【60天冲刺】2012年高考二轮三轮总复习专题学案课件第3单元-电场和磁场专题(浙江专用).ppt

第三单元电场和磁场 第三单元 知识网络构建 第三单元 考情分析预测 电场和磁场是中学物理的重要内容 带电粒子在电场和磁场中的运动一般与直线运动 牛顿运动定律 圆周运动及功能关系等规律综合考查 带电粒子在场中的运动可以从动力学角度分析 也可以从功和能的角度分析 具有综合性强 难度较大的特点 电场专题的主要考点包括电场的力的性质 库仑定律 电场强度 用电场线描述电场 电场的能的性质 电势 电势差 用等势面描述电场 电场力做功 电势能 及电场知识的应用 电容的概念 带电粒子在电场中的加速 带电粒子在匀强电场中的偏转 等 第三单元 考情分析预测 磁场专题的主要考点包括磁场的性质 磁感应强度 用磁感线描述磁场 洛伦兹力和安培力的特点 带电粒子在磁场中的运动及应用等 带电粒子在匀强磁场中的圆周运动是本专题的重点之一 涉及的知识点主要是由洛伦兹力提供向心力及匀速圆周运动的有关知识 该内容与平面几何联系紧密 确定粒子运动的径迹 应先画出粒子的运动轨迹图 然后确定圆心及半径 本单元的考查重点是 1 通过带电粒子在电场中的运动 受力 功能变化考查静电场的产生及对静电场的性质的理解 包括作为电场的力的性质的物理量的电场强度和作为电场的能的性质的物理量的电势 要点是带电粒子的加速与偏转 2 考查带电粒子在匀强磁场或复合场中的圆周运动 要点是磁场在近代科技中的应用 如质谱仪 回旋加速器 磁流体发电机等 第三单元 考情分析预测 预测2012年高考涉及电场和磁场的考题主要表现为以下几种形式 1 以带电粒子运动轨迹与电场线或等势线间的关系判断电场的力的性质 能的性质或粒子的能量变化 题型为选择题 2 带电粒子在电场中的加速和偏转联系社会生活 生产实际和近代科技 题型为选择题或计算题 3 带电粒子在有界匀强磁场或复合场中的运动 题型为计算题 第三单元 近年高考纵览 第三单元 近年高考纵览 第三单元 近年高考纵览 专题八电场 专题八电场 专题八 主干知识整合 一 电场的性质1 电场强度与电场力 1 电场强度 反映电场的力的性质的物理量 矢量 电场中各点的电场强度由产生电场的场源电荷及各点的位置决定 2 电场中各点的电场强度的大小和方向可由试探电荷受到的电场力的大小和方向确定 大小 E 适用于任何电场 其中q为试探电荷的电荷量 方向 与正电荷受到的电场力方向相同 专题八 主干知识整合 2 电场力做功与电势能 1 电势和电势能的相对性 电场中某点的电势 电荷在电场中的电势能的数值大小与电势零点选取有关 2 电场力做功与电势能的关系 电场力对电荷做的功等于电荷的电势能的减少量 即W Ep 3 电势与电势差 1 电势与电势能 Ep q 运算时代正负号 电势和电势能均为标量 电势的正负反映电势的高低 电势能的正负反映电荷电势能的大小 2 电势差与电场力做功 WAB qUAB q A B 运算时代入正负号 专题八 主干知识整合 注意 电势与场强无直接关系 零电势处可以人为选取 而场强是否为零则由电场本身决定 二 电场的形象描述1 电场线 等势面 1 电场线是对电场强度分布情况的形象描绘 等势面是对电势分布情况的形象描绘 2 电场线和等势面的疏密表示电场强度的相对大小 场强方向与电场线上每一点的切线方向相同 场强方向与通过该处的等势面垂直且由高等势面指向低等势面 专题八 主干知识整合 2 电场线与等势面关系 1 电场线与等势面垂直 2 电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面 沿着电场线的方向电势降落最快 3 电场线越密处 等差等势面也越密 3 等量同 异种电荷周围的电场 专题八 主干知识整合 专题八 主干知识整合 专题八 主干知识整合 专题八 主干知识整合 