第12講-電場和磁場的基本性質(zhì)公開課

第12講電場和磁場的基本性質(zhì)物理觀念——在自主串憶中整合升華

1．電場強度的三個公式2．電場能的性質(zhì)3．等勢面與電場線的關(guān)系(1)電場線總是與等勢面垂直，且從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。(2)電場線越密的地方，等差等勢面也越密。(3)沿等勢面移動電荷，電場力不做功，沿電場線移動電荷，電場力一定做功。4．電容、電容器(2)平行板電容器的兩類動態(tài)分析5．磁場的疊加及安培力(1)地磁場的分布：北半球，豎直分量向下；南半球，豎直分量向上；地球上各處，水平分量向北；赤道上空，磁感應(yīng)強度方向水平向北。(2)磁場的疊加：幾根通電導(dǎo)線的磁場的疊加——安培定則(右手螺旋定則)，磁感應(yīng)強度垂直于半徑線；矢量疊加。(3)安培力6．帶電粒子在磁場中的受力情況(1)磁場只對不沿磁感線運動的電荷有力的作用，對靜止的電荷或沿磁感線運動的電荷無力的作用。(2)洛倫茲力的大小和方向：其大小為F＝qvBsinθ，注意：θ為v與B的夾角。F的方向由左手定則判定，四指的指向應(yīng)為正電荷運動的方向或負電荷運動方向的反方向。(3)洛倫茲力做功的特點：由于洛倫茲力始終和速度方向垂直，所以洛倫茲力永不做功?？茖W(xué)思維——在遷移應(yīng)用中融會貫通

考點一電場的性質(zhì)1.(2021·浙江6月選考)某書中有如圖所示的圖，用來表示橫截面是“<”形導(dǎo)體右側(cè)的電場線和等勢面，其中a、b是同一條實線上的兩點，c是另一條實線上的一點，d是導(dǎo)體尖角右側(cè)表面附近的一點。下列說法正確的是(

)A．實線表示電場線B．離d點最近的導(dǎo)體表面電荷密度最大C．“<”形導(dǎo)體右側(cè)表面附近電場強度方向均相同D．電荷從a點到c點再到b點電場力做功一定為零解析：處于靜電平衡的導(dǎo)體，是個等勢體，則整個導(dǎo)體為等勢體，由于電場線方向總是與等勢面垂直，所以實線不是電場線，是等勢面，所以A錯誤；根據(jù)等勢面的疏密表示電場強度的強弱，則d點的電場強度較弱，并且電場強度越大的地方電荷密度越大，所以B錯誤；在“<”形導(dǎo)體右側(cè)表面上下部分附近電場強度方向不相同，所以C錯誤；由于a、b在同一等勢面上，則電荷從a點到c點再到b點電場力做功一定為零，所以D正確。答案：D

2．(2021·寧波模擬)(多選)如圖所示，一光滑絕緣足夠長的斜面與兩個等量同種正點電荷連線的中垂面重合，O為兩點電荷連線的中點。A、B為斜面上的兩點，且BO>AO。一個帶電荷量為q、質(zhì)量為m、可視為質(zhì)點的小物塊，從A點以初速度v0開始沿斜面下滑，到達B點速度恰好為零。(斜面對電場無影響)以下說法正確的是

(

)A．小物塊帶正電，從A點運動到B點，加速度先增大后減小B．小物塊帶負電，從A點運動到B點，電勢能先減小后增大C．小物塊運動到O點時具有最大速度D．小物塊能回到A點，且速度大小等于v0解析：從A點到B點，物塊的動能和重力勢能均減小，則機械能減小，電勢能變大，電場力對滑塊做負功，可知滑塊帶負電，從A點到O點電場力做正功，電勢能減??；從O點到B點電場力做負功，電勢能變大；因在O點兩側(cè)斜面上都存在一個場強最大的位置，此位置與A、B兩點的位置關(guān)系不確定，則不能確定滑塊加速度的變化情況，選項A錯誤，B正確；因滑塊在O點以下某位置時，受到向下的重力、垂直斜面的支持力以及沿斜面向上的電場力，三力平衡時加速度為零，速度最大，可知小物塊運動到O點以下某位置時具有最大速度，選項C錯誤；小物塊到達最低點后，加速度沿斜面向上，由能量守恒定律可知，滑塊能回到A點，且速度大小等于v0，選項D正確。答案：BD

