高考物理 专题精解 6 电场和磁场课件.ppt

2016年高考物理专题精解 6 电场和磁场 一 电场力做功的求解方法1 利用电功的定义式w flcos 来求 2 利用结论 电场力做功等于电势能增量的负值 来求 即w ep 3 利用wab quab来求 4 对只在电场力作用下运动的带电体w ek 二 带电粒子的 磁偏转 和 电偏转 的比较 考点一 电场性质的应用 备选例题 思路探究 1 匀强电场的等势面具有什么特点 答案 匀强电场的等势面为与电场线垂直的一簇平行直线 2 由wmn wmp可得出什么结论 答案 说明umn ump 进而可得出n p 从而可以得出n p两点在同一等势面上 3 如何确定电场力做功的正负 答案 可根据力的方向与位移方向的夹角来判断 也可应用wab quab来判断 解析 由电子从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可知 m n p 故过n p点的直线d位于某一等势面上 则与直线d平行的直线c也位于某一等势面上 选项a错误 b正确 m q 则电子由m点运动到q点 电场力不做功 选项c错误 由于p m q 电子由p点运动到q点 电势能减小 电场力做正功 选项d错误 答案 b 1 电场力做功与电势能变化如图 a 所示 光滑绝缘水平面上有甲 乙两个带电小球 t 0时 乙球以6m s的初速度向静止的甲球运动 之后 它们仅在电场力的作用下沿同一直线运动 整个运动过程中没有接触 它们运动的v t图像分别如图 b 中甲 乙两曲线所示 由图线可知 a 甲 乙两球一定带异种电荷b t1时刻两球的电势能最小c 0 t2时间内 两球间的库仑力先增大后减小d 0 t3时间内 甲球的动能一直增大 乙球的动能一直减小 c 解析 由0 t1时间内 甲球加速 乙球减速可知 甲 乙两球相互排斥 带同种电荷 选项a错误 t1时刻两球相距最近 此时系统库仑力做负功最多 电势能最大 选项b错误 0 t1时间内 间距减小 库仑力增大 t1 t2时间内间距增大 电场力减小 选项c正确 0 t2时间内 乙球动能一直减小到零 在t2 t3时间内 乙球动能增大 选项d错误 ad c 判断电场性质的常用方法 考点二 带电体在电场中的运动 典例 如图所示 粗糙 绝缘的直轨道ob固定在水平桌面上 b端与桌面边缘对齐 a是轨道上一点 过a点并垂直于轨道的竖直面右侧有大小e 1 5 106n c 方向水平向右的匀强电场 带负电的小物体p电荷量是2 0 10 6c 质量m 0 25kg 与轨道间动摩擦因数 0 4 p从o点由静止开始向右运动 经过0 55s到达a点 到达b点时速度是5m s 到达空间d点时速度与竖直方向的夹角为 且tan 1 2 p在整个运动过程中始终受到水平向右的某外力f作用 f大小与p的速率v的关系如表所示 p视为质点 电荷量保持不变 忽略空气阻力 取g 10m s2 求 1 小物体p从开始运动至速率为2m s所用的时间 规范解答 1 小物体p的速率从0至2m s 受外力f1 2n 设其做匀变速直线运动的加速度为a1 经过时间 t1速度为v1 则f1 mg ma1v1 a1 t1由两式并代入数据得 t1 0 5s 答案 1 0 5s 2 小物体p从a运动至d的过程 电场力做的功 规范解答 2 小物体p从速率为2m s运动至a点 受外力f2 6n 设其做匀变速直线运动的加速度为a2 则f2 mg ma2设小物体p从速度v1经过 t2时间至a点 其速度为v2 则 t2 0 55s t1v2 v1 a2 t2p从a点至b点 受外力f2 6n 电场力和滑动摩擦力的作用 设其做匀变速直线运动加速度为a3 电荷量为q 在b点的速度为v3 从a点至b点的位移为x1 则f2 mg qe ma3 2a3x1p以速度v3滑出轨道右端b点 设水平方向所受外力为f3 电场力大小为fe 而fe