2014年高考物理回扣材料(电场、磁场).doc

第三单元：电场和磁场第一课时 电场和磁场的基本性质一、【知识梳理】1.电场和磁场的特点（1）电场对运动电荷和静止电荷都有力的作用，磁场只能对 电荷有力的作用。（2）从力的角度和能的角度理解，电场强度的物理意义分别是什么？磁感应强度的物理意义是什么？（3） 分别适用于什么电场？其中的是指什么? （4）克服安培力做功， 能转化为 能。洛伦兹力为什么永远不做功 ？ 2. 物理学史试简述以下科学家在电磁学发展方面的贡献，并阅读物理选修3-1教材P37科学足迹。科学家主要贡献科学家主要贡献库仑奥斯特密立根法拉第安培楞次焦耳【知识梳理答案】1. 运动单位正电荷在电场中的受力大小及方向。沿电场线移动1m电场对电荷做的功。描述磁场的强弱和方向。匀强电场，点电荷电场，任意电场。d是沿电场方向的长度。其他形式 电 洛伦兹力永远与速度垂直。2. 科学家主要贡献科学家主要贡献库仑发现库仑定律、测得静电力常量奥斯特电流的磁效应密立根测得基本电荷的电荷量法拉第提出场的观点以及用电场线描述电场；发现电磁感应现象安培安培定则、提出分子电流假说楞次确定感应电流的方向焦耳电热 二、【考题回放】例1.三个相同的金属小球1、2、3分别置于绝缘支架上，各球之间的距离远大于小球的直径。球1的带电量为q，球2的带电量为nq，球3不带电且离球1和球2很远，此时球1、2之间作用力的大小为F。现使球3先与球2接触，再与球1接触，然后将球3移至远处，此时1、2之间作用力的大小仍为F，方向不变。由此可知（ ） An=3Bn=4Cn=5Dn=6解析：设1、2距离为r，则球1、2之间作用力为：，球3先与球2接触后，它们带的电的电量平分，均为：；球3再与球1接触后，它们带的电的总电量平分，均为；将球3移至远处后，球1、2之间作用力仍为F，则有上两式解得：n=6。答案：D点拨：本题考查了电荷守恒和库仑定律及有关计算。库仑定律是考点中明确的级要求，多地高考涉及较少，却是应当引起重视的考点。例2.如图所示，A、B、C、D、E是半径为r的圆周上等间距的五个点，在这些点上各固定一个点电荷，除A点处的电量为-q外，其余各点处的电量均为+q，则圆心O处（）A场强大小为，方向沿OA方向B场强大小为，方向沿AO方向C场强大小为，方向沿OA方向D场强大小为，方向沿AO方向解析：由点电荷的场强公式可知，各点电荷在O点产生的场强大小为E=，电场强度是矢量，求合场强应用平行四边形定则，由对称性可知，B、C、D、E四个点电荷的合场强大小为E=，方向沿OA方向，则A、B、C、D、E四个点电荷的合场强大小为：E合=E+E=+=，方向沿OA方向。答案：C点拨：本题考查了电场强度问题，熟练应用点电荷的场强公式及平行四边形定则是正确解题的关键例3.如图所示，在两个等量异种电荷形成的电场中，D、E、F是两电荷连线上等间距的三个点，三点的电势关系是,K、M、L是过这三个点的等势线，其中等势线L与两电荷连线垂直。带电粒子从a点射入电场后运动轨迹与三条等势线的交点是a、b、c，粒子在a、b、c的电势能分别是，以下判断正确的是（ ）A. 带电粒子带正电 B. C. D.解析:由于，可判断出正电荷在左侧，负电荷在右侧，根据粒子的轨迹可判断出它受到的力斜向左，与场强方向相反，故粒子带负电，A错；从a到b电场力做负功，电势能增加，B对；由于DE=EF，由U=Ed，可知UDEUEF ，由WAB=EpA-EpB 可知，D对。答案：BD点拨：本题考查了等量异种电荷的电场的场强、电势分布和电场力做功、电势能的变化关系。必须掌握几种特殊电场的场强合成、电场线分布、电势分布情况、电场力做功公式、电势能变化的判断等基本知识。例4 .自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的，很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡献。