器就被擊穿假設(shè)圖中任何部分的電阻均可忽略不計(jì) 閉?/圖1-4命題意圖：考查考生綜合分析能力及實(shí)際應(yīng)用能力級要求錯解分析：對題目中呈現(xiàn)的物理過程缺乏細(xì)致的綜合分析,弄不清過程中充電電流、導(dǎo)體棒下滑加速度及充電電壓三者間的邏輯制約關(guān)系，尤其找不到 這一問題切入點(diǎn)，使思路陷入絕境.解題方法與技巧：先分析金屬桿的運(yùn)動情況.由于電路中電阻忽略不計(jì),所以電容器兩TOC\o"1-5"\h\z端電壓等于金屬桿兩端的感應(yīng)電動勢，即U= ①、、在金屬桿的運(yùn)動方向上有—1=a ②②式中的為電容器的充電電流，因此【=△/△=?△U/△、=△/△=a ③③式代入②式a=、/g（、＋、2BL2） ④④式表明金屬桿做勻加速運(yùn)動，因此時(shí)刻的速度vt=v0＋at=v0＋［、g/t（、＋、2BL2）］ ⑤當(dāng)電容器兩端電壓=U時(shí)，電容器被擊穿，由①式可知此時(shí)速度、Bv=U/BL ⑥⑥代入⑤可知當(dāng)=(U/ —J(+22)時(shí)，電容器將被擊穿?錦囊妙計(jì)一、高考走勢從歷年高考試題可以觀察到：1力.、電綜合命題多以帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動、電磁感應(yīng)中導(dǎo)體棒動態(tài)分析，電磁感應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化等為載體考查學(xué)生理解能力、推理能力、綜合分析能力及運(yùn)用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力.2命.題在能力立意下，慣于物理情景的重組翻新，設(shè)問的巧妙變幻，即所謂舊題翻新，具有不回避重復(fù)的考查特點(diǎn).3綜.合能力考試更多地考慮學(xué)科內(nèi)的綜合，即考查學(xué)生對學(xué)科內(nèi)不同部分、環(huán)節(jié)、要素之間內(nèi)在聯(lián)系的掌握程度，以及運(yùn)用學(xué)科知識和方法，分析、解決實(shí)際問題的能力.學(xué)科內(nèi)綜合仍將成為近年綜合測試的主題.因此，力、電綜合問題，仍將是近年綜合測試不可回避的命題熱點(diǎn)，應(yīng)引起足夠的關(guān)注.二、力電綜合類命題審題思路力電綜合類題目以力和能量為主線，通過力學(xué)知識和電學(xué)知識的串接滲透作為背景，進(jìn)行綜合命題，其解題思路和解題步驟可以以“口訣”的形式加以理解記憶：畫草圖，想情景，選對象，建模型，分析狀態(tài)和過程；找規(guī)律、列方程；檢驗(yàn)結(jié)果行不行..畫草圖，想情景：審題是解題的首要環(huán)節(jié)，在全面審視題目的條件，解答要求的基礎(chǔ)上，對題目的信息進(jìn)行加工處理，畫出示意圖(包括受力分析圖，運(yùn)動情景圖和軌跡圖)，借助圖示建立起清晰的物理情景..選對象，建模型：通過對整個題目的情景把握，選取研究對象，通過抽象、概括或類比等效的方法建立相應(yīng)的物理模型，并對其進(jìn)行全面的受力分析.如案例1，通過類比將鉛丸與木板的作用轉(zhuǎn)化為已有的"子彈擊木塊"模型，案例2將金屬桿等效為電源模型，其電路等效為一個含電容器的電流回路模型，從而使解題思路顯性化..分析狀態(tài)和過程:對物體參與的全過程層層分析，對每一個中間過程的特點(diǎn)規(guī)律加以研究.分析挖掘相鄰過程中的臨界狀態(tài)和臨界條件，尋找各階段物理量的變化與聯(lián)系..