专题八 主干知识整合 三 电场的应用1 电容器 1 电容定义式 C 2 平行板电容器的电容决定式 C 2 加速和偏转带电粒子在电场中的加速问题一般选用动能定理求解 带电粒子在电场中的轨迹问题一般用曲线运动的速度 合力与轨迹的关系求解 带电粒子在匀强电场中的偏转一般用运动的分解与合成的方法求解 专题八 要点热点探究 探究点一电场的力的性质和能的性质 1 电场力 电场对放入其中的电荷有力的作用 电场力的大小和方向由电场强度和电荷共同决定 电场力的大小与电场强度的大小及带电体所带的电荷量有关 大小为F qE 电场力的方向与电场强度的方向及电荷的电性有关 正电荷所受的电场力方向与电场方向相同 专题八 要点热点探究 2 电势能 放在电场中的电荷的电势能由电势和电荷共同决定 电势能是标量 其大小与电势的高低及带电体所带的电荷量 电性有关 大小为Ep q 注意电势的正负及电荷的正负 3 比较电势高低的方法技巧 1 沿电场线方向电势降低 电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面 2 先判断出UAB的正负 如利用电场力做功WAB qUAB或其他方法 再由UAB A B比较 A B的高低 专题八 要点热点探究 3 取无穷远为零电势点 正电荷周围电势为正值 且离正电荷近处电势高 负电荷周围电势为负值 且离负电荷近处电势低 专题八 要点热点探究 例1 2010 山东卷 某电场的电场线分布如图3 8 1所示 以下说法正确的是 专题八 要点热点探究 A c点场强大于b点场强B a点电势高于点b电势C 若将一试探电荷 q由a点释放 它将沿电场线运动b点D 若在d点再固定一点电荷 Q 将一试探电荷 q由a移至b的过程中 电势能减小 专题八 要点热点探究 例1BD 解析 根据电场线疏密表示电场强度大小 c点场强小于b点场强 选项A错误 根据沿着电场线电势逐渐降低 a点电势高于b点电势 选项B正确 若将一试探电荷 q由点a释放 因受力方向沿电场方向 电场线的切线 它不能沿电场线运动到b点 选项C错误 若在d点再固定一点电荷 Q 叠加后电势仍然是a高于b 故Uab 0 将一试探电荷 q由a移至b的过程中 由Wab qUab 0 故电势能减小 选项D正确 专题八 要点热点探究 点评 本题考查了电场 电场线 电势 电势能等知识点 分析选项C时 应明确带电粒子轨迹与电场线重合的条件 即必须同时满足 电场线是直线 带电粒子初速度为零或初速度方向与电场线在一直线上 只受电场力作用 下面的变式题则主要考查带电粒子在电场中的轨迹问题 专题八 要点热点探究 专题八 要点热点探究 A 粒子带负电荷B 粒子的加速度先不变 后变小C 粒子的速度不断增大D 粒子的电势能先减小 后增大 专题八 要点热点探究 例1变式题AB 解析 根据电场线与等势面垂直并指向电势低的等势面 可大致画出电场线的形状 在电场力的作用下粒子轨迹向下弯曲 根据曲线运动的特点 可以说明电场力指向轨迹内侧 与场强方向相反 所以粒子带负电 A正确 等势面先是平行等距 后变得稀疏 则电场强度先是不变 后变小 即电场力 加速度 先不变 后变小 B正确 根据电场力做功W qU 电场力做负功 所以粒子速度不断减小 C错误 电场力始终做负功 由功能关系可知 粒子电势能始终增加 所以D错误 专题八 要点热点探究 探究点二带电粒子在电场中的加速与偏转 1 带电粒子在电场中的加速 1 带电粒子在匀强电场中的加速 可以应用牛顿运动定律结合匀变速直线运动的公式求解 也可应用动能定理qU 求解 其中U为带电粒子初末位置之间的电势差 2 带电粒子在非匀强电场中的加速 只能应用动能定理求解 专题八 要点热点探究 2 带电粒子在电场中的偏转 1 带电粒子在一般电场中的偏转 带电粒子做变速曲线运动 其轨迹总位于电场力方向和速度方向的夹角之间 