下列说法正确的是（ ）A. 奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象之间的联系B.欧姆发现了欧姆定律。说明了热现象和电现象之间存在联系C.法拉第发现了电磁感应、感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系D.焦耳发现了电流的热效应，定量给出了电能和热能之间的转换关系解析：由物理事实知，正确选项是ACD.点拨：解答物理学史问题，需要理解物理规律的来龙去脉，明确科学家对物理学发展作出的贡献。三、【对点演练】1.如图，一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷，在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a、b、d三个点，a和b、b和c、c和d间的距离均为R，在a点处有一电荷量为q的固定点电荷。已知b点处的场强为零，则d点处场强的大小为(k为静电力常量) （ ） A.kB. k C. k D. k2.如图所示，在x轴相距为L的两点固定两个等量异种点电荷+Q、-Q，虚线是以+Q所在点为圆心、L/2为半径的圆，a、b、c、d是圆上的四个点，其中a、c两点在x轴上，b、d两点关于x轴对称。下列判断正确的是（ ）Ab、d两点处的电势相同B.四点中c点处的电势最低Cb、d两点处的电场强度相同D将一试探电荷+q沿圆周由a点移至c点，+q的电势能减小【对点演练答案】1.B 解析： 由于b点处的场强为零，根据电场叠加原理知，带电圆盘和a点处点电荷在b处产生的场强大小相等，方向相反。在d点处带电圆盘和a点处点电荷产生的场强方向相同，所以E=，所以B选项正确。2. ABD 解析：由等量异种点电荷的电场分布规律可知b、d两点处的电势相同，再结合矢量合成的平行四边形定则可判断电场强度大小相等、方向不同，故选项A正确C错误；由电荷的独立作用原理可知正电荷在+Q产生的电场中由a运动至c，电场力不做功，正电荷在-Q产生的电场中由a运动至c，电场力做正功，故正电荷在两点电荷的电场中由a至c电场力做正功，电势能减小，选项D正确；沿电场线的方向电势逐渐降低，故b、d点的电势高于c点的电势，由D项的分析结合，可知a点电势高于c点的电势，故选项B正确。第三单元：电场和磁场第二课时 带电粒子在电场、磁场中的运动【知识梳理】1. 带电粒子在电场中的运动（1）带电粒子在匀强电场中的加速一般情况下带电粒子所受的电场力远大于重力，所以可以认为只有电场力做功。由动能定理W=qU=EK，此式与电场是否匀强无关，与带电粒子的运动性质、轨迹形状也无关。（2）带电粒子在匀强电场中的偏转如图所示，质量为m、电荷量为q的带电粒子以平行于极板的初速度v0射入长L板间距离为d的平行板电容器间，两板间电压为U，求射出时的侧移、偏转角、入射点与出射点间的电势差。2. 带电粒子在匀强磁场中的运动（1） 单粒子圆周运动的圆心、半径及运动时间确定问题。如图所示，带电粒子从P点射入宽度为L的匀强磁场，磁场垂直于纸面向里，磁感应强度为B，出射点m偏离粒子入射方向的距离为h.请通过作图找出粒子做圆周运动的圆心，判断粒子的带电性质；求出粒子运动的轨道半径；写出粒子由P到M的时间表达式。（2） 多粒子、多速度的边界问题分析运动半径确定，但初速度方向不确定，运动时间可使用弧长、弦长分析。粒子在磁场中的运动初速度方向确定，半径不确定，运动时间使用圆心角。设粒子带负电，可以作出两种动态圆，如图所示。3. 带电粒子在多场中的运动几种常用的命题情境：（1）质谱仪 原理:粒子由静止被加速电场加速,根据动能定理可得关系式 粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转,做匀速圆周运动, 根据牛顿第二定律得关系式 由以上两式可得出需要研究的物理量,如粒子轨道半径r、粒子质量m、比荷. （2）回旋加速器构造:如图所示,D1、D2是半圆金属盒,D形盒的缝隙处接 电源.D形盒处于匀强磁场中.