謹記師說1．描述電場的物理量間的關(guān)系2．電荷電勢能大小判斷四法做功判斷法電場力做正功，電勢能減??；電場力做負功，電勢能增大電荷電勢法正電荷在電勢越高的地方電勢能越大，負電荷在電勢越低的地方電勢能越大公式法由Ep＝qφ，將q、φ的大小、正負號一起代入公式，Ep數(shù)值(包括正負號)越大，表示電勢能越大能量守恒法在電場中，若只有電場力做功時，電荷的動能和電勢能相互轉(zhuǎn)化，兩種能量之和不變，所以電荷動能增加時，其電勢能減??；反之，其電勢能增大考點二電容器及其動態(tài)分析3.電容式壓力傳感器的原理如圖所示，其中上板為固定電極，下板為可動電極?？蓜与姌O的兩端固定，當(dāng)有壓力作用于可動電極時，極板會發(fā)生形變，從而改變電容器的電容。已知電流從靈敏電流計的正接線柱流入時指針往右偏，則壓力突然增大時

(

)A．電容器的電容變小

B．電容器的電荷量不變C．靈敏電流計指針往左偏

D．電池對電容器充電4．一平行板電容器兩極板之間充滿云母介質(zhì)，接在恒壓直流電源上。若將云母介質(zhì)移出，則電容器

(

)A．極板上的電荷量變大，極板間電場強度變大B．極板上的電荷量變小，極板間電場強度變大C．極板上的電荷量變大，極板間電場強度不變D．極板上的電荷量變小，極板間電場強度不變5．研究與平行板電容器電容有關(guān)因素的實驗裝置如圖所示。下列說法正確的是

(

)A．實驗前，只用帶電玻璃棒與電容器a板接觸，能使電容器帶電B．實驗中，只將電容器b板向上平移，靜電計指針的張角變小C．實驗中，只在極板間插入有機玻璃板，靜電計指針的張角變大D．實驗中，只增加極板帶電量，靜電計指針的張角變大，表明電容增大謹記師說平行板電容器的動態(tài)問題分析考點三磁場的性質(zhì)及磁場對通電導(dǎo)線的作用6.(2021·浙江6月選考)(多選)如圖所示，有兩根用超導(dǎo)材料制成的長直平行細導(dǎo)線a、b，分別通以80A和100A流向相同的電流，兩導(dǎo)線構(gòu)成的平面內(nèi)有一點p，到兩導(dǎo)線的距離相等。下列說法正確的是

(

)A．兩導(dǎo)線受到的安培力Fb＝125FaB．導(dǎo)線所受的安培力可以用F＝ILB計算C．移走導(dǎo)線b前后，p點的磁感應(yīng)強度方向改變D．在離兩導(dǎo)線所在的平面有一定距離的有限空間內(nèi)，不存在磁感應(yīng)強度為零的位置解析：兩導(dǎo)線受到的安培力是相互作用力，大小相等，故A錯誤；導(dǎo)線所受的安培力可以用F＝ILB計算，因為磁場與導(dǎo)線垂直，故B正確；移走導(dǎo)線b前，b的電流較大，則p點磁場方向與導(dǎo)線b產(chǎn)生磁場方向同向，方向垂直紙面向里，移走導(dǎo)線b后，p點磁場方向與導(dǎo)線a產(chǎn)生磁場方向相同，方向垂直紙面向外，故C正確；在離兩導(dǎo)線所在的平面有一定距離的有限空間內(nèi)，兩導(dǎo)線在任意點產(chǎn)生的磁場均不在同一條直線上，故不存在磁感應(yīng)強度為零的位置，故D正確。答案：BCD

7.如圖所示，四根相互平行的固定長直導(dǎo)線L1、L2、L3、L4，其橫截面構(gòu)成一角度為60°的菱形，均通有相等的電流I，菱形中心為O。L1中電流方向與L2中的相同，與L3、L4中的相反，下列說法正確的是

(

)A．菱形中心O處的磁感應(yīng)強度不為零B．菱形中心O處的磁感應(yīng)強度方向沿OL1C．L1所受安培力與L3所受安培力大小不相等D．L1所受安培力的方向與L3所受安培力的方向相同解析：由右手螺旋定則可知，L1在菱形中心O處的磁感應(yīng)強度方向沿OL2方向，L2在菱形中心O處的磁感應(yīng)強度方向沿OL3方向，L3在菱形中心O處的磁感應(yīng)強度方向沿OL2方向，L4在菱形中心O處的磁感應(yīng)強度方向OL3方向，由平行四邊形定則可知，菱形中心O處的合磁感應(yīng)強度不為零，方向應(yīng)在OL3方向與OL2方向之間，故A正確，B錯誤；L1和L3受力如圖所示，由于四根導(dǎo)線中的電流大小相等且距離相等，所以每兩根導(dǎo)線間的相互作用力大小相等，由幾可關(guān)系可知，L1所受安培力與L3所受安培力大小相等，方向相反，故C、D錯誤。答案：A