且向电场力的方向偏转 2 带电粒子在匀强电场中的偏转 带电粒子 不计重力 以某一初速度垂直于匀强电场方向进入匀强电场区域 粒子做匀变速曲线运动 属于类平抛运动 要应用运动的合成与分解的方法求解 同时要注意 明确电场力方向 确定带电粒子到底向哪个方向偏转 借助画出的运动示意图寻找几何关系或题目中的隐含关系 带电粒子在电场中的运动可从动力学 能量等多个角度来分析和求解 专题八 要点热点探究 例2 2011 安徽卷 如图3 8 3甲所示 两平行正对的金属板A B间加有如图乙所示的交变电压 一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间P处 若在t0时刻释放该粒子 粒子会时而向A板运动 时而向B板运动 并最终打在A板上 则t0可能属于的时间段是 专题八 要点热点探究 专题八 要点热点探究 例2B 解析 由U t图象可以作出几个典型时刻开始运动对应的v t图象 取向A板运动方向为正方向 如图所示 分别考虑在一个周期内带电粒子的运动情况 专题八 要点热点探究 当t0 0 粒子一直往B板运动 当t0 粒子先往B板运动 到时往A板运动 在一个周期内总位移还是向B板 当t0 粒子先往B板运动 到时往A板运动 在一个周期内总位移为零 同理也可以分析出其余几个典型时刻的运动情况 然后对运动情况总结如下 若0 t0 则粒子先往B板运动 后往A板运动 最终打到B板 故选项A D错误 专题八 要点热点探究 若则粒子先往B板运动 后往A板运动 最终打到A板 若则粒子先往A板运动 后往B板运动 最终打到A板 故选项B正确 若则粒子先往A板运动 后往B板运动 最终打到B板 故选项C错误 专题八 要点热点探究 点评 带电粒子在板间做匀变速直线运动 因两板间电势差周期性变化 粒子加速度随之周期性变化 带电粒子的运动随释放粒子的时刻不同而变化 借助速度 时间图象可通过分析几个特殊时刻释放的粒子的运动快速解题 例2是带电粒子在电场中的直线运动问题 变式题则是带电粒子在电场中的偏转问题 专题八 要点热点探究 专题八 要点热点探究 已知加速电场a b板间距为d 偏转电场极板M N的长度为L1 板间距离为L2 不计离子重力及进入a板时的初速度 1 设离子比荷为k k 若a b间的加速电压为U1 试求离子进入偏转电场时的初速度v0 2 当a b间的电压为U1时 在M N间加上适当的电压U2 离子从脉冲阀P喷出到到达探测器的全部飞行时间为t 请推导出离子比荷k的表达式 3 在某次测量中探测器始终无法观察到离子 分析原因是离子偏转量过大 打到了极板上 请说明如何调节才能观察到离子 专题八 要点热点探究 专题八 要点热点探究 例2变式题 3 增大加速电压U1或减小偏转电压U2 解析 1 设离子的带电量为q 质量为m 则有qU1 解得 v0 2 设离子在加速电场和偏转电场中的飞行时间分别为t1和t2 在加速电场中的加速度为a1 则 专题八 要点热点探究 专题八 要点热点探究 探究点三带电体在重力场和电场中的运动 带电体在电场中运动时 如果重力远小于电场力 则其重力可忽略不计 如电子 质子 正负离子等微观粒子 但带电液滴 带电尘埃等带电体的重力一般不能忽略 带电体在重力场和电场构成的复合场中的运动形式多样 可能做直线运动 一般曲线运动 圆周运动等 研究对象可能为单个物体 也可能是多个物体组成的系统 研究方法与力学综合题的分析方法相近 因涉及电场力做功和电势能的变化问题 其机械能不再守恒 但机械能和电势能之和可能守恒 一般应用牛顿运动定律 运动学规律 动能定理和能量守恒定律求解 专题八 要点热点探究 专题八 要点热点探究 专题八 要点热点探究 专题八 要点热点探究 专题八 要点热点探究 专题八 要点热点探究 点评 分析带电粒子 质点 