2019届二轮复习动量与能量观点的综合应用课件（38张）（全国通用）

2019届二轮复习动量与能量观点的综合应用课件（38张）（全国通用）

专题四　动量与能量观点 的综合 应用 - 2 - - 3 - 考点一 考点二 动量、能量与电磁感应结合的综合问题 核心知识整合 1 . 动量定理 : 物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化 , 即 I=Δp 或 Ft=Δp 或 Ft=p 1 -p 2 , 它的表达式是一个矢量方程 , 即表示动量的变化方向与冲量的方向相同。 2 . 动量守恒定律 : (1) 内容 : 一个系统不受外力或者所受合外力为零 , 这个系统的总动量保持不变 , 即 p 1 =p 2 或 Δp 1 =-Δp 2 。 (2) 条件 : ① 系统不受外力或者所受外力的和为零 ; ② 系统所受外力远小于系统的内力 , 可以忽略不计 ; ③ 系统在某一个方向上所受的合外力为零 , 则该方向上动量守恒。 - 4 - 考点一 考点二 3 . 动能定理 : 合外力做的功等于物体动能的变化。 ( 这里的合外力指物体受到的所有外力的合力 , 包括重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等 ) 表达式为 W=ΔE k 或 W 总 =E k2 -E k1 。 4 . 机械能守恒定律 : 在只有重力 ( 或弹簧弹力 ) 做功时 , 没有其他力做功或其他力做功的代数和为零 , 则系统机械能守恒。 - 5 - 考点一 考点二 关键能力提升 命题点一 　 单杆做非匀变速直线运动 【例 1 】 (2018 浙江台州中学高三上学期第四次统练 ) 如图所示 , 平行金属导轨 OP 、 KM 和 PQ 、 MN 相互垂直 , 且 OP 、 KM 与水平面间夹角为 θ =37°, 导轨间距均为 L=1 m, 电阻不计 , 导轨足够长。两根金属棒 ab 和 cd 与导轨垂直放置且接触良好 ,ab 的质量为 M=2 kg, 电阻为 R 1 =2 Ω,cd 的质量为 m=0.2 kg, 电阻为 R 2 =1 Ω, 金属棒和导轨之间的动摩擦因数均为 μ =0.5, 两个导轨平面均处在垂直于轨道平面 OPMK 向上的匀强磁场中。现让 cd 固定不动 , 将金属棒 ab 由静止释放 , 当 ab 沿导轨下滑 x=6 m 时 , 速度已达到稳定 , 此时 , 整个回路消耗的电功率为 P=12 W 。 (sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g 取 10 m/s 2 ) 求 : - 6 - 考点一 考点二 (1) 磁感应强度 B 的大小 ; (2)ab 沿导轨下滑 x=6 m 的过程中 ab 棒上产生的焦耳热 Q; (3) 若将 ab 与 cd 同时由静止释放 , 当运动时间 t=0.5 s 时 ,ab 的速度 v ab 与 cd 棒速度 v cd 的关系式。 答案 : (1)2 T 　 (2)10 J 　 ( 3)10v ab -2v cd =5 - 7 - 考点一 考点二 解析 : 对 ab 杆进行受力分析 ,ab 杆做加速度越来越小的加速运动 , 当受力平衡时速度最大。 对 cd 杆进行受力分析 , 若将 ab 与 cd 同时由静止释放 ,cd 杆受到的支持力越来越大 , 摩擦力越来越大 , 做加速度越来越小的加速运动。 - 8 - 考点一 考点二 当物体做非匀变速直线运动时 , 优先考虑动量定理和动能定理 (1) 以 ab 棒为研究对象 , 受重力、弹力、摩擦力和安培力。 当 ab 沿导轨下滑 x=6 m 时 , 速度已达到稳定 , 所以合外力为零 , 即 :Mgsin 37°=BIL+ μ Mgcos 37° 设稳定运动的速度为 v, 所以 E=BLv 联立以上解得 :B=2 T;v=3 m/s - 9 - 考点一 考点二 - 10 - 考点一 考点二 - 11 - 考点一 考点二 命题点二 　 含有电容的电磁感应题目 【例 2 】 (2018 浙江宁波新高考选考适应性 ) 如图甲所示 , 绝缘水平面上固定着两根足够长的光滑金属导轨 PQ 、 MN, 相距为 L=0.5 m,ef 右侧导轨处于匀强磁场中 , 磁场方向垂直导轨平面向下 , 磁感应强度 B 的大小如图乙变化。