專題二--電場和磁場

1、- - 專題二電場與磁場考綱解讀 : 電場磁場是中學物理的核心內容之一，分析近十年來的高考試卷可以看出，這部分知識在高考試題中的比例約占百分之十三，為歷年高考試題中考點分布的重點區(qū)之一,尤其是在力電綜合問題巧妙的把電場磁場與牛頓運動定律、動能定理等力學知識有集的結合起來,要求考生有較高的綜合解題能力 ,從考試內容上看，帶電粒子在電場和磁場的運動是高考考查的重點;從試題形式上看,既有選擇題 ,又有計算題 ;從試題的難度上看,多屬于中等難度和較難的題，特別是只要有計算題出現(xiàn)就一定是難度較大的綜合題。由于高考的命題指導思想已把對考生能力的考查放到了首位,因而在試題的選材,條件設置等方面都會有新的變化

2、,將學科知識與社會生活,生產(chǎn)實際和科學技術相聯(lián)系的試題將會越來越多。這部分內容不僅可以考查考生對多學科知識的綜合運用，更能考查考生的實際應用能力,因此在復習中應引起足夠的重視。知識網(wǎng)絡復習線索：對本專題的知識要加深理解，能在頭腦中構建出條理清晰的知識網(wǎng)絡;對知識點之間的聯(lián)系,要深刻的理解體會,并牢記物體在不同場中的受力情況、運動特征和處理相應問題的方法與技巧。復習過程中需要形成以下幾條線索: 線索一從“力”的角度入手,把握電場力和洛倫茲力的特征1.在電場中的電荷，不論其運動與否，始終受電場力的作用；而磁場只對運動且速度方向與磁場方向不平行的電荷有洛倫茲力的作用; 電場電場強度e=f/q 電勢

3、=e電勢能/q 靜電荷描述勻強電場 u=e/d 點電荷電場強度2rkqe電場線電勢差 uab=a -b等勢面電容性質電場力 f=qe 加速 (v0 / e 或 v0 =0) 偏轉 (v0e) 定義式uqc,決定式kdsc4磁場動描述磁感應強度b=f/il 磁通量 =bs 磁感線性質對通電導線f=bil(i b) 對運動電荷f=qvbsin對通電線圈產(chǎn)生力矩v/b,f=0 vb , f=qvb 電荷做勻速圓周運動- - 2電場力的大小與電荷運動速度無關,其方向可與電場方向相同或相反；而洛倫茲力的大小與電荷運動的速度有關,其方向始終既與磁場方向垂直，又與速度方向垂直,即垂直于磁場和速度共同決定的平

4、面 ; .從力的作用效果看，電場力即可以改變電荷速度的方向，也可以改變速度大??；而洛倫茲力僅改變點和速度的方向,不能改變速度的大?。?.從做功和能量轉化的角度看，電場力對電荷做功,與路徑無關 ,能改變電荷的動能；而洛倫茲力對電荷永不做功,不能改變電荷的動能。線索二從“運動”的角度入手,把握電場和磁場中的典型運動形式帶電粒子在復合場中的典型運動形式包括: 當帶電粒子在復合場中所受合力為0 時，粒子將做勻速直線運動或者靜止;當帶電粒子所受的合外力與運動方向在同一直線上時，粒子將做變速直線運動;當帶電粒子所受的合外力充當向心力時，粒子將做勻速圓周運動;當帶電粒子所受合外力的大小、方向均是不斷變化的,

5、則粒子將做變加速運動,這類問題一般只能用能量觀點處理。線索三從力與運動的關系入手,把握處理帶電粒子在電場、磁場中運動的基本方法要正確、迅速地解答帶電粒子在電場、磁場中的運動問題，首先必須弄清物理情景,即在頭腦中再現(xiàn)客觀事物的運動全過程，把問題的情境形象化，從而建立起正確、清晰的物理情景;其二 ,考生應對物理知識有全面深入的理解;其三，熟練運用數(shù)學知識解決物理問題。此問題的分析方法和力學問題的分析方法基本相同,不同之處就是多了電場力和磁場力，因此在力學的三大觀點(動力學、能量、動量）分析問題的過程中，還要注意電場力和洛倫茲力的特點,如電場力做功與路徑無關,洛倫茲力方向始終和運動方向垂直、永不做功

