高考物理复习第十二章动量守恒定律第2讲动量和电学知识的综合应用市赛课公开课一等奖省名师优质课获奖PP.pptx

第,2,讲动量和电学知识综合应用,第十二章,动量守恒定律,1/45,内容索引,研透命题点,细研考纲和真题 分析突破命题点,课时作业,限时训练 练规范 练速度,2/45,研透命题点,3/45,命题点一动量观点在电场、磁场中应用,动量与电磁学知识综合应用类问题求解与普通力学问题求解思绪并无差异，只是问题情景更复杂多样；分析清楚物理过程，正确识别物理模型是处理问题关键,.,4/45,考向,1,动量观点在电场中应用,例,1,(,“,金华十校,”,联考,),如图,1,所表示，竖直固定光滑绝缘直圆筒底部放置一带正电,A,球，其电荷量,Q,4,10,3,C.,有一个质量为,m,0.1 kg,带正电小球,BB,球与,A,球间距离为,a,0.4 m,，此时小球,B,处于静止状态，且小球,B,在小球,A,形成电场中含有电势能表示式为,E,p,k,，其中,r,为电荷,q,与,Q,之间距离,.,有一质量也为,m,不带电绝缘小球,C,从距离小球,B,上方,H,0.8 m,处自由下落，落在小球,B,上立刻与小球,B,粘在一起向下运动，它们抵达最低点后又向上运动,(,取,g,10 m/s,2,，,k,910,9,Nm,2,/C,2,).,求：,图,1,5/45,(1),小球,C,与小球,B,碰撞后速度为多大；,答案,解析,答案,2 m/s,解析,小球,C,自由下落,H,距离速度,小球,C,与小球,B,发生碰撞，由动量守恒定律得：,m,v,0,2,m,v,1,所以,v,1,2 m/s,6/45,(2),小球,B,带电荷量,q,为多少；,答案,解析,解析,小球,B,在碰撞前处于平衡状态，对,B,球进行受力分析知：,7/45,(3),当小球,B,和,C,一起向下运动与小球,A,距离多远时，其速度最大？速度最大值为多少？,(,可保留根号,),解析,解析,设当,C,和,B,向下运动速度最大时，与,A,之间距离为,y,，对,C,和,B,整体进行受力分析有：,2,mg,k,由能量守恒得：,答案,8/45,考向,2,动量观点在磁场中应用,例,2,如图,2,所表示是计算机模拟出一个宇宙空间情景，在此宇宙空间内存在这么一个远离其它空间区域,(,其它星体对该区域内物体引力忽略不计,),，以,MN,为界，上半部分匀强磁场磁感应强度为,B,1,，下半部分匀强磁场磁感应强度为,B,2,.,已知,B,1,4,B,2,4,B,0,，磁场方向相同，且磁场,图,2,区域足够大,.,在距离界限,MN,为,h,P,点有一宇航员处于静止状态，宇航员以平行于,MN,速度向右抛出一质量为,m,、电荷量为,q,带负电小球，发觉小球在界限处速度方向与界限成,90,角，接着小球进入下半部分磁场,.,当宇航员沿与界限平行直线匀速抵达目标,Q,点时，刚好又接住球而静止,.,9/45,(1),请你粗略地作出小球从,P,点运动到,Q,点运动轨迹；,答案,答案,看法析图,解析,解析,小球运动轨迹如图所表示,.,10/45,(2),PQ,间距离是多大；,解析,解析,设小球速率为,v,1,，由几何关系可知,R,1,h,，由,q,v,B,m,和,B,1,4,B,2,4,B,0,，,可知,R,2,4,R,1,4,h,，,答案,答案,6,h,依据运动对称性，,PQ,间距离为,L,2(,R,2,R,1,),6,h,.,11/45,(3),宇航员质量是多少,.,答案,解析,宇航员在,Q,点接住球时，由动量守恒定律有,M,v,2,m,v,1,0,，,12/45,命题点二动量观点在电磁感应中应用,感应电流在磁场中受到安培力作用，所以电磁感应问题往往跟力学问题联络在一起,.,处理这类问题需要综合应用电磁感应规律,(,法拉第电磁感应定律、楞次定律,),及力学中相关规律,(,牛顿运动定律、动量守恒定律、动量定理、动能定理