高考物理大二輪復(fù)習(xí)與增分策略 專題六 電場(chǎng)與磁場(chǎng) 第1講 電場(chǎng)與磁場(chǎng)的理解課件

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1、第1講電場(chǎng)與磁場(chǎng)的理解專題六電場(chǎng)與磁場(chǎng)知識(shí)回扣1.對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的三個(gè)公式的理解(1)E 是電場(chǎng)強(qiáng)度的 式，適用于 電場(chǎng).電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是確定值，其大小和方向與試探電荷q無(wú)關(guān).試探電荷q充當(dāng)“測(cè)量工具”的作用.(2)E 是真空中點(diǎn)電荷所形成的電場(chǎng)的決定式.E由場(chǎng)源電荷Q和場(chǎng)源電荷到某點(diǎn)的距離r決定.(3)E 是場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)差的關(guān)系式，只適用于 ，注意：式中d為兩點(diǎn)間沿電場(chǎng)方向的距離.答案定義任何勻強(qiáng)電場(chǎng)答案2.電場(chǎng)能的性質(zhì)(1)電勢(shì)與電勢(shì)能： .(2)電勢(shì)差與電場(chǎng)力做功：UAB AB.(3)電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化：W.3.等勢(shì)面與電場(chǎng)線的關(guān)系(1)電場(chǎng)線總是與等勢(shì)面垂直，且從電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電

2、勢(shì)低的等勢(shì)面.(2)電場(chǎng)線越密的地方，等差等勢(shì)面也越密.(3)沿等勢(shì)面移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力 ，沿電場(chǎng)線移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力一定做功.Ep不做功答案4.帶電粒子在磁場(chǎng)中的受力情況(1)磁場(chǎng)只對(duì) 的電荷有力的作用，對(duì) 的電荷無(wú)力的作用.磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力叫洛倫茲力.(2)洛倫茲力的大小和方向：其大小為FqvBsin ，注意：為v與B的夾角.F的方向由 判定，但四指的指向應(yīng)為正電荷運(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向的反方向.5.洛倫茲力做功的特點(diǎn)由于洛倫茲力始終和速度方向垂直，所以洛倫茲力 .運(yùn)動(dòng)靜止左手定則永不做功規(guī)律方法答案1.本部分內(nèi)容的主要研究方法有：(1)理想化模型.如點(diǎn)電荷、電場(chǎng)線、等勢(shì)面；(2)

3、.電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)的定義方法是定義物理量的一種重要方法；(3) 的方法.電場(chǎng)和重力場(chǎng)的比較；電場(chǎng)力做功與重力做功的比較；帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)的類比.2.靜電力做功的求解方法：(1)由功的定義式WFlcos 來(lái)求；(2)利用結(jié)論“電場(chǎng)力做功等于電荷 的負(fù)值”來(lái)求，即WEp；(3)利用WAB來(lái)求.電勢(shì)能增量類比比值定義法qUAB3.研究帶電粒子在電場(chǎng)中的曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，采用 的思想方法；帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)實(shí)際是類平拋運(yùn)動(dòng)和 運(yùn)動(dòng)的組合，一般類平拋運(yùn)動(dòng)的末速度就是勻速圓周運(yùn)動(dòng)的 .運(yùn)動(dòng)合成與分解勻速圓周線速度答案高考題型1對(duì)電場(chǎng)性質(zhì)的理解高考題型3帶點(diǎn)粒子在有界磁場(chǎng)中的臨界、極值問(wèn)題