开始时 ab 棒和 cd 棒锁定在导轨如图甲位置 ,ab 棒与 cd 棒平行 ,ab 棒离水平面高度为 h=0.2 m,cd 棒与 ef 之间的距离也为 L,ab 棒的质量为 m 1 =0.2 kg, 有效电阻 R 1 =0.05 Ω,cd 棒的质量为 m 2 =0.1 kg, 有效电阻为 R 2 =0.15 Ω 。 ( 设 a 、 b 棒在运动过程始终与导轨垂直 , 两棒与导轨接触良好 , 导轨电阻不计 ) 问 : - 12 - 考点一 考点二 - 13 - 考点一 考点二 (1)0~1 s 时间段通过 cd 棒的电流大小与方向 ; (2) 假如在 1 s 末 , 同时解除对 ab 棒和 cd 棒的锁定 , 稳定后 ab 棒和 cd 棒将以相同的速度作匀速直线运动 , 试求这一速度 ; (3) 对 ab 棒和 cd 棒从解除锁定到开始以相同的速度作匀速运动 ,ab 棒产生的热量为多少 ? (4)ab 棒和 cd 棒速度相同时 , 它们之间的距离为多大 ? 思路点拨 两根杆都做非匀变速直线运动时 , 两根杆产生的动生电动势大小相等时 , 达到稳定状态 。 - 14 - 考点一 考点二 - 15 - 考点一 考点二 - 16 - 考点一 考点二 命题点三 　 含有电容的电磁感应题目 【例 3 】 (2018 浙江杭州高三上学期期末 ) 某同学设计了一个电磁击发装置 , 其结构如图所示。间距为 L=10 cm 的平行长直导轨置于水平桌面上 , 导轨中 NO 和 N'O' 段用绝缘材料制成 , 其余部分均为导电金属材料 , 两种材料导轨平滑连接。导轨左侧与匝数为 100 匝、半径为 5 cm 的圆形线圈相连 , 线圈内存在垂直线圈平面的匀强磁场。电容为 1 F 的电容器通过单刀双掷开关与导轨相连。在轨道间 MPP'M' 矩形区域内存在垂直桌面向上的匀强磁场 , 磁感强度为 2 T 。磁场右侧边界 PP' 与 OO' 间距离为 a=4 cm 。初始时金属棒 A 处于 NN' 左侧某处 , 金属棒 B 处于 OO' 左侧距 OO' 距离为 a 处。当开关与 1 连接时 , 圆形线圈中磁场随时间均匀变化 , 变化率为 ; 稳定后将开关拨向 2, 金属棒 A 被弹出 , 与金属棒 B 相碰 , 并在 B 棒刚出磁场时 A 棒刚好运动到 OO' 处 , 最终 A 棒恰在 PP' 处停住 。 - 17 - 考点一 考点二 已知两根金属棒的质量均为 0.02 kg 、接入电路中的电阻均为 0.1 Ω, 金属棒与金属导轨接触良好 , 其余电阻均不计 , 一切摩擦不计。问 : (1) 当开关与 1 连接时 , 电容器带的电荷量是多少 ? 下极板带什么电 ? (2) 金属棒 A 与 B 相碰后 A 棒的速度 v 是多少 ? (3) 电容器所剩电荷量 Q' 是多少 ? 答案 : (1)1 C 　 正电 　 (2)0.4 m/s 　 (3)0.88 C - 18 - 考点一 考点二 - 19 - 考点一 考点二 - 20 - 考点一 考点二 - 21 - 考点一 考点二 电荷量 q 与安培力的冲量之间的联系 , 可用下面的框图来说明。   电荷量作为动量定理在电磁感应的桥梁 , 直接把两边的物理量联系起来 , 如把导体棒的位移和速度联系起来 , 但由于这类问题导体棒的运动一般都不是匀变速直线运动 , 无法使用匀变速直线运动的运动学公式进行求解 , 所以这种方法就显得十分巧妙。 - 22 - 考点一 考点二 动量、能量与带电粒子运动结合的综合问题 关键能力提升 命题点一 　 碰撞求平均作用力 - 23 - 考点一 考点二 (1) 求离子束从小孔 O 射入磁场后打到 x 轴的区间 ; (2) 调整磁感应强度的大小 , 可使速度最大的离子恰好打在探测板右端 , 求此时的磁感应强度大小 B 1 ; (3) 保持磁感应强度 B 1 不变 , 求每秒打在探测板上的离子数 N; 若打在板上的离子 80% 被板吸收 ,20% 被反向弹回 , 弹回速度大小为打板前速度大小的 0.6, 求探测板受到的作用力大小。 - 24 - 考点一 考点二 - 25 - 考点一 考点二 - 26 - 考点一 考点二 命题点二 　 反冲原理提供作用力 【例 5 】 小型高效离子体发动机所用燃料不到化学燃料发动机的十分之一 , 它可以使在太空中的航天器获得动力进入太阳系。