高考物理大二轮复习 专题六 电场与磁场 第1讲 电场与磁场的理解课件.ppt

第1讲电场与磁场的理解 专题六电场与磁场 知识回扣规律方法 高考题型2电场矢量合成问题 高考题型3带电粒子在有界磁场中的临界 极值问题 高考题型1对电场性质的理解 高考题精选精练 知识回扣规律方法 1 对电场强度的三个公式的理解 1 e 是电场强度的式 适用于电场 电场中某点的场强是确定值 其大小和方向与试探电荷q无关 试探电荷q充当 测量工具 的作用 2 e k是真空中点电荷所形成的电场的决定式 e由场源电荷q和场源电荷到某点的距离r决定 3 e 是场强与电势差的关系式 只适用于 注意 式中d为两点间沿电场方向的距离 答案 定义 任何 匀强电场 答案 2 电场能的性质 1 电势与电势能 2 电势差与电场力做功 uab a b 3 电场力做功与电势能的变化 w 3 等势面与电场线的关系 1 电场线总是与等势面垂直 且从电势高的等势面指向电势低的等势面 2 电场线越密的地方 等差等势面也越密 3 沿等势面移动电荷 电场力 沿电场线移动电荷 电场力一定做功 ep 不做功 答案 4 带电粒子在磁场中的受力情况 1 磁场只对的电荷有力的作用 对的电荷无力的作用 磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力 2 洛伦兹力的大小和方向 其大小为f qvbsin 注意 为v与b的夹角 f的方向由判定 四指的指向应为正电荷运动的方向或负电荷运动方向的反方向 5 洛伦兹力做功的特点由于洛伦兹力始终和速度方向垂直 所以洛伦兹力 运动 静止 左手定则 永不做功 答案 1 本部分内容的主要研究方法有 1 理想化模型 如点电荷 2 电场强度 电势的定义方法是定义物理量的一种重要方法 3 的方法 电场和重力场的比较 电场力做功与重力做功的比较 带电粒子在匀强电场中的运动和平抛运动的类比 2 静电力做功的求解方法 1 由功的定义式w flcos 来求 2 利用结论 电场力做功等于电荷的负值 来求 即w ep 3 利用wab 来求 比值定义法 类比 电势能变化量 quab 答案 3 研究带电粒子在电场中的曲线运动时 采用的思想方法 带电粒子在组合场中的运动实际是类平抛运动和运动的组合 一般类平抛运动的末速度就是匀速圆周运动的 运动合成与分解 匀速圆周 线速度 对电场性质的理解 高考题型1 例1 多选 2017 山东省模拟 如图1所示 实线为三个电荷量相同的带正电的点电荷q1 q2 q3的电场线分布 虚线为某试探电荷从a点运动到b点的轨迹 则下列说法正确的是 答案 解析 a b点的电场强度比a点的电场强度大b 该试探电荷从a点到b点的过程中电场力一直做负功c 该试探电荷从a点到b点的过程中电势能先增加后减少d 该试探电荷从a点到b点的过程中动能先增加后减少 图1 解析根据电场线的疏密程度表示电场强度的大小可知 b点的电场强度比a点的电场强度大 选项a正确 该试探电荷从a点到b点的过程中 电场力提供其做曲线运动的合外力 且电场力方向指向曲线凹处 与速度方向的夹角先是钝角后变成锐角 即电场力先做负功后做正功 试探电荷的电势能先增加后减少 根据功能关系可知 试探电荷的动能先减少后增加 选项c正确 b d错误 1 电场线 假想线 直观形象地描述电场中各点场强的强弱及方向 曲线上各点的切线方向表示该点的场强方向 曲线的疏密程度表示电场的强弱 2 电势高低的比较 1 根据电场线方向 沿着电场线方向 电势越来越低 2 将带电量为 q的电荷从电场中的某点移至无穷远处电场力做功越多 则该点的电势越高 3 根据电势差uab a b 若uab 0 则 a b 反之 a b 3 电势能变化的判断 1 根据电场力做功判断 若电场力对电荷做正功 电势能减少 反之则增加 即w ep 2 根据能量守恒定律判断 电场力做功的过程是电势能和其他形式的能相互转化的过程 若只有电场力做功 