6、等。精講一電場和磁場的性質考綱呈現(xiàn)主題內容要求說明電場庫侖定律將電場多與重力場類比解決問題靜電場電場強度、點電荷的場強電場線電勢能、電勢、電勢差勻強電場中電勢差與電場強度的關系。常用的電容器電容器的電壓、電荷量和電容的關系磁場磁場、磁感應強度、磁感線通電直導線和通電線圈周圍磁場的方向安培力、安培力的方向安培力的計算只限于電流與磁感應強度垂直的情形- - 勻強磁場中的安培力洛倫茲力、洛倫茲力的方向2. 洛倫茲力的計算只限于速度與磁場方向垂直的情形洛倫茲力的公式命題趨勢電場性質包括力的性質和能的性質,對力的性質的考查多以電場強度大小的判斷,電場力的計算、庫侖定律的應用等形式出現(xiàn);電場能的性質包括電

7、勢、電勢差、電勢能等知識，多考查定性的判斷，對電勢的考查常伴隨著電場線，等勢面等知識 ,對電勢差的考查一般與電場力做功等知識相結合,電容器和帶電粒子在電場中的運動一直是高考的熱點與難點，兩者往往結合在一起考查，電容器往往和電路的知識結合在一起,而帶電粒子在電場中的運動而帶電粒子在電場中的運動又多與磁場組合在一起進行考查。一般此類問題為綜合問題。以計算題的形式出現(xiàn)的概率較大,對學生要求較高。磁場的疊加、 安培定則、 安培力的應用， 以及帶電粒子在磁場中的圓周運動是高考考查的重點。通電導線在磁場中受力、運動問題在高考試題中多以選擇題的形式出現(xiàn)。此類問題經(jīng)常與其它知識綜合考查學生綜合分析、應用數(shù)學解

8、決物理問題的能力，解答此類問題要畫出軌跡圖、明確圓心的位置，結合幾何關系, 確定圓周半徑、運動時間。試題難度一般為中等難度或較難。應對方法：1.通過比較分析,正確理解掌握電場中的基本概念。電勢、電勢能、電場強度等都是用來描述電場性質的重要物理量,要正確理解他們的物理意義,可運用于類比的方法,如分析重力場和電場，電場力做功和重力做功，電勢能和重力勢能等,通過歸納總結 ,正確判斷電場中的相關物理量。2抓住重點，掌握“場”的特點和規(guī)律靈活運用兩大觀點解決帶電粒子在電場中的運動問題。(1）動力學觀點包括牛頓第三定律和運動學規(guī)律。（2）能量觀點包括動能定理,機械能守恒定律和能量守恒定律。3.熟練掌握有關

9、磁場的基本概念,知道磁場的矢量性，能夠運用矢量合成的方法把磁場進行疊加。熟練掌握安培定則、清楚各種形式的通電導線形成磁場的磁感線的分布。能夠計算通電導線在磁場中受到安培力的大小。應用左手定則判斷安培力和洛倫茲力的方向。安培力可以對通電導線做功。而洛倫茲力對帶電粒子不做功。帶電粒子在磁場中做圓周運動的問題,確定圓周運動的圓心及軌跡是解決此類問題的關鍵,對有理想邊界的磁場，要明確磁場的分布區(qū)域，了解帶電粒子進入磁場的初速度的大小和方向，離開磁場時的臨界條件。熱點一對電場基本概念的理解練習 .（ 15新課標全國卷1單選 )如圖 , 直線 a、b 和、 d 是處于勻強電場中的兩組平行線,m、 n、 q

10、是它們的交點, 四點處的電勢分別為m、n、q，一電子由m點分別運動到n點和 p點的過程中 , 電場力所做的負功相等, 則a. 直線位于某一等勢面內，mq . 直線 c 位于某一等勢面內,mnc若電子由m點運動到q點, 電場力做正功 . 若電子由 p點運動到q點, 電場力做負功練習 2.（2014新課標全國卷1多選 )如圖，在正點電荷的電場中有m、n、p、f 四點 ,、p 為直角三角形的三個頂點，f 為 mn 的中點 ,m=30， m、n、p、四點的電勢分別用m、n、mp nq abcd- - p、f表示。已知m=n，p=f,點電荷 q 在 m、n、p 三點所在的平面內,則（) a點電荷一定在的