找規(guī)律、列方程:在對物理狀態(tài)和物理過程深刻把握的基礎(chǔ)上，尋找題設(shè)條件與所求未知物理量的聯(lián)系，從力的觀點(diǎn)或能量的觀點(diǎn)，依物理規(guī)律(牛頓第二定律，能的轉(zhuǎn)化與守恒，動量守恒定律等）列出方程求解.檢驗(yàn)結(jié)果行不行:對題目的所求結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，并對其結(jié)果進(jìn)行物理意義上的表述和討論.此外，在解題過程中，要特別注意以下兩點(diǎn)，第一：對物體受力分析要全面，切忌漏力，要時(shí)刻關(guān)注電場力=e安培力=I）洛倫茲力（=q）在具體情景中隨物體帶電屬性（電荷的正負(fù)），運(yùn)動狀態(tài)（速度的大小和方向）的變化特點(diǎn).第二，力學(xué)的規(guī)律普遍適于力電綜合問題的求解.利用能量觀點(diǎn)分析求解時(shí)，不再拘泥于機(jī)械能間轉(zhuǎn)化，要總攬全局，站在更高的角度來分析能量間（機(jī)械能與電勢能、磁場能、內(nèi)能等）的轉(zhuǎn)化途徑與轉(zhuǎn)化方向，從而列出能量轉(zhuǎn)化和守恒方程圖2-5?殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練如圖 所示，方向水平的勻強(qiáng)電場中，有一帶電體自點(diǎn)豎直向上入射，它的初動能為E°=4J,當(dāng)上升至最高點(diǎn)時(shí)，動能E=5J那么，當(dāng)它向下運(yùn)動通過與在同一水平線上的o點(diǎn)時(shí)，其動能E0,= J如圖所示，均勻?qū)Ь€制成的金屬環(huán)，垂直磁場方向放在磁感強(qiáng)度為1T的勻強(qiáng)磁場中，圓環(huán)總電阻為04Q,另有一直導(dǎo)體長cm其電阻為Q,一端處于圓環(huán)圓心，另一端與圓環(huán)相接，金屬轉(zhuǎn)柄的電阻為Q,它以10轉(zhuǎn)/s的轉(zhuǎn)速沿圓弧轉(zhuǎn)動，求中電流的最小值是多少方向如何有一種質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)如圖所示帶電粒子經(jīng)過3口2之間的電場加速后，進(jìn)入「「P2之間的狹縫PrP2之間存在著互相正交的磁場］和電場，只有在這一區(qū)域內(nèi)不改變運(yùn)動方向的粒子才能順利通過。上的狹縫，進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為2的勻強(qiáng)磁場區(qū)域后做勻速圓周運(yùn)動，打在屏A'A上并發(fā)出亮光，記錄下亮光所在的位置，量取狹縫到亮光的距離d,即可測出帶電粒子的荷質(zhì)比為多少4有有一個內(nèi)阻及損耗均不計(jì)的直流發(fā)電機(jī)，其定子的磁場恒定，先把它的電樞線圈與一個電阻連接，再在電樞的轉(zhuǎn)軸上纏繞足夠長的輕繩，繩下端懸掛一個質(zhì)量為的重物，如圖 a所示，重物最后以］速度勻速下降現(xiàn)將一不計(jì)內(nèi)阻、電動勢為的電源接入電路，如圖b所示，懸掛重物不變，最后重物以2的速度勻速上升，求2等于多少圖1-8為了測量列車運(yùn)行的速度和加速度大小，可采用如圖a所示的裝置，它是由一塊安裝在列車車頭底部的強(qiáng)磁體和埋沒在軌道地面的一組線圈及電流測量記錄儀組成（記錄測量儀未畫出）當(dāng).列車經(jīng)過線圈上方時(shí)，線圈中產(chǎn)生的電流被記錄下來，據(jù)此求出列車在各位置的速度和加速度.圖1-9如圖b所示，假設(shè)磁體端部磁感應(yīng)強(qiáng)度=T,且全部集中在端面范圍內(nèi)，與端面相垂直磁體的寬度與線圈寬度相同且都很小，線圈匝數(shù)=5,長為02，電阻