电荷的电势能与动能相互转化 而总和应保持不变 即当动能增加时 电势能减少 1 多选 2017 河南焦作市二模 如图2所示 是由电荷量分别为 6q和 q的两个点电荷组成的一个电荷系统 其中a b是两点电荷所在位置 n p q是ab连线上的三点 n点的电场强度为零 若规定无限远处的电势为零 则下列说法正确的是a 图中左侧a点为 6q的点电荷b p点场强大于q点场强c p点电势高于q点电势d n点的电势大于零 对点拓展练 答案 2 3 1 图2 2 多选 2017 全国卷 20 在一静止点电荷的电场中 任一点的电势 与该点到点电荷的距离r的关系如图3所示 电场中四个点a b c和d的电场强度大小分别为ea eb ec和ed 点a到点电荷的距离ra与点a的电势 a已在图中用坐标 ra a 标出 其余类推 现将一带正电的试探电荷由a点依次经b c点移动到d点 在相邻两点间移动的过程中 电场力所做的功分别为wab wbc和wcd 下列选项正确的是a ea eb 4 1b ec ed 2 1c wab wbc 3 1d wbc wcd 1 3 答案 2 3 1 解析 图3 2 3 1 解析由题图可知 a b c d到点电荷的距离分别为1m 2m 3m 6m 根据点电荷的场强公式e k可知 故a正确 b错误 电场力做功w qu a与b b与c c与d之间的电势差分别为3v 1v 1v 所以故c正确 d错误 3 多选 2017 北京房山区模拟 如图4 一点电荷固定于o点 两虚线圆均以o为圆心 两实线分别为带电粒子m和n单独在电场中运动的轨迹 a b c d e为轨迹和虚线圆的交点 已知m粒子带正电荷 不计粒子重力 下列说法正确的是a a点电势比d点的电势高b m在b点的动能小于它在a点的动能c n在d点的电势能等于它在e点的电势能d n在从c点运动到d点的过程中克服电场力做功 答案 2 3 1 解析 图4 解析由m粒子的运动轨迹可知 m粒子受到的是吸引力 可知点电荷带负电 电场线从无穷远指向该点电荷 根据顺着电场线方向电势逐渐降低 可知a点电势比d点的电势低 故a错误 a点的电势低于b点的电势 而正电荷在电势高处电势能大 因此m在b点的电势能大于它在a点的电势能 根据能量守恒定律知 m粒子的动能和电势能之和保持不变 则m在b点的动能小于它在a点的动能 故b正确 e d两点在同一等势面上 电势相等 则n在d点的电势能等于它在e点的电势能 故c正确 n粒子受到了排斥力作用 n在从c点运动到d点的过程中电场力做正功 故d错误 2 3 1 电场矢量合成问题 高考题型2 a m点电荷带正电 电荷量为b m点电荷带正电 电荷量为c g点的电势高于o点的电势d 将一正的点电荷沿斜边从m点移到n点 静电力先做正功后做负功 例2 多选 2017 齐鲁名校模拟 如图5所示 p为直角三角形omn的om边上的一点 nmp mnp 30 pg垂直于mn m p两点固定着两个点电荷 固定于p点的是电荷量大小为q的负电荷 已知n点的电场强度沿no方向 则 答案 解析 图5 解析设pn距离为r m处的电荷量为q q产生的电场强度与q产生的电场强度在n处的叠加方向沿no 作出矢量合成的平行四边形 由正弦定理 得q 由矢量合成图知q带正电 a对 由电势叠加的代数和可知g点的电势高于o点的电势 画出q和q电场线的大致分布 可知将一正点电荷沿直线从m移到n点 静电力先做正功后做负功 1 熟练掌握常见电场的电场线和等势面的画法 2 对于复杂的电场场强 电场力合成时要用平行四边形定则 3 电势的高低可以根据 沿电场线方向电势降低 或者由离正 负场源电荷的距离来确定 4 电势的叠加为标量的代数加法 4 2017 山东济南一中模拟 如图6 a b c d分别是一个菱形的四个顶点 abc 120 现将三个等量的正点电荷 q分别固定在a b c三个顶点上 下列说法正确的有a d点电场强度的方向由d指向ob o点电场强度的方向由d指向oc