4、高考題型2電場(chǎng)矢量合成問(wèn)題內(nèi)容索引高考題型4帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的多過(guò)程問(wèn)題高考題型1對(duì)電場(chǎng)性質(zhì)的理解解題方略解題方略1.電場(chǎng)線：假想線，直觀形象地描述電場(chǎng)中各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的強(qiáng)弱及方向，曲線上各點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向，曲線的疏密程度表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱.2.電勢(shì)高低的比較(1)根據(jù)電場(chǎng)線方向，沿著電場(chǎng)線方向，電勢(shì)越來(lái)越低；(2)根據(jù)電勢(shì)的定義式 ，即將q從電場(chǎng)中的某點(diǎn)移至無(wú)窮遠(yuǎn)處電場(chǎng)力做功越多，則該點(diǎn)的電勢(shì)越高；(3)根據(jù)電勢(shì)差UABAB，若UAB0，則AB，反之AEcB.電勢(shì)大小關(guān)系有bEb，故A錯(cuò)誤；沿著電場(chǎng)線，電勢(shì)逐漸降低，b點(diǎn)所處的電場(chǎng)線位于右側(cè)導(dǎo)體的前面，即b點(diǎn)的電勢(shì)比右側(cè)的導(dǎo)體高，而右

5、側(cè)導(dǎo)體的電勢(shì)比d高，故b點(diǎn)電勢(shì)高于d點(diǎn)的電勢(shì)，故B錯(cuò)誤；電勢(shì)能的正負(fù)與零勢(shì)能點(diǎn)的選擇有關(guān)，該題以無(wú)窮遠(yuǎn)為零電勢(shì)點(diǎn)，所以說(shuō)負(fù)電荷放在d點(diǎn)時(shí)其電勢(shì)能為正值，故C錯(cuò)誤；從圖中可以看出，a點(diǎn)的電勢(shì)高于b點(diǎn)的電勢(shì)，而b點(diǎn)的電勢(shì)又高于d點(diǎn)的電勢(shì)，所以a點(diǎn)的電勢(shì)高于d點(diǎn)的電勢(shì).正電荷在電勢(shì)高處電勢(shì)能大，在電勢(shì)低處電勢(shì)能小，故正檢驗(yàn)電荷從a點(diǎn)移到d點(diǎn)的過(guò)程中，電勢(shì)能減小，則電場(chǎng)力做正功，故D正確.預(yù)測(cè)1(2016全國(guó)甲卷15)如圖2所示，P是固定的點(diǎn)電荷，虛線是以P為圓心的兩個(gè)圓.帶電粒子Q在P的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡與兩圓在同一平面內(nèi)，a、b、c為軌跡上的三個(gè)點(diǎn).若Q僅受P的電場(chǎng)力作用，其在a、b、c點(diǎn)的加速

6、度大小分別為aa、ab、ac，速度大小分別為va、vb、vc，則()A.aaabac，vavcvb B.aaabac，vbvcvaC.abacaa，vbvcva D.abacaa，vavcvb圖2解析解析解析由庫(kù)侖定律F 可知，粒子在a、b、c三點(diǎn)受到的電場(chǎng)力的大小關(guān)系為FbFcFa，由a ，可知abacaa.根據(jù)粒子的軌跡可知，粒子Q與場(chǎng)源電荷P的電性相同，二者之間存在斥力，由cba整個(gè)過(guò)程中，電場(chǎng)力先做負(fù)功再做正功，且Wba|Wcb|，結(jié)合動(dòng)能定理可知，vavcvb，故選項(xiàng)D正確.預(yù)測(cè)2如圖3所示，虛線a、b、c、d表示勻強(qiáng)電場(chǎng)中的4個(gè)等勢(shì)面.兩個(gè)帶電粒子M、N(重力忽略不計(jì))以平行于等勢(shì)