等,).,处理这类问题方法是：,1.,选择研究对象,.,即是哪一根导体棒或几根导体棒组成系统,.,2.,分析其受力情况,.,安培力既跟电流方向垂直又跟磁场方向垂直,.,3.,分析研究对象所受各力做功情况和合外力情况，选定所要应用物理规律,.,4.,分析研究对象,(,或系统,),动量情况是否符合动量守恒,.,5.,利用物理规律列方程，求解,.,注意：加速度,a,0,时，速度,v,到达最大值,.,13/45,例,3,(,浙江,4月选考,22),间距为,l,两平行金属导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成，如图,3,所表示,.,倾角为,导轨处于大小为,B,1,、方向垂直导轨平面向上匀强磁场区间,中,.,水平导轨上无磁场区间静止放置一质量为,3,m,“,联动双杆,”,(,由两根长为,l,金属杆,cd,和,ef,，用长度为,L,刚性绝缘杆连接组成,),，在,“,联动双杆,”,右侧存在大小为,B,2,、方向垂直导轨平面向上匀强磁场区间,，其长度大于,L,.,质量为,m,、长为,l,金属杆,图,3,14/45,ab,从倾斜导轨上端释放，到达匀速后进入水平导轨,(,无能量损失,),，杆,ab,与,“,联动双杆,”,发生碰撞，碰后杆,ab,和,cd,合在一起形成,“,联动三杆,”.“,联动三杆,”,继续沿水平导轨进入磁场区间,并从中滑出,.,运动过程中，杆,ab,、,cd,和,ef,与导轨一直接触良好，且保持与导轨垂直,.,已知杆,ab,、,cd,和,ef,电阻均为,R,0.02,、,m,0.1 kg,、,l,0.5 m,，,L,0.3 m,，,30,，,B,1,0.1 T,，,B,2,0.2 T.,不计摩擦阻力和导轨电阻，忽略磁场边界效应，,g,取,10 m/s,2,.,求：,15/45,答案,(1),杆,ab,在倾斜导轨上匀速运动时速度大小,v,0,；,解析,答案,看法析,解得：,v,0,6 m/s.,16/45,2),“,联动三杆,”,进入磁场区间,前速度大小,v,；,解析,解析,杆,ab,与,“,联动双杆,”,碰撞时，由动量守恒定律得,m,v,0,4,m,v,，解得,v,1.5 m/s.,答案,答案,看法析,17/45,(3),“,联动三杆,”,滑过磁场区间,产生焦耳热,Q,.,解析,答案,答案,看法析,18/45,解得,v,0.25 m/s.,所以,“,联动三杆,”,滑出磁场区间,时速度为,v,v,v,v,1 m/s.,19/45,变式,1,(,浙江,4,月选考,23),某同学设计了一个电磁推进加喷气推进火箭发射装置，如图,4,所表示,.,竖直固定在绝缘底座上两根长直光滑导轨，,图,4,间距为,L,.,导轨间加有垂直导轨平面向下匀强磁场,B,.,绝缘火箭支撑在导轨间，总质量为,m,，其中燃料质量为,m,，燃料室中金属棒,EF,电阻为,R,，并经过电刷与电阻可忽略导轨良好接触,.,引燃火箭下方推进剂，快速推进刚性金属棒,CD,(,电阻可忽略且和导轨接触良好,),向上运动，当回路,CEFDC,面积降低许到达最大值,S,，用时,t,，此过程激励出强电流，产生电磁推力加速火箭,.,在,t,时间内，电阻,R,产生焦耳热使燃料燃烧形成高温高压气体,.,当燃烧室下方可控喷气孔打开后,.,喷出燃气深入加速火箭,.,20/45,答案,(1),求回路在,t,时间内感应电动势平均值及经过金属棒,EF,电荷量，并判断金属棒,EF,中感应电流方向；,解析,电流方向向右,21/45,(2),经,t,时间火箭恰好脱离导轨，求火箭脱离时速度大小,v,0,；,(,不计空气阻力,),解析,解析,t,时间内产生平均感应电流,答案,22/45,(3),火箭脱离导轨时，喷气孔打开，在极短时间内喷射出质量为,m,燃气，喷出燃气相对喷气前火箭速度为,v,，求喷气后火箭增加速度,v,.