在重力和电场力构成的复合场中的运动问题应注意 1 根据题意 确定是否考虑重力 质子 粒子 电子 离子等微观粒子一般不考虑重力 而液滴 尘埃 小球等宏观带电质点一般要考虑重力 如例3中金属块则考虑重力 是否考虑重力最终是由题目给定的运动状态决定的 2 注意看清研究对象所处的空间方位 专题八 要点热点探究 3 注意电场的空间分布规律 特别注意电场力对研究对象是否做功以及做什么功 如例3中金属块由A到B过程中电场力做的总功恰为零 专题八 要点热点探究 专题八 要点热点探究 专题八 要点热点探究 例3变式题 1 47m 2 9 8J 解析 1 0 2s内小物块的加速度a1 2m s2位移x1 4m2s末小物块的速度为v2 a1t2 4m s2s 4s内小物块的加速度a2 2m s2位移x2 x1 4m4s末的速度为v4 0 专题八 要点热点探究 因此小物块做周期为4s的变速运动 第22s末的速度为v22 4m s 第23s末的速度为v23 v22 a2 t23 t22 2m s所求位移为x t23 t22 47m 2 23s内 设电场力对小物块所做的功为W 由动能定理有 W mgx 解得W 9 8J 专题八 教师备用习题 专题八 教师备用习题 专题八 教师备用习题 专题九磁场 专题九磁场 专题九 考情深度解读 一 三种场力的综合比较 专题九 考情深度解读 专题九 考情深度解读 专题九 考情深度解读 专题九 考情深度解读 二 安培力与洛伦兹力的对比 专题九 考情深度解读 专题九 考情深度解读 专题九 考情深度解读 三 带电粒子在电场和磁场中运动的比较 专题九 考情深度解读 专题九 考情深度解读 专题九 考情深度解读 专题九 考情深度解读 专题九 考情深度解读 四 带电粒子 质点 在复合场中的运动1 带电质点 考虑重力 在复合场中的运动 1 带点质点在复合场中的运动有两种情况 一是 叠加式 复合场 即重力场 电场和磁场三者或其中任意两者共存于同一区域的场 一是 组合式 复合场 指电场与磁场同时存在 但不重叠出现在同一区域的情况 带电质点在复合场中的运动 包括平衡 说到底仍然是一个力学问题 只要掌握好不同的场对带电体作用力的特点 从分析带电体的受力情况和运动情况着手 充分发掘隐含条件 建立清晰的物理情景 最终把物理模型转化成数学表达式 即可求解 2 解决复合场中带电质点运动的问题可从以下两个方面入手 动力学观点 牛顿运动定律和运动学方程 能量观点 动能定理和机械能守恒定律或能量守恒定律 专题九 考情深度解读 2 带电粒子 不计重力 在复合场中的运动 1 带电粒子在复合场中只受电场力和洛伦兹力的作用 电场力的方向由电性和电场方向共同决定 洛伦兹力方向要用左手定则准确判断 2 对于 组合式 的复合场中带电粒子的运动问题 往往是由粒子在电场和磁场中的两个运动 连接 而成 因此对粒子经过连接点的速度大小和方向的分析是衔接两个运动的关键 一般是解题的突破口 3 对称性 是带电粒子在复合场中运动问题经常呈现的一个特点 成为解题的另一突破口 专题九 要点热点探究 探究点一磁场对通电导线的作用力 例1 2011 课标全国卷 电磁轨道炮工作原理如图3 9 1所示 待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动 并与轨道保持良好接触 电流I从一条轨道流入 通过导电弹体后从另一条轨道流回 轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场 可视为匀强磁场 磁感应强度的大小与I成正比 通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出 现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍 