高中物理高考二轮复习专题八　电和磁典例赏析课件全国通用.ppt

专题八电和磁 典例赏析 要点回顾 复习指南 目录 专题八电和磁 本专题复习静电场的基本性质和带电粒子在各种电 磁场的运动问题 涉及各类场基本性质的概念 规律多且比较抽象 要求学生有较高的理解力和空间想象力 每年的高考试题中都会出现关于场的基本性质的考题 单独出题时 一般是关于电场的基本性质的试题 主要考查以电场线 电势和静电平衡知识为主的各知识点 带电粒子在电场 磁场中的运动是中学物理中的重点内容 这类问题对学生的空间想象能力 分析综合能力 应用数学知识处理物理问题的能力有较高的要求 是考查考生多项能力的极好载体 因此历来是高考的热点 复习指南 返回目录 带电粒子在电场 磁场中的运动与现代科技密切相关 在近代物理实验中有重大意义 因此考题有可能以科学技术的具体问题为背景 分析带电粒子在电场 磁场中的运动 主要是两条线索 1 力和运动的关系 根据带电粒子所受的力 运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解 2 功能关系 根据场力及其它外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系 从而可确定带电粒子的运动情况 这条线索不但适用于均匀场 也适用于非均匀场 因此要熟悉各种力做功的特点 复习指南 返回目录 专题八电和磁 要点回顾 一 对静电场的复习 首先应该理清这一部分的知识脉络 应注意 1 了解三个基本规律 电荷守恒定律 库仑定律 在真空中两个点电荷间的作用力跟 成正比 跟它们之间的成反比 作用力的方向在 公式为 f k 电场的叠加规律 电场强度是矢量 当空间的电场由几个场源共同激发时 空间某点的电场强度等于各个场源单独存在时所激发的电场在该点场强的 若用电势描述 则是各个场源单独存在时所激发的电场在该点电势的 返回目录 专题八电和磁 要点回顾 返回目录 专题八电和磁 2 掌握两个核心概念 电场强度和电势差带电体周围的一种特殊物质叫电场 它是电荷间相互作用的媒体 电场是客观存在的 具有力的性质和能的性质 电场强度描述了性质 放入电场中某一点的电荷受到的的比值就是电场强度 公式为e 电场强度是矢量 方向是方向 电势差描述电场的能的性质 电荷在电场中两点间移动时 的比值叫做这两点间的电势差 公式为uab 电势差是标量 3 理解 区分电场强度的三个常用公式 e e k e e 是电场强度的定义式 适用于 电场中某点的电场强度是确定值 其大小和方向与检验电荷q无关 检验电荷q充当 测量工具 的作用 要点回顾 e k是 e 是电场强度和电势差的关系式 只适用于 注意 式中d为两点中 4 牢记两组关系电场力做功与电势能改变的关系 电场力对电荷做正功 电势能 电场力对电荷做负功 且电势能的改变量等于 即 w e 等势面与电场线的关系 电场线与等势面 且从高等势面低等势面 或者说沿着电场线的方向电势 电场线越密的地方 等势面也越 返回目录 专题八电和磁 要点回顾 5 知道接在电路中电容器的两种变化 电容器两端的电压恒定时 电量q cu c 而c e 充电后断开电路 电容器带电量q恒定 解答静电场问题 一般要以电场线或等势面为线索 弄清电场中电场线的分布情况或电势的分布情况 再结合其它知识求解 二 带电粒子在电场 磁场中运动的相关内容有 1 不计重力的带电粒子在电场中的运动 带电粒子在电场中加速当带电粒子 质量为m 带电量为q 以初速度v0经电场加速后速度 返回目录 专题八电和磁 要点回顾 变vt 可由动能定理解出 这一规律对都是适用的 带电粒子在匀强电场中的偏转当带电粒子从静止开始经电场加速后 以初速度垂直进入由平行金属板产生的匀强电场中 则带电粒子在匀强电场中做类平抛运动 其轨迹是一条 2 不计重力的带电粒子在磁场中的运动 若带电粒子的速度方向与匀强磁场方向平行 