高考物理二轮复习电磁感应和电路专题十四三大观点在电学中的应用课件（47页PPT）

(共47张PPT)
专题十四　三大观点在
电学中的应用
[专题复习定位]
1．动量定理和动量守恒定律在电学中的应用。　2.应用动量和能量观点解决电场和磁场问题。
3．应用动量和能量观点分析电磁感应问题。
高考真题再现
命题点1　应用动量定理分析电磁感应问题
1．(2023·湖南卷，T14)如图所示，两根足够长的光滑金属直导轨平行放置，导轨间距为L，两导轨及其所构成的平面均与水平面成θ角，整个装置处于垂直于导轨平面斜向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。现将质量均为m的金属棒a、b垂直于导轨放置，每根金属棒接入导轨之间的电阻均为R。运动过程中金属棒与导轨始终垂直且接触良好，金属棒始终未滑出导轨，导轨电阻忽略不计，重力加速度为g。
(1)先保持棒b静止，将棒a由静止释放，求棒a匀速运动时的速度大小v0；
(2)在(1)问中，当棒a匀速运动时，再将棒b由静止释放，求释放瞬间棒b的加速度大小a0；
解析：当棒a匀速运动时，释放棒b，分析可知，棒b受到沿导轨向下的安培力，则释放棒b的瞬间，对棒b，由牛顿第二定律有mg sin θ＋BI1L＝ma0
又BI1L＝mg sin θ
解得a0＝2g sin θ。
答案：2g sin θ
(3)在(2)问中，从棒b释放瞬间开始计时，经过时间t0，两棒恰好达到相同的速度v，求速度v的大小，以及时间t0内棒a相对于棒b运动的距离Δx。
解析：释放棒b后，由于棒b中产生的感应电动势对于回路来说，与棒a中产生的感应电动势方向相反，所以两棒所受安培力均减小，对棒a，由动量定理有
(mg sin θ－F) t0＝mv－mv0
对棒b，由动量定理有
(mg sin θ＋F) t0＝mv
结合(1)问结果联立解得
2．(2025·安徽卷，T15)如图，平行光滑金属导轨被固定在水平绝缘桌面上，导轨间距为L，右端连接阻值为R的定值电阻。水平导轨上足够长的矩形区域MNPQ存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。某装置从MQ左侧沿导轨水平向右发射第1根导体棒，导体棒以初速度v0进入磁场，速度减为0时被锁定；从原位置再发射第2根相同的导体棒，导体棒仍以初速度v0进入磁场，速度减为0时被锁定，以此类推，直到发射第n根相同的导体棒进入磁场。已知导体棒的质量为m，电阻为R，长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好(发射前导体棒与导轨不接触)，不计空气阻力、导轨的电阻，忽略回路中的电流对原磁场的影响。求：
(1)第1根导体棒刚进入磁场时，所受安培力的功率；
(2)第2根导体棒从进入磁场到速度减为0的过程中，其横截面上通过的电荷量；
(3)从第1根导体棒进入磁场到第n根导体棒速度减为0的过程中，导轨右端定值电阻R上产生的总热量。
(1)ab刚越过MP时产生的感应电动势大小；
(2)金属环刚开始运动时的加速度大小；
(3)为使ab在整个运动过程中不与金属环接触，金属环圆心初始位置到MP的最小距离。
题型分类讲练
题型一　动量和能量观点在电磁感应中的应用
考向1　动量定理分析“单棒”或者“线框”问题
在导体单杆切割磁感线做变加速运动时，若牛顿运动定律和能量观点不能解决问题，则可运用动量定理巧妙解决问题。
如图，间距为L的两平行金属导轨右端接有电阻R，固定在离地高为H的平面上，空间存在着方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场。质量为m的金属杆ab垂直于导轨放置，杆获得一个大小为v0的水平初速度后向左运动并离开导轨，其落地点距导轨左端的水平距离为s。已知重力加速度为g，忽略一切摩擦，杆和导轨电阻不计。求：
(1)杆即将离开轨道时的加速度大小a；
(2)杆穿过匀强磁场的过程中，克服安培力做的功W；
(3)杆ab在水平轨道运动的位移x。
考向2　动量守恒定律分析“双棒”问题
物理
模型 “一动一静”：甲杆静止不动，乙杆运动，其实质是单杆问题，不过要注意问题包含着一个条件——甲杆静止，受力平衡
两杆都在运动，对于这种情况，要注意两杆切割磁感线产生的感应电动势是相加还是相减；系统动量是否守恒
分析
方法 动力
学观
点 通常情况下一个金属杆做加速度逐渐减小的加速运动，而另一个金属杆做加速度逐渐减小的减速运动，最终两金属杆以共同的速度匀速运动
能量观点 两杆系统机械能减少量等于回路中产生的焦耳热之和
动量观点 对于两金属杆在平直的光滑导轨上运动的情况，如果两金属杆所受的外力之和为零，则考虑应用动量守恒定律处理问题
(2023·全国甲卷，T25)如图所示，水平桌面上固定一光滑U形金属导轨，其平行部分的间距为l，导轨的最右端与桌子右边缘对齐，导轨的电阻忽略不计。导轨所在区域有方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。一质量为m、电阻为R、长度也为l的金属棒P静止在导轨上。导轨上质量为3m的绝缘棒Q位于P的左侧，以大小为v0的速度向P运动并与P发生弹性碰撞，碰撞时间很短。碰撞一次后，P和Q先后从导轨的最右端滑出导轨，并落在地面上同一地点。P在导轨上运动时，两端与导轨接触良好，P与Q始终平行。不计空气阻力。求：
(1)金属棒P滑出导轨时的速度大小；
(2)金属棒P在导轨上运动过程中产生的热量；
(3)与金属棒P碰撞后，绝缘棒Q在导轨上运动的时间。
题型二　动量和能量观点在电场或磁场中的应用
考向1　动量和能量观点在电场中的应用
　 如图，足够高的绝缘细管竖直固定，细管内壁光滑。有界匀强电场区域的边界垂直于竖直管，上边界固定且距直管上端管口为L，下边界可沿直管调节场区高度，设场区高度为kL(k>0)。质量为m、不带电的绝缘小球a从直管上端管口处由静止释放，之后与静止在电场区域上边界的带电小球b碰撞，小球b的质量为5m、电荷量为＋q。已知a、b的直径略小于管的直径，a、b碰撞时间极短且没有机械能损失，b的电荷不发生转移，重力加速度为g，求：
(1)电场强度E的大小；
(2)a、b第一次碰撞后的瞬间速度v1、v2；
(3)a、b分别在电场区域内和电场区域外发生第二次碰撞对应的k的取值范围。
解析：a、b发生第一次碰撞后，由(2)的分析可知，a球做竖直上抛运动，b球匀速通过电场区域，之后与a球有相同的加速度向下运动。由于k取不同的值，a、b发生第二次碰撞的位置及时间也不同，a可能在电场区域追上b，也可能在电场外追上b，现讨论如下：
若a、b在电场区域内发生第二次碰撞，设第一次碰撞后，经t1时间a追上b。
答案：见解析
(1)求原子核第一次穿过y轴时速度v的大小和方向。
(2)若原子核进入磁场后，经过Δt＝π×10－7 s瞬间分裂成a、b两个新核。已知两新核的质量之比ma∶mb＝1∶2；电荷量之比qa∶qb＝1∶2，速度大小之比va∶vb＝4∶1，方向仍沿原运动方向。求a粒子经过y轴时的位置及其在磁场中运动的时间。