理论上可采用的办法是 专题九 要点热点探究 A 只将轨道长度L变为原来的2倍B 只将电流I增加至原来的2倍C 只将弹体质量减至原来的一半D 将弹体质量减至原来的一半 轨道长度L变为原来的2倍 其他量不变 专题九 要点热点探究 专题九 要点热点探究 点评 本题以近代科技在国防中的应用为背景考查通电导体在磁场中的运动问题 可应用动能定理分析电磁炮射出时的速度与电流 质量及轨道长度的关系 明确磁感应强度随电流的变化关系是解题的关键 专题九 要点热点探究 专题九 要点热点探究 专题九 要点热点探究 专题九 要点热点探究 专题九 要点热点探究 探究点二带电粒子在磁场中的运动 解析带电粒子在磁场中运动的问题 应画出运动轨迹示意图 确定轨迹圆的圆心是关键 常用下列方法确定圆心 已知轨迹上某两点速度方向 作出过两点的速度的垂线 两条垂线的交点即圆心 已知轨迹上两个点的位置 两点连线的中垂线过圆心 带电粒子在磁场中运动侧重于运用数学知识 圆与三角形知识 求解 带电粒子在磁场中偏转的角度 初速度与磁场边界的夹角往往是解题的关键 角度是确定圆心 运动方向的依据 更是计算带电粒子在磁场中运动时间的桥梁 如带电粒子在磁场中运动的时间为t 是圆弧对应的圆心角 专题九 要点热点探究 带电粒子在磁场中的运动半径不仅关联速度的求解 而且在首先确定了运动半径的情况下 可利用半径发现题中隐含的几何关系 专题九 要点热点探究 专题九 要点热点探究 专题九 要点热点探究 专题九 要点热点探究 专题九 要点热点探究 点评 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的最长时间为其运动轨迹所对应的圆心角为90 据此画出运动轨迹进行求解 确定带电粒子在磁场中做匀速圆周运动圆心的方法有 圆心位于轨迹上某两点速度方向垂线的交点上 将轨迹上的两位置连成弦 圆心就在弦的中垂线上 将两个速度方向延长相交 圆心就在两速度方向夹角的补角的角平分线上 专题九 要点热点探究 高考命题者说 本题考查考生运用带电粒子在磁场中运动的规律综合分析解决问题的能力 解决问题的关键是要找到最后离开磁场的粒子也是在磁场中运动时间最长的粒子的运动轨迹 试题中 从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动周期的四分之一 的叙述给出了在磁场中运动时间最长的粒子的运动时间 经过分析 粒子运动的半径满足题给的条件且是四分之一圆弧的轨迹只能是与磁场的上边界相切的一段圆弧 画出其运动轨迹 就可以利用图中的几何关系求解 专题九 要点热点探究 本题对考生的分析能力要求较高 试题抽样统计难度为0 134 区分度为0 603 有41 的考生得0分 41 的考生得4分 5 的考生得6分 引自教育部考试中心2011课程标准实验 高考理科试题分析 第158页 专题九 要点热点探究 专题九 要点热点探究 A 入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同B 入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同C 在磁场中运动时间相同的粒子 其运动轨迹一定相同D 在磁场中运动时间越长的粒子 其轨迹所对的圆心角一定越大 专题九 要点热点探究 例2变式题BD 解析 带电粒子进入磁场中后 在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动 轨道半径R 因所有粒子比荷相同 若入射速度相同 则轨道半径相同 轨迹一定相同 B选项正确 所有带电粒子做圆周运动周期T 相同 所以轨迹所对圆心角越大的粒子在磁场中运动时间越长 D选项正确 若带电粒子能从磁场左边界射出 即使入射速度不同 所用时间也一定相同 