高考物理復(fù)習(xí)電場和磁場

1、高考物理復(fù)習(xí) 電場和磁場【知識特點】重要講述了與電荷（導(dǎo)體）的受力和運動，能量變化密切相關(guān)的兩種場的特點；帶電粒子在這兩種場中的受力、運動、動量和能量變化的規(guī)律。【知識結(jié)構(gòu)】一、電場與磁場的對照：二、麥克斯韋的電磁場理論例題選講【例1】如圖所示，有一磁感強度的勻強磁場，C、D為垂直于磁場方向的同一平面內(nèi)的兩點，它們之間的距離=0.05m，今有一電子在此磁場中運動，它經(jīng)過C點的速度v的方向和磁場垂直，且與CD之間的夾角=30°。 （1）電子在C點時所受的磁場力的方向如何？（2）若此電子在運動后來又經(jīng)過D點，則它的速度應(yīng)是多大？（3）電子從C點到D點所用的時間是多少？（電子的質(zhì)量，電子的

2、電量）解析：電子以垂直磁場方向的速度在磁場中作勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力，依題意畫運動示意圖，由幾何關(guān)系可求得結(jié)論。 （1）電子在C點所受磁場力的方向如圖所示。（2）電子在洛倫茲力作用下作勻速圓周運動，夾角=30°為弦切角，圓弧CD所對的圓心角為60°，即DOC=60°，CDO為等邊三角形，由此可知軌道半徑R=l。由和R=可知 （3）將R=和代入周期公式中得 設(shè)電子從C點到D點所用時間為t，由于電子做勻速圓周運動，所以由上兩式得： 代入數(shù)據(jù)得： 【例2】如圖所示，半徑為a的圓形區(qū)域內(nèi)有勻強磁場，磁感強度B=0.2T，磁場方向垂直于紙面向里，半徑為b的金屬圓環(huán)

3、與磁場同心放置，磁場與環(huán)面垂直，其中a=0.4m，b=0.6m。金屬環(huán)上分別接有燈L1、L2，兩燈的電阻均為R0=2。一金屬棒MN與金屬環(huán)接觸良好，棒與環(huán)的電阻均不計。 （1）若棒以的速率在環(huán)上向右勻速滑動，求環(huán)滑過圓環(huán)直徑OO的瞬間，MN中的電動勢和流過L1的電流。 （2）撤去中間的金屬棒MN，將右面的半圓環(huán)OL2O以O(shè)O為軸向低面外翻轉(zhuǎn)90°，若此后磁場隨時間均勻變化，其變化率為，求L1的功率。解析：（1）棒滑過圓環(huán)直徑OO的瞬時，垂直切割磁感線的有效長度為2a，故在MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為 ，通過燈L1的電流（2）撤去金屬棒MN，半圓環(huán)OL2O以O(shè)O為軸向上翻轉(zhuǎn)90°

4、，而后磁場發(fā)生變化時，由法拉第電磁感應(yīng)定律：則L1的功率【例3】如圖所示，邊長為的正方形ABCD中有豎直向上的勻強電場。一個不計重力的帶電粒子，質(zhì)量為，電量為，以初速度從A點沿AD方向射入，正好從CD的中點射出，而且速度方向與CD成=30°的夾角。 （1）該帶電粒子帶什么電？（2）該電場的場強E=？（3）若撤去電場，改換成勻強磁場，帶電粒子仍從CD中點以同樣方向射出，所加磁場的方向、磁感強度B的大小如何？帶電粒子在磁場中的運動時間是多少？解析：（1）帶電粒子所受電場力方向與場強方向相反粒子應(yīng)帶負電。（2）根據(jù)帶電粒子離開電場時的運動方向，可得 即 該電場的場強（3）換成磁場后，要使帶