謹記師說磁場性質(zhì)分析的三個技巧(1)判斷電流的磁場要正確應(yīng)用安培定則(右手螺旋定則)，明確大拇指、四指及手掌的放法。(2)求解安培力作用下的力學(xué)問題的基本思路(3)磁感應(yīng)強度是矢量，多個通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場疊加時，合磁場的磁感應(yīng)強度等于各場源單獨存在時在該點的磁感應(yīng)強度的矢量和，遵從平行四邊形定則。9．(2019·北京高考)如圖所示，正方形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面的勻強磁場。一帶電粒子垂直磁場邊界從a點射入，從b點射出。下列說法正確的是(

)A．粒子帶正電B．粒子在b點速率大于在a點速率C．若僅減小磁感應(yīng)強度，則粒子可能從b點右側(cè)射出D．若僅減小入射速率，則粒子在磁場中運動時間變短

謹記師說分析磁場對運動電荷的作用的三個關(guān)鍵命題導(dǎo)向——在真題集訓(xùn)中把脈規(guī)律

1.(2021·浙江6月選考)如圖所示，在火箭發(fā)射塔周圍有鋼鐵制成的四座高塔，高塔的功能最有可能的是

(

)A．探測發(fā)射臺周圍風(fēng)力的大小B．發(fā)射與航天器聯(lián)系的電磁波C．預(yù)防雷電擊中待發(fā)射的火箭D．測量火箭發(fā)射過程的速度和加速度解析：鋼鐵制成的高塔有避雷作用，高塔的功能是預(yù)防雷電擊中待發(fā)射的火箭，故C正確。答案：C

2．(2020·浙江7月選考)空間P、Q兩點處固定電荷量絕對值相等的點電荷，其中Q點處為正電荷，P、Q兩點附近電場的等勢線分布如圖所示，a、b、c、d、e為電場中的5個點，設(shè)無窮遠處電勢為0，則

(

)A．e點的電勢大于0B．a(chǎn)點和b點的電場強度相同C．b點的電勢低于d點的電勢D．負電荷從a點移動到c點時電勢能增加解析：由等勢線分布圖可以確定P、Q處固定等量異種點電荷，兩點電荷連線垂直平分線為等勢線且電勢為0，A項錯誤；電場線與等勢線垂直，故a、b兩點的電場強度方向不同，B項錯誤；Q點處為正電荷，則P處固定電荷為負電荷，所以φb>0，φd<0，所以b點電勢高于d點電勢，C項錯誤；又負電荷在電勢高處電勢能小，所以負電荷從a點移到c點時電勢能增加，D項正確。答案：D

3．(2018·浙江4月選考)一帶電粒子僅在電場力作用下從A點開始以－v0做直線運動，其v--t圖像如圖所示。粒子在t0時刻運動到B點，3t0時刻運動到C點，下列判斷正確的是

(

)A．A、B、C三點的電勢關(guān)系為φB>φA>φCB．A、B、C三點的場強大小關(guān)系為EC>EB>EAC．粒子從A點經(jīng)B點運動到C點，電勢能先增加后減少D．粒子從A點經(jīng)B點運動到C點，電場力先做正功后做負功解析：帶電粒子的帶電性不確定，無法判斷電勢的高低，A錯誤。由題圖可知，帶電粒子從A點到B點過程中加速度越來越大，故電場強度EA<EB，從B點到C點過程中，加速度越來越小，可知EC<EB，B錯誤。帶電粒子從A點經(jīng)B點運動到C點，速率先減小后增大，故電場力先做負功，后做正功，電勢能先增加后減少，故C正確，D錯誤。答案：C

4．(2020·浙江1月選考)如圖所示，電子以某一初速度沿兩塊平行板的中線方向射入偏轉(zhuǎn)電場中，已知極板長度l，間距d，電子質(zhì)量m，電荷量e。若電子恰好從極板邊緣射出電場，由以上條件可以求出的是

(

)A．偏轉(zhuǎn)電壓 B．偏轉(zhuǎn)的角度C．射出電場速度

D．電場中運動的時間5．(2019·浙江4月選考)在磁場中的同一位置放置一條直導(dǎo)線，導(dǎo)線的方向與磁場方向垂直，則下列描述導(dǎo)線受到的安培力F的大小與通過導(dǎo)線的電流I的關(guān)系圖像正確的是

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)解析：磁場中同一位置，磁感應(yīng)強度B保持不變。導(dǎo)線方向與磁場方向垂直時，安培力F＝BIL，故A選項正確。答案：A

6．(2020·浙江7月選考)特高壓直流輸電是國家重點能源工程。如圖所示，兩根等高、相互平行的水平長直導(dǎo)線分別通有方向相同的電流I1和I2，I1>I2。a、b、c三點連線與兩根導(dǎo)線等高并垂直，b點位于兩根導(dǎo)線間的中點，a、c兩點與b點距離相等，d點位于b點正下方。不考慮地磁場的影響，則

(

)A．b點處的磁感應(yīng)強