7、面的初速度射入電場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)軌跡分別如圖中MPN和NQM所示.已知M是帶正電的帶電粒子.則下列說(shuō)法中正確的是()A.N一定也帶正電B.a點(diǎn)的電勢(shì)高于b點(diǎn)的電勢(shì)，a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大于b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)C.帶電粒子M的動(dòng)能減小，電勢(shì)能增大D.帶電粒子N的動(dòng)能增大，電勢(shì)能減小圖3解析返回解析解析電場(chǎng)線和等勢(shì)面垂直，所以電場(chǎng)沿水平方向，從正電荷M的軌跡MPN可知，電場(chǎng)力水平向右，故電場(chǎng)的方向水平向右.N電荷受電場(chǎng)力方向指向其軌跡內(nèi)側(cè)，故受電場(chǎng)力水平向左，所以N帶負(fù)電，故A錯(cuò)誤；電場(chǎng)線水平向右，沿電場(chǎng)線電勢(shì)降低，所以a點(diǎn)的電勢(shì)高于b點(diǎn)的電勢(shì)，而兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小相等.故B錯(cuò)誤；電場(chǎng)力對(duì)M粒子和N粒子都做正功，其電勢(shì)能減小，動(dòng)

8、能增加，故C錯(cuò)誤，D正確.返回高考題型2電場(chǎng)矢量合成問(wèn)題解題方略解題方略1.熟練掌握常見(jiàn)電場(chǎng)的電場(chǎng)線和等勢(shì)面的畫(huà)法.2.對(duì)于復(fù)雜的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)、電場(chǎng)力合成時(shí)要用平行四邊形定則.3.電勢(shì)的高低可以根據(jù)“沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低”或者由離正、負(fù)場(chǎng)源電荷的距離來(lái)確定.例2電荷量為Q的點(diǎn)電荷和接地金屬板MN附近的電場(chǎng)線分布如圖4所示，點(diǎn)電荷與金屬板相距為2d，圖中P點(diǎn)到金屬板和點(diǎn)電荷間的距離均為d.已知P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E0，則金屬板上感應(yīng)電荷在P點(diǎn)處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小為()圖4解析解析解析Q在P點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小 E1k ，方向水平向右.根據(jù)電場(chǎng)的疊加原理可得：E0E1E解得金屬板上感應(yīng)電荷在P點(diǎn)處產(chǎn)生的電

9、場(chǎng)強(qiáng)度E的大小為 EE0k ，故C正確.預(yù)測(cè)3 如圖5所示，直角坐標(biāo)系的y軸上的兩點(diǎn)A(0，r)，B(0，r)各放置著電量均為Q的點(diǎn)電荷，則其在x軸上的四個(gè)點(diǎn)O(0,0)，a(r,0)，b(2r,0)，c(3r,0)中所激發(fā)的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)最大的是()A.O點(diǎn) B.a點(diǎn)C.b點(diǎn) D.c點(diǎn)圖5解析預(yù)測(cè)4 兩個(gè)相距很近的等量異號(hào)點(diǎn)電荷組成的系統(tǒng)稱為電偶極子，如圖6所示，該電偶極子由相距為l，電荷量分別為q和q的點(diǎn)電荷構(gòu)成，取二者連線方向?yàn)閥軸方向，中點(diǎn)O為原點(diǎn)，建立xOy坐標(biāo)系，P點(diǎn)距坐標(biāo)原點(diǎn)O的距離為r(rl)，P、O兩點(diǎn)間連線與y軸正方向的夾角為，設(shè)無(wú)窮遠(yuǎn)處的電勢(shì)為零，P點(diǎn)的電勢(shì)為，靜電力常量為k，

10、下面給出了的四個(gè)表達(dá)式，其中只有一個(gè)是合理的.你可能不會(huì)求解P點(diǎn)的電勢(shì)，但是你可以通過(guò)一定的物理分析，對(duì)下列表達(dá)式的合理性做出判斷，那么的合理表達(dá)式應(yīng)為()圖6解析解析解析解析若夾角90，則x軸上的電勢(shì)處處為0，這與cos 相符，A、D錯(cuò)誤；因離O點(diǎn)越遠(yuǎn)，其電勢(shì)就越小，故r應(yīng)在分母上，故B正確.返回高考題型3帶點(diǎn)粒子在有界磁場(chǎng)中的臨界、極值問(wèn)題解題方略解題方略1.解決帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題，關(guān)鍵在于運(yùn)用動(dòng)態(tài)思維，尋找臨界點(diǎn)，確定臨界狀態(tài)，根據(jù)粒子的速度方向找出半徑方向，同時(shí)由磁場(chǎng)邊界和題設(shè)條件畫(huà)好軌跡，定好圓心，建立幾何關(guān)系.2.粒子射出或不射出磁場(chǎng)的臨界狀態(tài)是粒子運(yùn)動(dòng)軌跡與磁場(chǎng)邊界相