5、電粒子向CD中點偏轉(zhuǎn)，根據(jù)左手定則磁場方向必須垂直紙面向里。此時帶電粒子做勻速圓周運動（如圖所示）。設(shè)其運動半徑為R，根據(jù)幾何關(guān)系，有 得 又根據(jù) 磁感強度圓弧所對的圓心角為60°粒子在磁場中運動的時間 【例4】如圖所示，在地面上方和真空室內(nèi)有互相垂直的勻強電場和勻強磁場，勻強電場方向指向軸負方向，場強，勻強磁場方向指向軸的正方向，磁感強度B=0.4T，現(xiàn)有一帶電微粒以的速度由坐標(biāo)原點沿軸正方向射入真空室后立即做勻速圓周運動，從微粒有O點射入開始計時，求經(jīng)過時間時微粒所處位置的坐標(biāo)。（）解析：由帶電粒子做勻速圓周運動可知： 粒子所受的重力和電場力相平衡，且?guī)ж撾姡?即 粒子在平面內(nèi)做

6、勻速圓周運動，根據(jù)左手定則，軌跡如圖所示。 粒子運動周期 把代入 可得軌跡所對圓心角 又根據(jù) 可得粒子運動半徑 由此可得 即粒子經(jīng)的位置坐標(biāo)為（0，0.1，0.03）【例5】位于豎直平面內(nèi)矩形平面導(dǎo)線框。水平邊長L1=1.0，豎直邊長L2=0.5，線框的質(zhì)量，電阻R=2，其下方有一勻強磁場區(qū)域，該區(qū)域的上、下邊界PP和QQ均與平行。兩邊界間距離為H，HL2，磁場的磁感強度B=1.0T，方向與線框平面垂直。如圖所示，令線框的邊從離磁場區(qū)域上邊界PP的距離為處自由下落。已知線框進入磁場以后，邊到達邊界PP之前的某一時刻線框的速度已到達這一段的最大值。問從線框開始下落到邊剛剛到達磁場區(qū)域下邊界QQ過

7、程中，磁場作用在線框的安培力做的總功為多少？（，不計空氣阻力）解析：依題意，線框的邊到達邊界PP之前某一時刻線框速度達到這一階段速度最大值，以表示這一最大速度，則有：在最大速度時，dc邊產(chǎn)生的電動勢： 線框中電流 則 速度達最大值條件： 即 邊繼續(xù)向下運動過程中，直至線框邊到達上邊界PP，線框保持速度不變，故從線框自由下落至邊進入磁場過程中，由動能定理： 得安培力做的功 （想一想：為什么可不考慮邊再下落達到下邊界QQ呢？）解后反思 本板塊內(nèi)容是高考的重點之一。整個知識點與力學(xué)中的牛頓運動定律、受力分析、運動學(xué)公式、動能定理、功能關(guān)系和動量守恒定律是密切相關(guān)的。例如：是動能定理的一種表達形式。例

8、如：一個靜止的原子核在勻強磁場中發(fā)生衰變，衰變后兩粒子的運動方向恰好垂直磁場方向，將在磁場中“劃出”兩個圓軌跡，這里既用到動量守恒定律，又用到勻速圓周運動的知識。還有兩導(dǎo)線由于相互間的安培力作用，也遵循了動量守恒定律。如圖1所示水平放置、間距為d的兩無電阻光滑導(dǎo)軌，有勻強磁場B豎直向下穿過導(dǎo)軌平面。有質(zhì)量均為，電阻均為R的兩金屬棒垂直導(dǎo)軌靜置著。現(xiàn)給一個瞬時沖量I，則回路有感應(yīng)電流產(chǎn)生，間有安培力相互作用，其系統(tǒng)動量可守恒。當(dāng)然若改成圖2。棒所處位置導(dǎo)軌收窄為，雖然回路仍有感應(yīng)電流產(chǎn)生，但系統(tǒng)動量將不守恒。想一想為什么？不過圖2仍可達到平衡狀態(tài)。試分析以到達寬軌盡頭之前已出現(xiàn)平衡的條件是什么。