不受磁场力的作用 粒子做运动 若带电粒子的速度方向与匀强磁场方向垂直 受磁场力 洛伦兹力 的作用 粒子在垂直于磁场的平面内作运动 由 提供向心力 求解此类问题的关键是分析并画出空间几何图景 轨迹图 返回目录 专题八电和磁 要点回顾 带电粒子做匀速圆周运动的圆心 半径及运动时间的确定 a 圆心的确定 确定粒子运动轨迹中任意两点 一般是射入和射出磁场的两点 画出这两点的速度方向及与速度方向垂直的洛伦兹力的方向 两洛伦兹力作用线的交点即为圆心 b 半径的确定和计算 一般利用几何知识 常用解三角形的方法 c 运动时间的确定 利用圆心角与偏向角 弦切角的关系 或四边形内角和等于360 等 计算出圆心角 的大小 由可求出运动时间 3 带电粒子在交变场中的运动带电粒子在交变电场或磁场中运动情况比较复杂 其运动情况不仅与场变化的规律有关 还与粒子进入场的时刻有关 解答此类问题 要从粒子的受力情况入手 分析粒子在不同时间间隔内的运动情况 通常具 返回目录 专题八电和磁 要点回顾 有某种对称性 值得注意的是 对于偏转电压是交变电压的情况 若交变电压的周期远大于粒子穿越电场的时间 则在粒子穿越电场过程中 电场可当作处理 4 带电粒子在复合场中运动时 由于受到几种场力的共同作用 而这些力又相互影响 相互制约 须认真研究题给条件 仔细分析物理过程 才能抓住问题的实质 找出解决问题的方法 分析问题时要特别注意电场力和洛伦兹力的特性 在电场中的电荷 不论其运动与否 都始终受电场力的作用 而磁场只对且速度方向与磁场方向的电荷有洛伦兹力作用 电场力的大小f qe 与电荷运动速度 其方向可 返回目录 专题八电和磁 要点回顾 与电场方向 而洛伦兹力的大小与电荷运动的速度有关 其方向始终既与磁场方向 又与速度方向 即于磁场和速度共同决定的平面 从力的作用效果看 电场力既可以改变电荷运动速度的 也可以改变速度的 而洛伦兹力仅改变电荷运动速度的方向 改变速度的大小 从做功和能量转化角度看 电场力对电荷做功 但与运动路径 能够改变电荷的动能 而洛伦兹力对电荷永不做功 改变电荷的动能 返回目录 专题八电和磁 典例赏析 例1如图所示中a b c三点都在匀强电场中 已知ac bc abc 60 bc 20cm 把一个q 10 5c的正电荷从a移到b 电场力做功为零 从b移到c 电场力做功为 1 73 10 3j 则该匀强电场的场强大小和方向是 a 865v m 垂直ac向左b 865v m 垂直ac向右c 1000v m 垂直ab斜向上d 1000v m 垂直ab斜向下 分析 利用电场中电场线和等势面垂直 且沿电场线方向电势降落的特点 作出电场的等势面即可得出电场线 再由匀强电场场强与电势差的关系即可求得电场强度大小 返回目录 专题八电和磁 解析 把电荷从a移到b 电场力不做功 说明a b两点必位于同一个等势面上 题中指明匀强电场 等势面应为平面 且场强方向应垂直等势面 可见 a b不正确 可先排除 根据电荷从b移到c的做功情况 得b c两点电势差v 173v 表示b点电势比c点低173v 因此 场强方向必垂直ab斜向下 其大小e 1000v m 典例赏析 返回目录 专题八电和磁 答案 d 点评 本题考查电场力做功与电势差的关系 匀强电场的等势面形状及与电场线之间的关系 电场强度计算 考查分析 应用 判断及理解能力 不管运动路径如何 如果电荷在两点间移动时电场力做功为零 则这两点必等势 即在同一个等势面上 匀强电场的等势线是直线 电场线是垂直于等势线且从高电势指向低电势 这是解决该类问题的基本依据 应用u ed求两点间的电势差 一定要正确理解 d 是两点间沿场强方向的距离 变式练习1如图所示 圆o在匀强电场中 场强方向与圆o所在平面平行 带正电的微粒以相同的初动能沿着各个方向从a点进入圆形区域中 只在电场力作用下运动 从圆周上不同点离开圆形区域 其中从c点离开圆形区域的带电微粒的动能最大 