11、切.例3如圖7所示，M、N為中心開(kāi)有小孔的平行板電容器的兩極板，相距為D，其右側(cè)有一邊長(zhǎng)為2a的正三角形區(qū)域，區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在極板M、N之間加上電壓U后，M板電勢(shì)高于N板電勢(shì).現(xiàn)有一帶正電的粒子，質(zhì)量為m，電荷量為q，其重力和初速度均忽略不計(jì)，粒子從極板M的中央小孔S1處射入電容器，穿過(guò)小孔S2后從距三角形A點(diǎn) a的P處垂直AB方向進(jìn)入磁場(chǎng)，試求：圖7解析答案(1)粒子到達(dá)小孔S2時(shí)的速度；解析解析帶電粒子在加速電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)由動(dòng)能定理得： qU mv2解析答案(2)若粒子從P點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)后經(jīng)時(shí)間t從AP間離開(kāi)磁場(chǎng)，求粒子的運(yùn)動(dòng)半徑和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小；解析解析粒子的軌跡圖如圖甲所

12、示，粒子從進(jìn)入磁場(chǎng)到從AP間離開(kāi)，由牛頓第二定律可得：qvBm解析答案(3)若粒子能從AC間離開(kāi)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)滿足什么條件？解析答案解析解析粒子從進(jìn)入磁場(chǎng)到從AC間離開(kāi)，若粒子恰能到達(dá)BC邊界，如圖乙所示，設(shè)此時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，根據(jù)幾何關(guān)系有此時(shí)粒子的軌道半徑為R12asin 60 a粒子從進(jìn)入磁場(chǎng)到從AC間離開(kāi)，若粒子恰能到達(dá)AC邊界，如圖丙所示，設(shè)此時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2，根據(jù)幾何關(guān)系有：R2( aR2)sin 60預(yù)測(cè)5 (多選)如圖8所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形abcd內(nèi)有垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一束速率不同的帶正電粒子從左邊界ad中點(diǎn)P垂直射入磁場(chǎng)，速度方向與ad邊

13、夾角 30，已知粒子質(zhì)量為m、電荷量為q，粒子間的相互作用和粒子重力不計(jì).則()圖8預(yù)測(cè)6如圖9所示，空間存在一個(gè)半徑為R0的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)的方向垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，有一個(gè)粒子源在紙面內(nèi)沿各個(gè)方向以一定速率發(fā)射大量粒子，粒子的質(zhì)量為m、電荷量為q.將粒子源置于圓心，則所有粒子剛好都不離開(kāi)磁場(chǎng)，不考慮粒子之間的相互作用.圖9解析答案(1)求帶電粒子的速率.解析解析粒子離開(kāi)出發(fā)點(diǎn)最遠(yuǎn)的距離為軌道半徑的2倍，由幾何關(guān)系，則有R02r，r0.5R0解析答案(2)若粒子源可置于磁場(chǎng)中任意位置，且磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)?，求粒子在磁場(chǎng)中最長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t.24B解析答案(3)若

14、原磁場(chǎng)不變，再疊加另一個(gè)半徑為R1(R1R0)的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為 ，方向垂直于紙面向外，兩磁場(chǎng)區(qū)域成同心圓，此時(shí)該粒子源從圓心出發(fā)的粒子都能回到圓心，求R1的最小值和粒子運(yùn)動(dòng)的周期T.返回返回高考題型4帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的多過(guò)程問(wèn)題例4如圖10甲所示，在直角坐標(biāo)系xOy平面內(nèi)，以O(shè)點(diǎn)為中心的正方形abcd與半徑為3L的圓形之間的區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.在y軸上有一擋板PQ，擋板長(zhǎng)為L(zhǎng)，擋板的放置關(guān)于x軸對(duì)稱.a處有一個(gè)質(zhì)子源，OaL，可以向y軸方向發(fā)射出速度從零開(kāi)始的一系列質(zhì)子.已知質(zhì)子的質(zhì)量為m，電量為q，不計(jì)質(zhì)子的重力、質(zhì)子間的相互作用，質(zhì)子