11、連線上b連接 pf的線段一定在同一等勢面上c.將正試探電荷從p點搬運到n 點,電場力做負功p大于m練習 3 （ 013新課標全國卷1單選 )如圖 ,一半徑為r 的圓盤上均勻分布著電荷量為q 的電荷 ,在垂直于圓盤且過圓心c 的軸線上有a、 b、d 三個點 ,a 和 b、和 c、c 和 d 間的距離均為,在 a點處有一電荷量為q (q0）的固定點電荷.已知 b 點處的場強為零，則點處場強的大小為（k 為靜電力常量 ) a.錯誤 !未定義書簽。3qr2b錯誤 !未定義書簽。?kf(,r2)d. f（9+q,r2)錯誤 ! 未定義書簽。熱點二帶電體（或帶電粒子) 在電場中的運動練習 4(2 3新課標

12、全國卷1單選） 一水平放置的平行板電容器的兩極板間距為d，極板分別與電池兩極相連,上極板中心有一小孔(小孔對電場的影響可忽略不計)。小孔正上方錯誤 !未定義書簽。錯誤 !未定義書簽。 處的 p點有一帶電粒子,該粒子從靜止開始下落，經(jīng)過小孔進入電容器，并在下極板處 (未與極板接觸 )返回。若將下極板向上平移錯誤 !未定義書簽。錯誤!，則從 p點開始下落的相同粒子將a打到下極板上b在下極板處返回變c在距上極板 錯誤 !未定義書簽。錯誤 !未定義書簽。處返回 ? d在距上極板錯誤 !錯誤 !未定義書簽。d 處返回熱點三磁場對電流的作用練習 5.(214新課標全國卷1單選 )關于通電直導線在勻強磁場中

13、所受的安培力,下列說法正確的是（）.安培力的方向可以不垂直于直導線?.安培力的方向總是垂直于磁場的方向c安培力的大小與通電直導線和磁場方向的夾角無關d將直導線從中點折成直角，安培力的大小一定變?yōu)樵瓉淼囊话刖毩?6 （215新課標全國卷12 分）如圖， 一長為 1cm的金屬棒 a用兩個完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強磁場中; 磁場的磁感應強度大小為0.1t, 方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣，金屬棒通過開關與一電動勢為2的電池相連，電路總電阻為2。已知開關斷開時兩彈簧的伸長量均為0.5 ; 閉合開關，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長量與開關斷開時相比均改變了0.3cm，重力加速度大小

14、取0 s。 判斷開關閉合后金屬棒所受安培力的方向, 并求出金屬棒的質量。b a d q q c - - 熱點四帶電粒子在磁場中的運動練習 . (2015新課標全國卷單選）兩相鄰勻強磁場區(qū)域的磁感應強度大小不等、方向平行。一速度方向與磁感應強度方向垂直的帶電粒子（不計重力) ，從較強磁場區(qū)進入到較弱磁場區(qū)后, 粒子的a. 軌道半徑減小，角速度增大b.? 軌道半徑減小, 角速度減小c. 軌道半徑增大，角速度增大. 軌道半徑增大, 角速度減小練習 8(204新課標全國卷1單選）如圖 ,mn 為鋁質薄平板，鋁板上方和下方分別有垂直于圖平面的勻強磁場(未畫出）。一帶電粒子從緊貼鋁板上表面的p 點垂直于鋁

15、板向上射出,從 q 點穿越鋁板后到達pq 的中點 o。已知粒子穿越鋁板時，其動能損失一半,速度方向和電荷量不變。不計重力。鋁板上方和下方的磁感應強度大小之比為( ）a2 b2c.1 d.22練習 9.( 3 新課標 2）空間有一圓柱形勻強磁場區(qū)域，該區(qū)域的橫截面的半徑為r,磁場方向垂直橫截面。一質量為m、電荷量為q(q0)的粒子以速率0沿橫截面的某直徑射入磁場,離開磁場時速度方向偏離入射方向60 。不計重力，該磁場的磁感應強度大小為( ）aqrmv330bqrmv0c.qrmv03dqrmv03練習 .( 13 新課標 )18.如圖，半徑為r 的圓是一圓柱形勻強磁場區(qū)域的橫截面（紙面）,磁感應