d点的电场强度大于o点的电场强度d d点的电场强度小于o点的电场强度 对点拓展练 答案 5 4 解析 图6 5 4 解析由电场的叠加原理可知 o d点电场方向都由o指向d 故a b错误 设菱形的边长为x 根据公式e k分析可知三个点电荷在d点产生的场强大小e相等 由电场的叠加可知 d点的场强大小为ed 2k o点的场强大小为eo 4k 可见 d点的电场强度小于o点的电场强度 即ed eo 故c错误 d正确 5 多选 2017 陕西汉中市4月模拟 如图7所示 有四个等量异种点电荷 放在正方形的四个顶点处 a b c d为正方形四个边的中点 o为正方形的中心 下列说法正确的是a a c两个点的电场强度方向相反b o点电场强度等于零c 将一带正电的试探电荷从b点沿直线移动到d点 电场力做功为零d o点的电势低于a点的电势 答案 5 4 图7 带电粒子在有界磁场中的临界 极值问题 高考题型3 答案 例3 2017 全国卷 24 如图8 空间存在方向垂直于纸面 xoy平面 向里的磁场 在x 0区域 磁感应强度的大小为b0 x 0区域 磁感应强度的大小为 b0 常数 1 一质量为m 电荷量为q q 0 的带 解析 电粒子以速度v0从坐标原点o沿x轴正向射入磁场 此时开始计时 当粒子的速度方向再次沿x轴正向时 求 不计重力 1 粒子运动的时间 图8 解析在匀强磁场中 带电粒子做圆周运动 设在x 0区域 圆周半径为r1 在x 0区域 圆周半径为r2 由洛伦兹力公式及牛顿运动定律得 qb0v0 q b0v0 粒子速度方向转过180 时 所需时间t1为 t1 粒子再转过180 时 所需时间t2为 t2 联立 式得 所求时间为t t1 t2 1 2 粒子与o点间的距离 解析由几何关系及 式得 所求距离为 答案 解析 1 解决带电粒子在磁场中运动的临界问题 关键在于运用动态思维 寻找临界点 确定临界状态 根据粒子的速度方向找出半径方向 同时由磁场边界和题设条件画好轨迹 定好圆心 建立几何关系 2 粒子射出或不射出磁场的临界状态是粒子运动轨迹与磁场边界相切 6 多选 2017 甘肃省模拟 如图9所示 在一等腰三角形acd区域内有垂直纸面向外的匀强磁场 磁场的磁感应强度大小为b 一质量为m 电荷量为q的带正电粒子 不计重力 从ac边的中点o垂直于ac边射入该匀强磁场区域 若该三角形的两直角边长均为2l 则下列关于粒子运动的说法中正确的是 对点拓展练 7 6 图9 a 若该粒子的入射速度为v 则粒子一定从cd边射出磁场 且距点c的距离为lb 若要使粒子从cd边射出 则该粒子从o点入射的最大速度应为v c 若要使粒子从ac边射出 则该粒子从o点入射的最大速度应为v d 该粒子以不同的速度入射时 在磁场中运动的最长时间为 答案 7 6 解析 7 6 解析若该粒子的入射速度为v 由bqv m解得r l 根据几何关系可知 粒子一定从cd边距c点为l的位置离开磁场 故a正确 v 因此半径越大 速度越大 根据几何关系可知 若要使粒子从cd边射出 则使粒子轨迹与ad边相切时速度最大 则由几何关系可知 最大半径一定大于l 故b错误 若要使粒子从ac边射出 则该粒子从o点入射的最大半径为 因此最大速度应为v 故c正确 粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为 根据几何关系可知 粒子在磁场中运动的最大圆心角为180 故最长时间为 故d正确 7 多选 2017 黑龙江虎林市模拟 如图10 一粒子发射源p位于足够大绝缘板ab的上方d处 能够在纸面内向各个方向发射速率为v 电荷量为q 质量为m的带正电的粒子 空间存在垂直纸面的匀强磁场 不考虑粒子间的相互作用和粒子重力 已知粒子做圆周运动的半径大小恰好为d 则a 能打在板上的区域长度是2db 能打在板上的区域长度是 1 dc 同一时刻发射出的带电粒子打到板上的最大时间差为d 同一时刻发射出的带电粒子打到板上的最大时间差为 