原理:交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙,两盒间的电势差一次一次地反向,粒子就会被一次一次地加速.分析：已知带电粒子的质量为m、电荷量为q，D形盒的直径为d，其所处匀强磁场的磁感应强度为B，则带电粒子将获得的最大动能为多大？带电粒子获得的最大动能有什么因素决定？（3）速度选择器：如图所示,平行板中电场强度E的方向磁感应强度B的方向互相 ,这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来,所以叫做速度选择器.若带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器需要满足什么条件？（4） 磁流体发电机：根据左手定则,如图中的B板是发电机的正极.磁流体发电机两极板间的距离为d,等离子体速度为v,磁场磁感应强度为B,则两极板间能达到的最大电势差U= .（5）电磁流量计工作原理:如图所示,圆形导管直径为d,用 制成,导电液体在管中向左流动,导电液体中的自由电荷(正、负离子),在洛伦兹力的作用下横向偏转,a、b间出现电势差,形成电场,当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时,a、b间的电势差就保持稳定。已知磁感应强度为B.测得液体a、b两点间的电势差为U，则导电液体中的自由电荷定向移动的速率为多大？管内导电液体的流量Q为多大？ （6）霍尔效应:在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体,当 与电流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了 ,这个现象称为霍尔效应.所产生的电势差称为霍尔电势差,其原理如图所示。请同学们表示出霍尔电势差。【知识梳理答案】1.（2）侧移 偏转角 电势差2. （1）解析：如图所示连接P、M，作中垂线，交左边界为O，此为圆心。由左手定则可判定粒子带正电。由几何关系，有3.（1） （2）交流 ，在m、q一定的情况下，粒子所能达到的最大动能只与D形盒的半径R和B有关，与v无关。（3）垂直 与粒子的电性无关（4）Bdv0 (5) (6)磁场方向 电势差 U=Bdv 二、【考题回放】例1.如图甲所示，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( )A B. C. D解析：解决此题首先要注意A、B两板电势的高低及带正电粒子运动的方向，再利用运动的对称性，粒子加速与减速交替进行运动，同时注意粒子向左、右运动位移的大小，即可判断各选项的对错A.若，带正电粒子先加速向B板运动、再减速运动至零；然后再反方向加速运动、减速运动至零；如此反复运动，每次向右运动的距离大于向左运动的距离，最终打在B板上，所以A错误B.若，带正电粒子先加速向A板运动、再减速运动至零；然后再反方向加速运动、减速运动至零；如此反复运动，每次向左运动的距离大于向右运动的距离，最终打在A板上，所以B正确C.若,带正电粒子先加速向A板运动、再减速运动至零；然后再反方向加速运动、减速运动至零；如此反复运动，每次向左运动的距离小于向右运动的距离，最终打在B板上，所以C错误D.若，带正电粒子先加速向B板运动、再减速运动至零；然后再反方向加速运动、减速运动至零；如此反复运动，每次向右运动的距离大于向左运动的距离，最终打在B板上，所以D错误故选B点拨：带电粒子在电场中的运动，实质是力学问题，题目类型依然是运动电荷的平衡、直线、曲线或往复振动等问题解题思路一般地说仍然可遵循力学中的基本解题思路：牛顿运动定律和直线运动的规律的结合、动能定理或功能关系带电粒子在交变电场中运动的情况比较复杂，由于不同时段受力情况不同、运动情况也就不同，若按常规的分析方法，一般都较繁琐，较好的分析方法就是利用带电粒子的速度图象或位移图象来分析在画速度图象时，要注意以下几点：1带电粒子进入电场的时刻；2速度图象的斜率表示加速度，因此加速度相同的运动一定是平行的直线；3图线与坐标轴的围成的面积表示位移，且在横轴上方所围成的面积为正，在横轴下方所围成的面积为负；4注意对称和周期性变化关系的应用；5图线与横轴有交点，表示此时速度反向，对运动很复杂、不容易画出速度图象的问题，还应逐段分析求解例2.