15、碰到檔板被立即吸收.求：圖10解析答案(1)要使質(zhì)子不離開(kāi)圓形區(qū)域的最大速度；解析解析由洛倫茲力提供向心力得到：qvB 由題意得到最大的半徑Rmax2L解析答案(2)當(dāng)質(zhì)子速度滿足什么條件時(shí)，質(zhì)子運(yùn)動(dòng)中能夠經(jīng)過(guò)c點(diǎn)；解析解析由題目得到質(zhì)子的半徑R取值范圍為： RL解析答案(3)質(zhì)子第一次回到a點(diǎn)的最長(zhǎng)時(shí)間；質(zhì)子經(jīng)過(guò)a點(diǎn)的最長(zhǎng)時(shí)間，是以半徑 為運(yùn)動(dòng)的質(zhì)子，如圖所示，解析答案(4)如圖乙，如果整個(gè)圓內(nèi)都充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，擋板長(zhǎng)度增為2L，擋板的放置仍關(guān)于x軸對(duì)稱，而且a點(diǎn)能在xOy平面內(nèi)向四周均發(fā)射v 的質(zhì)子，那么，求從a點(diǎn)發(fā)射出的所有帶電粒子中擊中擋板左面粒子與擊中擋板右面粒子的比.

16、解析解析由幾何關(guān)系得，打到擋板左面的粒子所對(duì)應(yīng)的角度為90，打到擋板右面的粒子所對(duì)應(yīng)的角度也為90.所以，從a點(diǎn)發(fā)射出的所有帶電粒子中擊中擋板左面粒子與擊中擋板右面粒子的比為11.如圖所示.答案答案 11預(yù)測(cè)7如圖11所示，平行直線A1、A2間，存在兩個(gè)在豎直方向足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域和，以豎直面MN為理想分界面，方向均垂直紙面向外.兩磁場(chǎng)區(qū)域的寬度d相同，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小分別為B和 .在A1邊界某處有一個(gè)正粒子發(fā)射裝置P，可調(diào)節(jié)粒子發(fā)射速度的大小及方向，保證粒子運(yùn)動(dòng)軌跡均平行于紙面.已知磁場(chǎng)寬度d ，粒子質(zhì)量為m，電量為q，不計(jì)粒子所受重力.則：圖11解析答案(1)若以v0垂直A1邊界發(fā)射粒子，要保證粒子均能夠進(jìn)入?yún)^(qū)域又最終不能從A2邊界穿出，求發(fā)射粒子的速度范圍；粒子恰不能穿過(guò)MN邊界，即在區(qū)域中運(yùn)動(dòng)軌跡與MN相切，由幾何關(guān)系，有r1d 即r22r1解析答案解析答案(2)調(diào)節(jié)發(fā)射裝置，使粒子速度大小變?yōu)?，改變射入時(shí)的方向(其它條件不變)，使粒子以最短時(shí)間穿過(guò)區(qū)域.求粒子在區(qū)域的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t.返回解析解析由于速率一定，要粒子穿過(guò)區(qū)域的時(shí)間最短，則需粒子穿過(guò)I區(qū)域的弧長(zhǎng)最短(對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)最短)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖.由式，在區(qū)域運(yùn)動(dòng)的半徑R22R12d由幾何關(guān)系，粒子在區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的圓心恰在A1邊界上，且運(yùn)動(dòng)軌跡恰與A2邊界相切，在區(qū)域中轉(zhuǎn)過(guò)角度解析答案返回