qe 3 0n 即fe f3 0所以 p从b点开始做初速度为v3的平抛运动 设p从b点运动至d点用时为 t3 水平位移为x2 由题意知 tan x2 v3 t3设小物体p从a点至d点电场力做功为w 则w qe x1 x2 联立 并代入数据得w 9 25j 答案 2 9 25j 带电粒子在电场中运动问题的分析思路 1 如果是带电粒子受恒定电场力作用下的直线运动问题 应用牛顿第二定律找出加速度 结合运动学公式确定带电粒子的速度 位移等 2 如果是非匀强电场中的直线运动 一般利用动能定理研究全过程中能的转化 研究带电粒子的速度变化 运动的位移等 3 匀强电场中的曲线运动问题 一般是类平抛运动模型 通常采用运动的合成与分解方法处理 通过对带电粒子的受力分析和运动规律分析 借助运动的合成与分解 寻找两个分运动 再应用牛顿运动定律或运动学方程求解 4 当带电粒子从一个电场区域进入另一个电场区域时 要注意分析带电粒子的运动规律的变化及两区域电场交界处的有关联的物理量 这些关联量往往是解决问题的突破口 1 带电微粒在电场中的平衡和加速问题如图 两平行的带电金属板水平放置 若在两板中间a点从静止释放一带电微粒 微粒恰好保持静止状态 现将两板绕过a点的轴 垂直于纸面 逆时针旋转45 再由a点从静止释放一同样的微粒 该微粒将 a 保持静止状态b 向左上方做匀加速运动c 向正下方做匀加速运动d 向左下方做匀加速运动 d b 3 带电粒子在电场中一般曲线运动问题如图 一质量为m 电荷量为q q 0 的粒子在匀强电场中运动 a b为其运动轨迹上的两点 已知该粒子在a点的速度大小为v0 方向与电场方向的夹角为60 它运动到b点时速度方向与电场方向的夹角为30 不计重力 求a b两点间的电势差 考点三 安培力作用下的平衡与运动问题 典例如图所示 两平行金属导轨间的距离l 0 40m 金属导轨所在的平面与水平面夹角 37 在导轨所在平面内 分布着磁感应强度b 0 50t 方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场 金属导轨的一端接有电动势e 4 5v 内阻r 0 50 的直流电源 现把一个质量m 0 04kg的导体棒ab放在金属导轨上 导体棒恰好静止 导体棒与金属导轨垂直且接触良好 导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻r0 2 5 金属导轨电阻不计 g取10m s2 已知sin37 0 60 cos37 0 80 求 1 通过导体棒的电流 答案 1 1 5a 2 导体棒受到的安培力的大小 3 导体棒受到的摩擦力 规范解答 2 导体棒受到的安培力f安 bil 0 3n 3 导体棒受力如图所示 由于导体棒所受重力沿导轨所在平面向下的分力f1 mgsin37 0 24n f安 0 3n 故导体棒受沿导轨所在平面向下的摩擦力f 由共点力平衡的条件得f1 f f安所以f 0 06n 答案 2 0 3n 3 0 06n 方向沿导轨所在平面向下 有安培力作用的力学问题解题步骤 1 画好辅助图 如斜面 标明辅助方向 如b的方向 i的方向等 是画好受力分析图的关键 若是立体图 则必须先将立体图转换为平面图 2 对物体受力分析 要注意安培力方向的确定 3 根据平衡条件或物体的运动状态列出平衡方程或牛顿第二定律方程 4 如果用到其他规律 如闭合电路欧姆定律 运动学规律 能量的转化与守恒等 也要列出相应的方程 5 根据方程讨论分析 求解并验证结果 1 通电导体在匀强磁场中的平衡问题如图 一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中 磁场的磁感应强度大小为0 1t 方向垂直于纸面向里 弹簧上端固定 下端与金属棒绝缘 金属棒通过开关与一电动势为12v的电池相连 