因为此情况时轨迹所对圆心角均为180 这些粒子的轨迹与入射速度有关 故AC选项错误 专题九 要点热点探究 探究点三带电粒子在组合场中的运动 含先后场 1 组合场 1 组合场是指电场和磁场独立存在于不同的空间 电场和磁场不重叠 分别位于某一直线边界两侧的情况 例如回旋加速器 组合场分不同方向的电场组合 不同方向的磁场组合 电场和磁场组合等情况 2 带电粒子在组合场中运动的处理方法 准确画出粒子的运动轨迹图 确定粒子在组合场交界位置的速度的大小与方向 专题九 要点热点探究 带电粒子在组合场中的运动问题中 一般不计重力 粒子在电场或磁场中运动时 只考虑带电粒子受到的电场力或洛伦兹力的作用 2 先后场 1 先后场是指同一空间区域先后存在不同场的情况 如某一空间区域先存在电场 后来电场消失又出现磁场 专题九 要点热点探究 2 带电粒子在先后场中运动的处理方法当空间某一区域出现电场时 如果不计重力和空气阻力 带电粒子以一定的初速度垂直电场方向射入电场时 粒子做类平抛运动 可用运动的合成与分解求解 将带电粒子在匀强电场中的运动分解为沿着电场方向的匀加速直线运动和垂直于电场方向的匀速直线运动进行分析 当电场消失而出现磁场时 带电粒子仍以一定的初速度垂直磁场方向射入匀强磁场时 粒子做匀速圆周运动 可利用牛顿第二定律列出洛伦兹力提供向心力的方程求解 专题九 要点热点探究 专题九 要点热点探究 专题九 要点热点探究 解析 在0 1s内 粒子在电场力作用下 带电粒子在x方向上做匀速运动 vx v0在y方向上做匀加速运动 vy 1s末粒子的速度v1 设v1与水平方向的夹角为 则tan 专题九 要点热点探究 代入数据解得v1 m s 45 2 1s 2s内 粒子在磁场中做圆周运动 由牛顿第二定律qv1B0 得R1 粒子的做圆周运动的周期T 1s 专题九 要点热点探究 3 粒子的运动轨迹如图所示 圆与抛物线的交点水平距离大致相等 第二个圆比第一个圆大 专题九 要点热点探究 带电粒子在 2n 1 s 2ns n 1 2 3 内做圆周运动的轨迹如图所示 专题九 要点热点探究 专题九 要点热点探究 点评 解答带电粒子在组合场中的连续运动问题 关键在于正确画出带电粒子在不同区域中的运动轨迹 而要正确画出带电粒子的轨迹 则需要特别注意在不同场交界处带电粒子的运动方向 正确画出粒子在交界处的速度方向是确定带电粒子运动轨迹的关键 本题中电场和磁场交替变化 下面的变式题则是带电粒子在组合场中的运动 专题九 要点热点探究 专题九 要点热点探究 专题九 要点热点探究 例3变式题 解析 带电粒子进入电场后 在电场力的作用下沿抛物线运动 其加速度方向竖直向下 设其大小为a 由牛顿第二定律得qE ma 设经过时间t0 粒子从平面MN上的点P1进入磁场 由运动学公式和几何关系得v0t0 专题九 要点热点探究 粒子速度大小v1为v1 设速度方向与竖直方向的夹角为 则tan 此时粒子到出发点P0的距离为s0 v0t0 此后 粒子进入磁场 在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动 圆周半径为r1 专题九 要点热点探究 设粒子首次离开磁场的点为P2 弧所张的圆心角为2 则P1到点P2的距离为s1 2r1sin 由几何关系得 45 联立 式得s1 点P2与点P0相距l s0 s1 联立 解得 专题九 要点热点探究 探究点四带电粒子在复合场中的运动问题 1 复合场是指在空间某一区域内同时存在着重力场 电场 磁场中的两种场或三种场的情况 常见的复合场有电场与重力场 磁场与电场 磁场与电场及重力场等 2 带电粒子在复合场中常见的运动形式 1 当带电粒子在复合场中所受合力为零时 粒子处于静止或匀速直线运动状态 2 当带电粒子所受合力提供向心力时 粒子做匀速圆周运动 专题九 要点热点探