9、可見，力學(xué)知識在這一板塊的地位是多么重要啊！我們把這一板塊稱為“電學(xué)中的力學(xué)”也不為過。練習(xí)題1、 在電場中有A、B兩點，關(guān)于這兩點的場強和電勢間的關(guān)系，下列說法中正確的是：A、若場強相等，則電勢一定相等； B、若電勢相等，則場強一定相等；C、電勢高處場強一定大； D、場強大處，電勢反而可能小。2、 如圖所示，A、B兩點放有電量為+Q和+2Q的點電荷，A、B、C、D四點在同一直線上，且AC=CD=DB，將一正電荷從C點沿直線移到D點，則A、 電場力一直做正功； B、電場力先做正功再做負功；C、 電場力一直做負功； D、電場力先做負功在做正功。3、不考慮重力作用，有關(guān)帶電粒子在電場或磁場中運動的

10、說法哪些是正確的？ A、在電場中可能作勻變速直線運動或勻變速曲線運動 B、在勻強磁場中可能做勻速直線運動或變加速曲線運動 C、在電場中不能做勻速圓周運動 D、在勻強磁場中不能做類平拋運動4、不考慮重力作用，下列各種隨時間變化的勻強電場哪些能使原來靜止的帶電粒子作單向直線運動： 5、如圖所示是一種延時開關(guān)。當(dāng)S1閉合時（S2閉合著），電磁鐵F將銜鐵D吸下，將C線路接通。當(dāng)S1斷開時，由于電磁感應(yīng)作用，D將延遲一段時間才被釋放。則： A、由于A線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用； B、由于B線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用； C、如果斷開B線圈的電鍵S2，無延時作用； D、如果斷

11、開B線圈的電鍵S2，延時作用變長；6、無線電波某波段的波長范圍為187560，為了避免鄰臺干擾，在一定范圍內(nèi)兩個相鄰電臺的頻率至少相差10kHz，則此波段中能容納電臺的個數(shù)約為 A、5000 B、100 C、200 D、207、如圖所示，LC振蕩回路中的震蕩周期，自振蕩電流沿逆時針方向達到最大值開始計時，當(dāng)時，以下哪些說法是正確的？ A、電容器C處于充電過程 B、線圈的磁通量達到最大值 C、電容器的上極板帶正電 D、電容器的上極板帶不帶電8、如圖所示，一束質(zhì)量、速度和電量不同的正離子垂直地射入勻強磁場和勻強電場正交的區(qū)域里，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子保持原來的運動方向，未發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)。如果讓這一些不發(fā)生

12、偏轉(zhuǎn)的離子進入另一勻強磁場中，發(fā)現(xiàn)這些離子又分裂成幾束，對這些進入后一磁場的離子，可得出結(jié)論A、它們的動能一定各不相同 B、它們的電量一定各不相同C、它們的質(zhì)量一定各不相同 D、它們的電量與質(zhì)量之比一定各不相同9、如圖所示，A是一邊長為L的正方形線框，框的電阻是R，今維持框以恒定的速度沿軸方向運動，并穿過圖中所示的勻強磁場B區(qū)域。若以軸方向為力的正方向，線框在圖示位置時為時間零點，則磁場對線框的作用力隨時間變化的圖線為：10、電磁流量計廣泛應(yīng)用于測量可導(dǎo)電流體（如污水）在管中的流量（在單位時間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）。為了簡化，假設(shè)流量計是如圖所示的橫截面為長方形的一段管道，其中空部分的

13、長、寬、高分別為，流量計的兩端與輸送流體的管道相連接（圖中虛線），圖中的上、下兩面是金屬材料，前、后兩面是絕緣材料。現(xiàn)于流量計所在處加磁感強度為B的勻強磁場，磁場方向垂直于前后兩面。當(dāng)導(dǎo)電流體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計時，在管外將流量計上、下兩表面分別與一串接了電阻R的電流表的兩端連接，I表示測得的電流值。已知流體的電阻率為，不計電流表的內(nèi)阻，則可求得流量為： A、 B、 C、 D、11、1992年7月，航天飛機“阿特蘭蒂斯號”進行了一項衛(wèi)星懸繩發(fā)電實驗，航天飛機在赤道上空飛行，速度約，方向由西向東。地磁場在該處的磁感應(yīng)強度。從航天飛機上發(fā)出一顆衛(wèi)星，攜帶一根長L=20km的金屬懸繩離開航天飛機。航天飛