在等离子体发动机中 , 等离子气体在加速电场的作用下获得很大的速度后 , 从航天器尾部连续喷出产生推力。假设航天器的质量为 M( 在发射离子过程中质量可认为不变 ), 在太空中处于静止状态 , 每个离子的质量为 m 、电荷量为 q, 加速电压为 U, 等离子体发动机单位时间内向外喷出的离子数是 n, 求 : (1) 每个离子经过加速后获得的速度 ; (2) 航天器开始获得的加速度。 - 27 - 考点一 考点二 思路点拨 1 . 应用动量定理可以计算某一过程中的平均作用力 , 通常多用于计算持续作用的变力的平均大小。在粒子碰撞器壁 ( 或挡板等 ) 产生的冲击力计算中 , 应用动量定理可方便解题 , 但要注意明确研究对象和动量定理的矢量性。 2 . 应用动量定理可以计算某力或合力的冲量 , 通常多用于计算变力的冲量。如果已知物体的初、末动量 , 尤其方便处理物体受瞬间冲量的问题。 - 28 - 考点一 考点二 - 29 - 1 2 1 . 运用电磁感应可以测量运动物体的速度 , 当固定着线圈的小车进入磁场时 , 根据线圈切割磁感线产生的感应电流大小 , 可以间接测量出小车的速度。如图所示 , 水平地面上方存在有边界的水平匀强磁场 , 磁场方向垂直纸面向里、磁感应强度大小 B 、电阻为 R 的矩形单匝线圈 MNPQ 固定在小车 A 上 , 其中 MN 边水平 ,NP 边竖直 , 高度为 L, 小车 A 和线圈的总质量为 m, 小车载着线圈在光滑水平面上一起以初速度 v 0 ( 未知 ) 做匀速运动 , 与另一辆停在磁场边界处且质量也为 m 的小车 C 发生碰撞 , 碰后立刻粘在一起 , 随后进入匀强磁场 , 刚进入磁场时线圈中感应电流为 I, 小车 A 完全进入磁场时的速度为 v 1 , 已知小车由绝缘材料做成 , 小车长度与线圈 MN 边长度相同。求 : - 30 - 1 2 (1) 线圈中感应电流的方向和小车 A 的初速度 v 0 的大小 ; (2) 小车 A 进入磁场的过程中线圈产生的焦耳热 Q; (3) 小车 A 进入磁场过程中通过线圈截面的电荷量 q 。 - 31 - 1 2 解析 : (1) 由楞次定律知线圈中感应电流方向为 : M → Q → P → N → M 设小车的初速度为 v 0 , 小车 A 与 C 碰撞时 , 根据 动量守恒定律 :mv 0 =2mv 线圈切割磁感线感应电动势 E=Blv - 32 - 1 2 - 33 - 1 2 2 .(2018 浙江温岭中学高三考前冲刺 ) 某 “ 太空粒子探测器 ” 是由加速、偏转和探测三部分装置组成 , 其原理可简化如下 : 如图所示 , 沿半径方向的加速电场区域边界 AB 、 CD 为两个同心半圆弧面 , 圆心为 O 1 , 外圆弧面 AB 电势为 φ 1 , 内圆弧面电势为 φ 2 ; 在 O 1 点右侧有一与直线 CD 相切于 O 1 半径为 R 的圆 , 圆心为 O 2 , 圆内 ( 及圆周上 ) 存在垂直于纸面向外的匀强磁场 ;MN 是一个足够长的粒子探测板 , 与 O 1 O 2 连线平行并位于其下方 3R 处 ; 假设太空中漂浮着质量为 m, 电荷量为 q 的带正电粒子 , 它们能均匀地吸附到 AB 圆弧面上 , 并被加速电场从静止开始加速到 CD 圆弧面上 , 再由 O 1 点进入磁场偏转 , 最后打到探测板 MN( 不计粒子间的相互作用和星球对粒子引力的影响 ), 其中沿 O 1 O 2 连线方向入射的粒子经磁场偏转后恰好从圆心 O 2 的正下方 G 点射出磁场 ; - 34 - 1 2 (1) 求粒子运动到 O 1 点时速度的大小及圆形磁场的磁感应强度大小 B 0 ; (2) 从图中 P 点 (PO 1 与 O 1 O 2 成 30° 夹角 ) 被加速的粒子打到探测板上 Q 点 ( 图中未画出 ), 求该粒子从 O 1 点运动到探测板 MN 所需的时间 ; (3) 若每秒打在探测板上的离子数为 N, 打在板上的离子数 60% 被吸收 ,40% 被反射 , 弹回速度大小为打板前速度大小的 0.5 倍 , 求探测板受到的作用力的大小。 - 35 - 1 2 - 36 - 1 2 - 37 - 1 2 (2) 从 P 点被加速的粒子运动轨迹如下图所示 : - 38 - 1 2