如图，一半径为R的圆表示一柱形区域的横截面（纸面）。在柱形区域内加一方向垂直于纸面的匀强磁场，一质量为m、电荷量为q的粒子沿图中直线在圆上的a点射入柱形区域，在圆上的b点离开该区域，离开时速度方向与直线垂直。圆心O到直线的距离为。现将磁场换为平等于纸面且垂直于直线的匀强电场，同一粒子以同样速度沿直线在a点射入柱形区域，也在b点离开该区域。若磁感应强度大小为B，不计重力，求电场强度的大小。解析：粒子在磁场中做圆周运动。设圆周的半径为r由牛顿第二定律和洛仑兹力公式得 式中v为粒子在a点的速度过b点和O点作直线的垂线，分别与直线交于c和d点。由几何关系知，线段ac、bc和过a、b两点的轨迹圆弧的两条半径（未画出）围成一正方形。因此 ac=bc=r 设cd=x，由几何关系得 ac=R+x bc= 联立式得r=R 再考虑粒子在电场中的运动。设电场强度的大小为E，粒子在电场中做类平抛运动设其加速度大小为a，由牛顿第二定律和带电粒子在电场中的受力公式得 qE=ma 粒子在电场方向和直线方向所走的距离均为r由运动学公式得 r=at2 r=vt式中t是粒子在电场中运动的时间。联立式得 点拨：对带电粒子在磁场中做圆周运动，必须熟练掌握轨迹作图、圆心确定、半径求解。对带电粒子在电场中的偏转，须掌握类平抛运动的位移、速度的求解。例3.如图甲所示，相隔一定距离的竖直边界两侧为相同的匀强磁场区，磁场方向垂直纸面向里，在边界上固定两长为L的平行金属极板MN和PQ，两极板中心各有一小孔、，两极板间电压的变化规律如图乙所示，正反向电压的大小均为，周期为。在时刻将一个质量为、电量为（）的粒子由静止释放，粒子在电场力的作用下向右运动，在时刻通过垂直于边界进入右侧磁场区。（不计粒子重力，不考虑极板外的电场）（1） 求粒子到达时的速度大小和极板距离（2）为使粒子不与极板相撞，求磁感应强度的大小应满足的条件。（3）若已保证了粒子未与极板相撞，为使粒子在时刻再次到达，且速度恰好为零，求该过程中粒子在磁场内运动的时间和磁感强度的大小解析：（1）粒子由至的过程中，根据动能定理得 由式得 设粒子的加速度大小为，由牛顿第二定律得 由运动学公式得 联立式得 (2)设磁感应强度大小为B，粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R，由牛顿第二定律得 要使粒子在磁场中运动时不与极板相撞，须满足 联立式得 （3）设粒子在两边界之间无场区向左匀速运动的过程用时为，有 联立式得 若粒子再次达到时速度恰好为零，粒子回到极板间应做匀减速运动，设匀减速运动的时间为，根据运动学公式得 联立 式得 设粒子在磁场中运动的时间为 联立式得 设粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期为T，由式结合运动学公式得 由题意得 联立式得 点拨：带电粒子在电场中直线加速进入磁场偏转类问题，需要运用动能定理及运动学知识求出进入磁场时的速度、运动时间；在有界磁场中做圆周运动，需要注意临界条件的确定。三、【对点演练】1. 如图所示，在坐标系xoy的第一、第三象限内存在相同的匀强磁场，磁场方向垂直于xoy面向里；第四象限内有沿y轴正方向的匀强电场，电场强度大小为E. 一质量为、带电量为的粒子自y轴的P点沿x轴正方向射入第四象限，经x轴上的Q点进入第一象限，随即撤去电场，以后仅保留磁场。已知OP=d,OQ=2d,不计粒子重力。（1）求粒子过Q点时速度的大小和方向。（2）若磁感应强度的大小为一定值B0，粒子将以垂直y轴的方向进入第二象限，求B0；（3）若磁感应强度的大小为另一确定值，经过一段时间后粒