图中o是圆心 ab是圆的直径 ac是与ab成 角的弦 则匀强电场的方向为 a 沿ab方向b 沿ac方向c 沿bc方向d 沿oc方向 典例赏析 返回目录 专题八电和磁 典例赏析 返回目录 例2一金属球 原来不带电 现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆mn 如图所示 金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a b c三点的场强大小分别为ea eb ec 三者相比 a ea最大b eb最大c ec最大d ea eb ec 解析 根据导体在电场中处于静电平衡时的特点 知球内a b c三点的合场强都为零 而这三点的场强都是细杆mn和球体感应电荷分别产生的场强的合场强 因此细杆mn产生的场强与金属球上感应电荷产生的场强对球内同一点应大小相等 方向相反 而c点离细杆mn最近 故细杆产生的电场在c点的场强最大 那么 金属球上感应电荷产生的电场在c点的场强也就最大 专题八电和磁 典例赏析 返回目录 答案 c 点评 处理静电平衡类问题 应注意导体内的电场是指的合电场 并且它一定为零 它由外加电场和导体感应电荷产生的电场叠加而成 我们往往要求的是感应电荷在导体内某点产生的电场 而这个电场又不能直接求出 只好经过等效转换研究对象来间接解决问题 在处理静电平衡问题时 必须清楚导体外的电荷并不因导体表面产生感应电荷而影响它在导体内部单独产生的电场 专题八电和磁 变式练习2如图所示 带电量为 q的点电荷与均匀带电薄板相距为2d 点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心 若图中a点处的电场强度为零 根据对称性 带电薄板在图中b点处产生的电场强度大小为 方向 静电力恒量为k 典例赏析 返回目录 例3从阴极k发射的电子经电势差u0 5000v的阳极加速后 沿平行于板面的方向从中央射入两块长l1 10cm 间距d 4cm的平行金属板a b之间 在离金属板边缘l2 75cm处放置一个直径d 20cm 带有记录纸的圆筒 整个装置放在真空内 电子发射时的初速度不计 如图所示 若在金属板上加一u 1000cos2 tv的交流电压 并使圆筒绕中心轴按图示方向以n 2r s匀速转动 分析电子在记录纸上的轨迹形状并画出从t 0开始的1s内所记录到的图形 专题八电和磁 典例赏析 返回目录 专题八电和磁 分析 偏转电场如果不稳定 电子在其中的运动将非常复杂 因此理想化处理是解答本题的关键 实际上 若已知交变电压的周期t和平行金属板板长l 则 若 t 电子进入偏转电场后 由于在其中运动的时间极短 可以忽略运动期间偏转电压的变化 粒子通过时电场可看作匀强电场 解析 对电子的加速过程 由动能定理得 得电子加速后的速度电子进入偏转电场后 由于在其中运动的时间极短 可以忽略运动期间偏转电压的变化 认为电场是稳定的 因此电子做类平抛的运动 如图甲所示 图甲 典例赏析 返回目录 专题八电和磁 交流电压在a b两板间产生的电场强度 cos2 tv m电子飞离金属板时的偏转距离 电子飞离金属板时的竖直速度 电子从飞离金属板到到达圆筒时的偏转距离 所以在纸筒上的落点对入射方向的总偏转距离为 可见 在记录纸上的点在竖直方向上以振幅0 20m 周期t 1s做简谐运动 因为圆筒每秒转2周 故转一周在纸上留下的是前半个余弦图形 接着的一周中 留下后半个图形 则1s内 在纸上的图形如图乙所示 图乙 典例赏析 返回目录 专题八电和磁 答案 见解析 点评 示波器等常用电子仪器的基本原理是电子在电场中加速 偏转规律的应用 当带电粒子 质量为m 带电量为q 从静止开始经电场 电压u1 加速后 以初速度v1垂直进入由平行金属板产生的匀强电场中 则带电粒子在匀强电场中做类平抛运动 其轨迹是一条抛物线 