电路总电阻为2 已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0 5cm 闭合开关 系统重新平衡后 两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0 3cm 重力加速度大小取10m s2 判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向 并求出金属棒的质量 解析 依题意 开关闭合后 电流方向为从b到a 由左手定则可知 金属棒所受的安培力方向为竖直向下 开关断开时 两弹簧各自相对于其原长的伸长量为 l1 0 5cm 由胡克定律和力的平衡条件得2k l1 mg式中 m为金属棒的质量 k是弹簧的劲度系数 g是重力加速度的大小 开关闭合后 金属棒所受安培力的大小为f ilb式中 i是回路电流 l是金属棒的长度 两弹簧各自再伸长了 l2 0 3cm 由胡克定律和力的平衡条件得2k l1 l2 mg f由欧姆定律有e ir式中 e是电池的电动势 r是电路总电阻 联立各式 并代入题给数据得m 0 01kg 答案 见解析 b 3 通电导体在磁场中的运动问题 多选 如图 甲 所示 两根光滑平行导轨水平放置 间距为l 其间有竖直向下的匀强磁场 磁感应强度为b 垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒 从t 0时刻起 棒上有如图 乙 所示的持续交变电流i 周期为t 最大值为im 图 甲 中i所示方向为电流正方向 则金属棒 a 一直向右移动b 速度随时间周期性变化c 受到的安培力随时间周期性变化d 受到的安培力在一个周期内做正功 abc 考点四带电粒子在匀强磁场中的运动 思路探究 1 粒子从磁场中射出时速度方向如何 答案 沿qn方向 2 若mn的长度l 1 5m 带电粒子的质量为m 4 0 10 8kg 电量为q 4 0 10 3c 速度为v 5 0 104m s 所加磁场的磁感应强度为b 1 0t 所加有界磁场的横截面仍为圆形 带电粒子能沿qn方向到达n点 则带电粒子由m点到n点的时间为多少 计算结果保留两位有效数字 思路探究 2 若所加磁场的面积最小 则所加圆形磁场的直径与粒子的轨迹应满足什么条件 答案 轨迹在磁场中的弦长等于圆形磁场的直径 3 如何确定粒子进入磁场的位置 答案 2 3 8 10 5s 作带电粒子在磁场中运动轨迹要考虑的几个方面 1 四个点 分别是入射点 出射点 轨迹圆心和入射速度所在直线与出射速度所在直线的交点 2 六条线 圆弧两端点所在的轨迹半径 入射速度所在直线和出射速度所在直线 入射点与出射点的连线 圆心与两条速度所在直线交点的连线 前面四条边构成一个四边形 后面两条为对角线 3 三个角 速度偏转角 圆心角 弦切角 其中偏转角等于圆心角 也等于弦切角的两倍 1 带电粒子在匀强磁场中的圆周运动 多选 有两个匀强磁场区域 和 中的磁感应强度是 中的k倍 两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动 与 中运动的电子相比 中的电子 a 运动轨迹的半径是 中的k倍b 加速度的大小是 中的k倍c 做圆周运动的周期是 中的k倍d 做圆周运动的角速度与 中的相等 ac 2 速度不同的带电粒子在有界匀强磁场中的运动问题如图所示 有一个正方形的匀强磁场区域abcd e是ad的中点 f是cd的中点 如果在a点沿对角线方向以速度v射入一带负电的粒子 恰好从e点射出 则 a 如果粒子的速度增大为原来的二倍 将从d点射出b 如果粒子的速度增大为原来的三倍 将从f点射出c 如果粒子的速度不变 磁场的磁感应强度变为原来的二倍 将从d点射出d 只改变粒子的速度使其分别从e d f点射出时 从e点射出所用时间最短 a 3 带电粒子在匀