(,提醒：可选喷气前火箭为参考系,),解析,解析,以喷气前火箭为参考系，设竖直向上为正，由动量守恒定律,m,v,(,m,m,),v,0,答案,23/45,变式,2,(,嘉兴市期末,),如图,5,所表示，两根水平放置,“”,形平行金属导轨相距,L,0.5 m,，导轨电阻不计,.,在导轨矩形区域,MNPO,中有竖直向上匀强磁场,B,1,，在,MN,左侧导轨处于水平向左匀强磁场,B,2,中，,B,1,B,2,1.0 T.,金属棒,ab,悬挂在力传感器下，保持水平并与导轨良好接触,.,金属,图,5,棒,cd,垂直于水平导轨以速度,v,0,4 m/s,进入,B,1,磁场，与竖直导轨碰撞后不反弹，此过程中经过金属棒,cd,电荷量,q,0.25 C,，,ab,、,cd,上产生总焦耳热,Q,0.35 J.,金属棒,ab,、,cd,质量均为,m,0.10 kg,，电阻均为,R,1.0.,不计一切摩擦,.,求：,24/45,答案,(1),金属棒,cd,刚进入磁场时，传感器示数改变了多少？,解析,解析,金属棒,cd,刚进入磁场时,答案,0.5 N,金属棒,ab,受到受培力,F,安,B,2,IL,传感器增加示数,F,传,F,安,0.5 N,25/45,(2),MN,与,OP,间距离,d,；,解析,解析,金属棒,cd,经过区域,MNOP,时平均感应电动势为,答案,答案,1 m,其中,B,1,Ld,26/45,(3),金属棒,cd,经过磁场,B,1,过程中受到安培力冲量大小,.,解析,解析,金属棒,cd,与竖直导轨碰撞之前,ab,、,cd,系统能量守恒，可得,答案,答案,0.1 kgm/s,则金属棒,cd,离开,B,1,磁场时速度,v,3 m/s,则,cd,经过磁场,B,1,过程中受到安培力冲量,I,安,m,v,m,v,0,代入数据得,I,安,0.1 kgm/s.,27/45,课时作业,28/45,1.,如图,1,所表示，在光滑绝缘水平面上方足够大区域内存在水平向右电场，电场强度为,E,.,不带电绝缘小球,P,2,静止在,O,点,.,带正电小球,P,1,离小球,P,2,左侧距离为,L,.,现由静止释放小球,P,1,，在电场力作用下,P,1,与,P,2,发生正碰后反弹，反弹速度是碰前,倍,.,已知,P,1,质量为,m,，带电荷量为,q,，,P,2,质量为,5,m,.,求：,(1),碰撞前瞬间小球,P,1,速度,.,1,2,3,4,图1,解析,解析,设碰撞前小球,P,1,速度为,v,0,，依据动能定理,答案,29/45,(2),碰撞后瞬间小球,P,2,速度,.,解析,答案,1,2,3,4,30/45,(3),小球,P,1,和小球,P,2,从第一次碰撞到第二次碰撞时间和位置,.,解析,解析,碰撞后小球,P,1,先向左后向右做匀变速运动，设加速度为,a,，则：,a,答案,设,P,1,、,P,2,碰撞后又经,t,时间再次发生碰撞，且,P,1,所受电场力不变，由运动学公式，以水平向右为正方向，则：,1,2,3,4,31/45,2.(,浙江,11,月选考,22),如图,2,所表示，匝数,N,100,、截面积,S,1.0,10,2,m,2,、电阻,r,0.15,线圈内有方向垂直于线圈平面向上随时间均匀增加匀强磁场,B,1,，其改变率,k,0.80 T/s.,线圈经过开关,S,连接两根相互平行、间距,d,0.20 m,竖直导轨，下端连接阻值,R,0.50,电阻,.,一根阻值也为,0.50,、质量,m,1.0,10,2,kg,导体棒,ab,搁置在等高挡条上，在竖直导轨间区域仅有垂直纸面不随时间改变匀强磁场,B,2,.,接通开关,S,后，棒对挡条压力恰好为零,.,假设棒一直与导轨垂直，且与导轨接触良好，不计摩擦阻力和导轨电阻,.,图,2,1,2,3,4,32/45,(1),求磁感应强度,B,2,大小，并指出磁场方向；,解析,答案,答案,0.5 T,磁场垂直纸面向外,1,2,3,4,33/45,代入数据得：,E,0.8 