答案 7 6 解析 图10 解析以磁场方向垂直纸面向外为例 打在极板上粒子轨迹的临界状态如图所示 根据几何关系知 带电粒子能到达板上的长度l 1 d 故a错误 b正确 7 6 在磁场中运动时间最长和最短的粒子运动轨迹示意图如图所示 由几何关系知 最长时间t1 t 最短时间t2 t 又有粒子在磁场中运动的周期 根据题意 t1 t2 t 7 6 若磁场方向垂直纸面向里 可得出同样的结论 高考题精选精练 a aa ab ac va vc vbb aa ab ac vb vc vac ab ac aa vb vc vad ab ac aa va vc vb 题组1全国卷真题精选1 2016 全国卷 15 如图11 p是固定的点电荷 虚线是以p为圆心的两个圆 带电粒子q在p的电场中运动 运动轨迹与两圆在同一平面内 a b c为轨迹上的三个点 若q仅受p的电场力作用 其在a b c点的加速度大小分别为aa ab ac 速度大小分别为va vb vc 则 答案 1 2 3 4 5 6 解析 图11 1 2 3 4 5 6 解析由库仑定律f k可知 粒子在a b c三点受到的电场力的大小关系为fb fc fa 由a 可知ab ac aa 根据粒子的轨迹可知 粒子q与场源电荷p的电性相同 二者之间存在斥力 由c b a整个过程中 电场力先做负功再做正功 且 wba wcb 结合动能定理可知 va vc vb 故选项d正确 2 多选 2015 新课标全国 18 指南针是我国古代四大发明之一 关于指南针 下列说法正确的是a 指南针可以仅具有一个磁极b 指南针能够指向南北 说明地球具有磁场c 指南针的指向会受到附近铁块的干扰d 在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线 导线通电时指南针不偏转 答案 1 2 3 4 5 6 a 直线a位于某一等势面内 m qb 直线c位于某一等势面内 m nc 若电子由m点运动到q点 电场力做正功d 若电子由p点运动到q点 电场力做负功 3 2015 新课标全国 15 如图12 直线a b和c d是处于匀强电场中的两组平行线 m n p q是它们的交点 四点处的电势分别为 m n p q 一电子由m点分别运动到n点和p点的过程中 电场力所做的负功相等 则 答案 1 2 3 4 5 6 解析 图12 1 2 3 4 5 6 解析电子带负电荷 电子由m点分别运动到n点和p点的过程中 电场力所做的负功相等 有wmn wmp 0 而wmn qumn wmp qump q 0 所以有umn ump 0 即 m n p 匀强电场中等势线为平行的直线 所以np和mq分别是两条等势线 有 m q 故a错误 b正确 电子由m点到q点过程中 wmq q m q 0 电子由p点到q点过程中 wpq q p q 0 故c d错误 a a点的电场强度比b点的大b 小球表面的电势比容器内表面的低c b点的电场强度方向与该处内表面垂直d 将检验电荷从a点沿不同路径移到b点 电场力所做的功不同 答案 1 2 3 4 5 6 题组2各省市真题精选4 2016 江苏单科 3 一金属容器置于绝缘板上 带电小球用绝缘细线悬挂于容器中 容器内的电场线分布如图13所示 容器内表面为等势面 a b为容器内表面上的两点 下列说法正确的是 解析 图13 1 2 3 4 5 6 解析由电场线的疏密表示电场强度大小可知 a点的电场强度比b点的小 a项错误 沿电场线的方向电势逐渐降低 b项错误 容器的内表面为一等势面 内表面处各点场强的方向与等势面垂直 c项对 容器内表面为等势面 在等势面上移动电荷 电场力不做功 d项错误 5 2015 山东理综 18 直角坐标系xoy中 m n两点位于x轴上 g h两点坐标如图14所示 m n两点各固定一负点电荷 一电荷量为q的正点电荷置于o点时 g点处的电场强度恰好为零 静电力常量用k