16、強度大小為b，方向垂直于紙面向外。一電荷量為（q0)、質量為m 的粒子沿平行于直徑a的方向射入磁場區(qū)域，射入點與ab 的距離為r/2。已知粒子射出去的磁場與射入磁場時運動方向間的夾角為 0 ，則例子的速率為（不計重力)( ) a mqbr2錯 誤 ! 未 定 義 書 簽 。b.mqbr錯 誤 ! 未 定 義 書 簽 。cmqbr23d.mqbr2錯誤 !未定義書簽。第二講帶電粒子在復合場中的運動考綱呈現(xiàn)主題內容要求說明電場磁場帶電粒子在勻強電場中的運動示波管安培力、安培力的方向. 安培力的計算只限于電流與磁感應強度垂直的情形勻強磁場中的安培力洛倫茲力、洛倫茲力的方向. 洛倫茲力的計算只限于速度

17、與磁場方向垂直的情形洛倫茲力的公式b a b q - - 帶電粒子在勻強磁場中的運動質譜儀和回旋加速器命題趨勢帶電粒子在復合場中運動是電學的重要題型,是歷年來高考考查的重點和熱點。試題難度大，分值大，區(qū)分度大。近兩年帶電粒子在復合場的運動問題多考查電場和磁場分布在不同的區(qū)域。即形成組合場 ,粒子分別在電場和磁場中運動，有時也出現(xiàn)在同一區(qū)域同時存在電場，磁場以及重力場,即形成復合場，此類復合場問題較之前者難度更大。應對方法：復合場一般包括重力場、電場和磁場。 本專題中所說的復合場是指磁場和電場、磁場和重力場，或者三場合一。帶電粒子在三場中的受力特點: .重力的大小為mg，方向豎直向下，重力做功與

18、路徑無關，其數(shù)值除與帶電粒子質量有關外,還與粒子的初、末位置的高度差有關。電子、質子、離子等微觀粒子無特殊說明一般不計重力；帶點小球、塵埃、液滴等無特殊說明，一般重力不能忽略。如果有具體數(shù)值可以通過計算比較確定是否考慮重力。2電場力的大小qe，方向與電場強度及帶電粒子所帶電荷的性質有關,電場力做功與路徑無關,其數(shù)值除與帶電粒子的電荷量有關外,還與初、末位置的電勢差有關。3.洛倫茲力的大小f=qvbsi ，其中為帶電粒子的速度方向與磁場方向的夾角。當粒子的速度與磁場垂直時f=v,洛倫茲力的方向垂直于速度和磁感應強度b 所決定的平面，無論帶電粒子做什么運動，洛倫茲力不做功。帶電粒子在復合場、組合場

19、中運動的處理方法：正確分析帶電粒子受力及運動特征是解決問題的前提,帶電粒子在復合場中做什么運動,取決于帶電粒子所受的合外力及其初始狀態(tài)的速度。因此應把帶電粒子的運動情況和受力情況結合起來進行分析 ,當帶電粒子在復合場中所受合外力為零時,粒子做勻速直線運動（如速度選擇器)，靈活運用力學規(guī)律是解決問題的關鍵,帶電粒子在組合場中運動時，帶電粒子依次通過不同的場區(qū),因其受力情況隨區(qū)域而變化， 故其運動規(guī)律也有所不同,根據(jù)區(qū)域和運動的不同,將粒子運動的過程劃分為幾個不同的階段，對不同的階段選取不同的規(guī)律處理。聯(lián)系不同階段的物理量是速度，因此確定帶電粒子在場區(qū)邊界的速度（包括大小和方向）是解決問題的關鍵。根據(jù)受力大致畫出運動的軌跡圖。有利于形象直觀解決問題。根據(jù)軌跡圖應用幾何知識和已知條件相結合,依據(jù)相應的物理規(guī)律列出方程組，解決問題。熱點一帶電粒子在組合場中的運動練習 1 （202新課標全國卷118 分）如圖 ,一半徑為r 的圓表示一柱