《高考物理二轮复习题型专练 》专题06 动量和能量观点在电磁学中的应用（原卷版）

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专题 06　动量观点和能量观点在电磁学中的应用
【要点提炼】
一、电势能变化的规律
1.电场力做正功(负功)，电势能减小(增大)；正电荷在电势高处电势能大，负电荷在电
势低处电势能大。
2.电场力做功的过程是电势能和其他形式的能相互转化，而能量总和应保持不变。
(1)若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变。
(2)若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变。
二、电磁感应中的功能关系
――→――→
三、备考策略
1.洛伦兹力对运动电荷不做功。
2.安培力可做正功，也可做负功。
3.力学中的三大观点(动力学、动量、能量观点)仍是解决力电综合问题首选的方法。
【方法指导】
一、电磁感应中求解焦耳热的三种方法
二、电磁感应中动力学问题的“两分析、两状态”
1.分析受力情况、分析运动情况
(1)导体切割磁感线运动产生感应电动势，在电路中产生感应电流，导体在磁场中受安
培力，安培力将阻碍导体运动。
(2)安培力一般是变力，导体做切割磁感线运动的加速度发生变化，当加速度为零时，
导体达到稳定状态，最后做匀速直线运动。
2.两种状态的处理方法
(1)导体处于平衡状态——根据导体所受合力等于零列式分析。
(2)导体处于非平衡状态——根据牛顿第二定律、动量定理进行动态分析或结合功能关
系分析。
命题点一：　应用能量观点解决力电综合问题
考向一　电场中的功能关系
【典例 1】 (多选)图1中虚线 a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面，
已知平面 b上的电势为 2 V。一电子经过 a时的动能为 10 eV，从 a到d的过程中克服电场
力所做的功为 6 eV。下列说法正确的是(　　)
A.平面 c上的电势为零
B.该电子可能到达不了平面 f
C.该电子经过平面 d时，其电势能为 4 eV
1
D.该电子经过平面 b时的速率是经过 d时的 2倍 （图 1）
考向二　能量观点在电磁场中的应用
【典例 2】 如图 2所示，一带正电小球穿在一根绝缘粗糙直杆上，杆与水平方向夹角
为θ，整个空间存在着竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，先给小球一初速
度，使小球沿杆向下运动，在 A点时的动能为 100 J，在 C点时动能减为零，D为AC 的中
点，那么带电小球在运动过程中(　　)
A.到达 C点后小球不可能沿杆向上运动
B.小球在 AD 段克服摩擦力做的功与在 DC 段克服摩擦力做的功不等
C.小球在 D点时的动能为 50 J
D.小球电势能的增加量等于重力势能的减少量 （图 2）
考向三　动力学观点和能量观点在电磁感应中的应用
【典例 3】 小明设计的电磁健身器的简化装置如图 3所示，两根平行金属导轨相距 l＝
0.50 m，倾角 θ＝53°，导轨上端串接一个 R＝0.05 Ω 的电阻。在导轨间长 d＝0.56 m 的区域
内，存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度 B＝2.0 T。质量 m＝4.0 kg 的金
属棒 CD 水平置于导轨上，用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆 GH 相连。CD 棒的初始位置与磁
场区域的下边界相距 s＝0.24 m。一位健身者用恒力 F＝80 N 拉动 GH 杆，CD 棒由静止开
始运动，上升过程中 CD 棒始终保持与导轨垂直。当 CD 棒到达磁场上边界时健身者松手，
触发恢复装置使 CD 棒回到初始位置(重力加速度 g＝10 m/s2，sin 53°＝0.8，不计其他电阻、
摩擦力以及拉杆和绳索的质量)。求：
(1)CD 棒进入磁场时速度 v的大小；
(2)CD 棒进入磁场时所受的安培力 FA的大小；
(3)在拉升 CD 棒的过程中，健身者所做的功 W
和电阻产生的焦耳热 Q。
（图 3）　　　　　
【拓展练习】
1.(多选)如图 4所示，两个倾角分别为30°和60°的光滑斜面固定于水平地面上，并处于
方向垂直纸面向里、磁感应强度为 B的匀强磁场中。两个质量均为m、带电荷量为＋q的
滑块甲和乙分别从两个斜面顶端由静止释放，运动一段时间后，两滑块都将飞离斜面。此
过程中(　　)
（图 4）
A.甲滑块飞离斜面瞬间的速度比乙滑块飞离斜面瞬间的速度大
B.甲滑块在斜面上运动的时间比乙滑块在斜面上运动的时间短
C.甲滑块在斜面上运动的位移与乙滑块在斜面上运动的位移大小相同
D.两滑块在斜面上运动的过程中，重力的平均功率相等
2
2.(多选)如图 5，同一平面内的 a、b、c、d四点处于匀强电场中，电场方向与此平面平
行，M为a、c连线的中点，N为b、d连线的中点。一电荷量为 q(q>0)的粒子从 a点移动到
b点，其电势能减小 W1；若该粒子从 c点移动到 d点，其电势能减小 W2。下列说法正确的
是(　　)
A.此匀强电场的场强方向一定与 a、b两点连线平行
B.若该粒子从 M点移动到 N点，则电场力做功一定为
C.若c、d之间的距离为L，则该电场的场强大小一定为 （图 5）
D.若W1＝W2，则a、M两点之间的电势差一定等于 b、N两点之间的电势差
3.如图 6甲所示，空间存在 B＝0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场，MN、PQ 是处于同
一水平面内相互平行的粗糙长直导轨，间距 l＝0.2 m，在导轨一端连接着阻值为R＝0.4 Ω
的定值电阻，ab 是放在导轨上质量为 m＝0.1 kg 的导体棒。从零时刻开始，通过一小型电
动机对ab 棒施加一个牵引力，方向水平向左，使其从静止开始沿导轨做加速运动，此过程
中棒始终保持与导轨垂直且接触良好。图乙是拉力 F与导体棒 ab 速率倒数关系图象(F1未
知)。已知导体棒 ab 与导轨间的动摩擦因数 μ＝0.2，除R外，其余部分电阻均不计，不计
定滑轮的质量和摩擦，g取10 m/s2。
（图 6）
(1)求电动机的额定功率；
(2)若导体棒 ab 在16 s 内运动了 90 m 并恰好达到最大速度，求在0～16 s 内电阻 R上
产生的焦耳热。
命题点二：　应用动量观点和能量观点解决力电综合问题
考向一　动量观点和能量观点在电场中的应用
【典例 1】 (多选)如图 7所示，一平行板电容器连接在直流电源上，电容器的极板水平；
两微粒 a、b所带电荷量大小相等、符号相反，使它们分别静止于电容器的上、下极板附近 ，
与极板距离相等。现同时释放 a、b，它们由静止开始运动。在随后的某时刻t，a、b经过
电容器两极板间下半区域的同一水平面。a、b间的相互作用和重力可忽略。下列说法正确
的是(　　)
A.a的质量比b的大
B.在t时刻，a的动能比b的大
3
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