14、機和衛(wèi)星間的懸繩指向地心，預(yù)計這根懸繩能產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為 ；航天飛機的電勢 于衛(wèi)星的電勢（填“大于”、“小于”、“等于”）；通過電離層可形成回路，電流強度約為I=3A，懸繩電阻r=800，則航天飛機可獲得電功率P= （實驗因機械故障未能全部放出懸繩，但放出的部分懸繩證明原理完全正確）。12、如圖所示，平行正對的金屬板A和B相距為d，板長為L，板間電壓為U，C是長度為d的檔板，其上下兩端與AB水平相齊，S是一塊足夠長的屏，C到平行金屬板右端和到S的距離均為，現(xiàn)讓各種不同的帶電粒子沿與AB兩板中心線射入，不計粒子的重力和相互之間的作用。 （1）由于C的存在將有部分粒子打不到屏S，求該部分“陰影”

15、上下的寬度H （2）畫出所有粒子能到達屏S的最大區(qū)域，并求出該區(qū)域的寬度h （3）若用q表示某種粒子的電量，則該粒子的初動能EK多大才能達到屏S上？13、如圖所示，質(zhì)量、電量、速率相同的帶電粒子垂直射入勻強磁場，如果粒子垂直于縫S射入則粒子達到照相底片上的N點，但實際上一些粒子偏離一個很小的角度射入，如果要求粒子達到照相底片上距N的距離不大于直徑2R的0.1，則應(yīng)不大于多少？（結(jié)果可能用反三角函數(shù)值表示）14、如圖在P點有一電子發(fā)射源，靜止的電子經(jīng)一電壓加速后，垂直擊中屏幕上的M點，若在PM之間有一半徑為R的圓形區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)存在著磁感強度為B的勻強磁場，且圓心O在PM的連線上，電子將擊中屏幕

16、的N點，已知電子電量為e，質(zhì)量為m，O點與M點的距離為L，N點與M點的距離為，則加速電壓U為多大？15、如圖所示，邊長分別為和的兩個正方形線框P、Q，分別懸掛在滑輪A和C的兩側(cè)，其質(zhì)量分別為，電阻都是1，P的下邊和Q的上邊距磁場邊界均為H，勻強磁場的磁感強度為B=1T，將P、Q無初速度釋放，繩的質(zhì)量和一切摩擦均不計，當(dāng)P的下端進入磁場后，兩線框開始做勻速直線運動，求： （1）H=？ （2）在P、Q勻速運動中，共釋放多少熱量？16、如圖所示，在0的區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場，磁場方向垂直于平面并指向紙面外，磁感強度為B。一帶正電的粒子以速度從O點射入磁場，入射方向在平面內(nèi)，與軸正方向的夾角為。若粒子射出

17、磁場的位置與O點的距離為L，求該粒子的電量和質(zhì)量之比。17、如圖所示，金屬桿放在兩水平放置的長直平行金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌電阻不計，導(dǎo)軌間的寬度為1.0m，其間有豎直向上的勻強磁場，磁感強度B=1.0T，現(xiàn)用導(dǎo)線與插入電解槽中的兩惰性電極C 、D相連，回路總電阻為2，電解液為500溶液。先對棒施加一大小為3N的水平恒力，棒即開始運動，最后達到穩(wěn)定狀態(tài)。從棒開始運動到棒剛達到穩(wěn)定狀態(tài)過程中，C、D中的某一電極增重（設(shè)電解時該電極無氫氣析出，且不考慮水解和溶液體積的變化）（1）寫出D的電極反應(yīng)方程式。 （2）寫出電解溶液的化學(xué)方程式。 （3）棒達到穩(wěn)定狀態(tài)時的速度多大？ （4）棒剛達到穩(wěn)定速度時，溶液中氫離子的濃度為多少？ （5）從棒開始運動到達到穩(wěn)定過程中，棒移動的距離？18、質(zhì)譜儀是一種測帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具。現(xiàn)有一如圖形式的質(zhì)譜儀，離子源S產(chǎn)生出質(zhì)量為m，電量為q的速度可忽略不計的正離子，出來的離子經(jīng)電場加速，從a點沿ab方向進入磁感強度為B