V,等效电路图如图：,依据题意，此刻棒对挡条压力为零，即金属棒所受安培力等于其重力，方向竖直向上,即,B,2,I,ab,d,mg,，解得,B,2,0.5 T,，,依据左手定则可知磁场方向应该垂直纸面向外,.,1,2,3,4,34/45,(2),断开开关,S,后撤去挡条，棒开始下滑，经,t,0.25 s,后下降了,h,0.29 m,，求此过程棒上产生热量,.,解析,答案,答案,2.3,10,3,J,1,2,3,4,35/45,解析,开关断开之后，撤去挡条，,ab,下滑过程切割磁感线，从而产生感应电流，依据动量定理，则,(,mg,B,2,I,d,),t,m,v,0,B,2,dh,联立解得,W,4.6,10,3,J,1,2,3,4,36/45,3.(,温州市十校高三期末,),如图,3,所表示，,PQ,和,MN,是固定于水平面内平行光滑金属轨道，轨道足够长，其电阻可忽略不计,.,金属棒,ab,、,cd,放在轨道上，一直与轨道垂直，且接触良好,.,金属棒,ab,、,cd,质量均为,m,，长度均为,L,.,两金属棒长度恰好等于轨道间距，它们与轨道形成闭合回路,.,金属棒,ab,电阻为,2,R,，金属棒,cd,电阻为,R,.,整个装置处于竖直向上、磁感应强度为,B,匀强磁场中,.,若先保持金属棒,ab,不动，使金属棒,cd,在与,图,3,其垂直水平力,F,(,大小未知,),作用下，由静止开始向右以加速度,a,做匀加速直线运动，水平力,F,作用,t,0,时间撤去此力，同时释放金属棒,ab,.,求：,1,2,3,4,37/45,(1),棒,cd,匀加速过程中，外力,F,随时间,t,改变函数关系；,解析,解析,棒,cd,匀加速过程中，由牛顿第二定律，有,F,BIL,ma,，,答案,1,2,3,4,38/45,(2),两金属棒在撤去,F,后运动过程中，直到最终到达稳定，金属棒,cd,产生热量；,解析,解析,撤去,F,后，直到最终到达稳定，依据系统能量守恒得,答案,依据系统动量守恒,m,v,0,2,mv,，,1,2,3,4,39/45,(3),两金属棒在撤去,F,后运动过程中，直到最终到达稳定，经过金属棒,cd,电荷量,q,.,解析,解析,撤去,F,到系统到达稳定，对,cd,棒由动量定理得,答案,1,2,3,4,40/45,4.(,杭州市四校联考,),如图,4,所表示，电阻不计两光滑金属导轨相距,L,，放在水平绝缘桌面上，半径为,R,圆弧部分处于竖直平面内且与水平直轨道在最低点相切，水平直导轨部分处于磁感应强度为,B,、方向竖直向下匀强磁场中，末端与桌面边缘平齐,.,两金属棒,ab,、,cd,垂直于两导轨且与导轨接触良好,.,棒,ab,质量为,2,m,、电阻为,r,，棒,cd,质量为,m电阻为,r,.,重力,加速度为,g,.,开,图,4,始时棒,cd,静止在水平直导轨上，棒,ab,从圆弧顶端无初速度释放，进入水平直导轨后与棒,cd,一直没有接触并一直向右运动，最终两棒都离开导轨落到地面上,.,棒,ab,与棒,cd,落地点到桌面边缘水平距离之比为,3,1.,求：,1,2,3,4,41/45,(1),棒,ab,和棒,cd,离开导轨时速度大小；,解析,答案,1,2,3,4,42/45,解析,设,ab,棒进入水平直导轨速度为,v,0,，,离开导轨时，设,ab,、,cd,棒速度分别为,v,1,、,v,2,，,因为两棒在磁场中受到安培力协力为零，故在磁场中两棒组成系统水平方向动量守恒，,2,m,v,0,2,m,v,1,m,v,2,，,因为做平抛运动时间相等，由,x,v,t,得,v,1,v,2,x,1,x,2,3,1,，,1,2,3,4,43/45,(2),棒,ab,在水平导轨上最大加速度；,解析,答案,1,2,3,4,44/45,(3),棒,ab,在导轨上运动过程中产生焦耳热,.,解析,答案,1,2,3,4,45/45,