设平行金属板间的电压为u2 板间距离为d 板长为l 则 粒子在垂直于电场方向做匀速直线运动vx v1 l v1t 粒子在平行于电场方向做初速度为零的匀加速直线运动 侧移距离y 典例赏析 返回目录 变式练习3在下图中b为电源 电动势 27v 内阻不计 固定电阻r1 500 r2为光敏电阻 c为平行板电容器 虚线到两极板距离相等 极板长l1 8 0 10 2m 两极板的间距d 1 0 10 2m s为屏 与极板垂直 到极板的距离l2 0 16m p为一圆盘 由形状相同 透光率不同的三个扇形a b和c构成 它可绕aa 轴转动 当细光束通过扇形a b c照射光敏电阻r2时 r2的阻值分别为1000 2000 4500 有一细电子束沿图中虚线以速度v0 8 0 106m s连续不断地射入c 已知电子电量e 1 6 10 19c 电子质量m 9 10 31kg 忽略细光束的宽度 电容器的充电放电时间及电子所受的重力 假设照在r2上的光强发生变化时r2阻值立即有相应的改变 专题八电和磁 速度偏转角度 位移偏转角度 典例赏析 返回目录 1 设圆盘不转动 细光束通过b照射到r2上 求电子到达屏s上时 它离o点的距离y 计算结果保留两位有效数字 2 设转盘按上图中箭头方向匀速转动 每3秒转一圈 取光束照在a b分界处时t 0 试在下图给出的坐标纸上 画出电子到达屏s上时 它离o点的距离y随时间t的变化图线 0 6s间 要求在y轴上标出图线最高点与最低点的值 不要求写出计算过程 专题八电和磁 典例赏析 返回目录 例4如图所示 一个质量为m 带 q电量的粒子在bc边上的m点以速度v垂直于bc边飞入正三角形abc 为了使该粒子能在ac边上的n点垂直于ac边飞出该三角形 可在适当的位置加一个垂直于纸面向里 磁感应强度为b的匀强磁场 若此磁场仅分布在一个也是正三角形的区域内 且不计粒子的重力 试求 1 粒子在磁场里做圆周运动的轨道半径及周期 2 该粒子在磁场里运动的时间t 3 该正三角形区域磁场的最小边长 4 画出磁场区域及粒子运动的轨迹 专题八电和磁 解析 1 带电粒子在匀强磁场中做圆周运动 向心力由粒子所受洛仑兹力提供 设粒子圆周运动的半径为r 运动的周期为t 则 得 2 粒子垂直于bc边进入 垂直于ac边射出 即在磁场中偏转300 如右图所示 所以粒子在磁场中运动的时间为 得 典例赏析 返回目录 专题八电和磁 分析 粒子垂直于bc边进入 垂直于ac边射出 即在磁场中偏转300 由此作出粒子在磁场中的运动示意图 这是本题正确作答的关键 3 如上图所示 由几何关系 正三角形区域磁场的最小边长l为 将代入得 4 如上图所示 典例赏析 返回目录 专题八电和磁 答案 4 如解析中图所示 点评 确定带电粒子在磁场中做圆周运动的圆心 画出轨迹图 确定圆心角求出粒子在磁场中运动的时间 这是带电粒子在磁场中运动的基本问题 从匀强磁场边缘垂直磁场射入的带电粒子 它在磁场中的运动轨迹有可能不是一个完整的圆 仅是一段圆弧 在实际问题中圆心位置的确定极为重要 通常有两种方法 已知入射方向和出射方向时 可分别作通过入射点和出射点垂直于入射方向和出射方向的直线 两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心 如下图1所示 图中p为入射点 m为出射点 典例赏析 返回目录 专题八电和磁 图1图2 已知入射方向和出射点的位置时 可以通过入射点作入射方向的垂线 再连接入射点和出射点 作其中垂线 这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心 如图2所示 p为入射点 m为出射点 粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时 转一周所用时间可用公式确定 且从中可以看出粒子转一周后所用时间不仅与粒子荷质比有关 还与磁场有关