专题二--电场和磁场

专题二 电场与磁场考纲解读：电场磁场是中学物理的核心内容之一，分析近十年来的高考试卷可以看出,这部分知识在高考试题中的比例约占百分之十三，为历年高考试题中考点分布的重点区之一，尤其是在力电综合问题巧妙的把电场磁场与牛顿运动定律、动能定理等力学知识有集的结合起来，要求考生有较高的综合解题能力，从考试内容上看，带电粒子在电场和磁场的运动是高考考查的重点；从试题形式上看，既有选择题 ，又有计算题；从试题的难度上看，多属于中等难度和较难的题，特别是只要有计算题出现就一定是难度较大的综合题。由于高考的命题指导思想已把对考生能力的考查放到了首位，因而在试题的选材，条件设置等方面都会有新的变化，将学科知识与社会生活，生产实际和科学技术相联系的试题将会越来越多。这部分内容不仅可以考查考生对多学科知识的综合运用，更能考查考生的实际应用能力，因此在复习中应引起足够的重视。电场电场强度E=F/q电势=E电势能/q静电荷描述匀强电场U=E/d点电荷电场强度电场线电势差UAB=A -B等势面电容性质电场力F=qE加速(v0 / E或v0 =0)偏转(v0E)定义式,决定式磁场动描述磁感应强度B=F/IL磁通量=BS磁感线性质对通电导线F=BIL(IB)对运动电荷F=qvBsin对通电线圈产生力矩v/B,F=0vB , F=qvB电荷做匀速圆周运动知识网络复习线索：对本专题的知识要加深理解，能在头脑中构建出条理清晰的知识网络；对知识点之间的联系，要深刻的理解体会，并牢记物体在不同场中的受力情况、运动特征和处理相应问题的方法与技巧。复习过程中需要形成以下几条线索:线索一 从“力”的角度入手，把握电场力和洛伦兹力的特征1.在电场中的电荷，不论其运动与否，始终受电场力的作用；而磁场只对运动且速度方向与磁场方向不平行的电荷有洛伦兹力的作用； 2.电场力的大小与电荷运动速度无关，其方向可与电场方向相同或相反；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垂直，又与速度方向垂直，即垂直于磁场和速度共同决定的平面；3.从力的作用效果看，电场力即可以改变电荷速度的方向，也可以改变速度大小；而洛伦兹力仅改变点和速度的方向，不能改变速度的大小；4.从做功和能量转化的角度看，电场力对电荷做功，与路径无关，能改变电荷的动能；而洛伦兹力对电荷永不做功，不能改变电荷的动能。线索二 从“运动”的角度入手，把握电场和磁场中的典型运动形式 带电粒子在复合场中的典型运动形式包括：当带电粒子在复合场中所受合力为0时，粒子将做匀速直线运动或者静止；当带电粒子所受的合外力与运动方向在同一直线上时，粒子将做变速直线运动；当带电粒子所受的合外力充当向心力时，粒子将做匀速圆周运动；当带电粒子所受合外力的大小、方向均是不断变化的，则粒子将做变加速运动，这类问题一般只能用能量观点处理。线索三 从力与运动的关系入手，把握处理带电粒子在电场、磁场中运动的基本方法要正确、迅速地解答带电粒子在电场、磁场中的运动问题，首先必须弄清物理情景，即在头脑中再现客观事物的运动全过程，把问题的情境形象化，从而建立起正确、清晰的物理情景；其二，考生应对物理知识有全面深入的理解；其三，熟练运用数学知识解决物理问题。此问题的分析方法和力学问题的分析方法基本相同，不同之处就是多了电场力和磁场力，因此在力学的三大观点（动力学、能量、动量）分析问题的过程中，还要注意电场力和洛伦兹力的特点，如电场力做功与路径无关，洛伦兹力方向始终和运动方向垂直、永不做功等。精讲一 电场和磁场的性质考纲呈现主题内容要求说明电场库仑定律将电场多与重力场类比解决问题静电场电场强度、点电荷的场强电场线电势能、电势、电势差匀强电场中电势差与电场强度的关系。常用的电容器电容器的电压、电荷量和电容的关系磁场磁场、磁感应强度、磁感线通电直导线和通电线圈周围磁场的方向安培力、安培力的方向1.安培力的计算只限于电流与磁感应强度垂直的情形匀强磁场中的安培力洛伦兹力、洛伦兹力的方向2.洛伦兹力的计算只限于速度与磁场方向垂直的情形洛伦兹力的公式命题趋势电场性质包括力的性质和能的性质，对力的性质的考查多以电场强度大小的判断，电场力的计算、库仑定律的应用等形式出现；电场能的性质包括电势、电势差、电势能等知识，多考查定性的判断，对电势的考查常伴随着电场线，等势面等知识，对电势差的考查一般与电场力做功等知识相结合，电容器和带电粒子在电场中的运动一直是高考的热点与难点，两者往往结合在一起考查，电容器往往和电路的知识结合在一起，而带电粒子在电场中的运动而带电粒子在电场中的运动又多与磁场组合在一起进行考查。一般此类问题为综合问题。以计算题的形式出现的概率较大，对学生要求较高。磁场的叠加、安培定则、安培力的应用，以及带电粒子在磁场中的圆周运动是高考考查的重点。通电导线在磁场中受力、运动问题在高考试题中多以选择题的形式出现。此类问题经常与其它知识综合考查学生综合分析、应用数学解决物理问题的能力，解答此类问题要画出轨迹图、明确圆心的位置，结合几何关系， 确定圆周半径、运动时间。试题难度一般为中等难度或较难。应对方法：1通过比较分析，正确理解掌握电场中的基本概念。电势、电势能、电场强度等都是用来描述电场性质的重要物理量，要正确理解他们的物理意义，可运用于类比的方法，如分析重力场和电场，电场力做功和重力做功，电势能和重力势能等，通过归纳总结，正确判断电场中的相关物理量。2抓住重点，掌握“场”的特点和规律灵活运用两大观点解决带电粒子在电场中的运动问题。（1）动力学观点包括牛顿第三定律和运动学规律。（2）能量观点包括动能定理，机械能守恒定律和能量守恒定律。3熟练掌握有关磁场的基本概念，知道磁场的矢量性，能够运用矢量合成的方法把磁场进行叠加。熟练掌握安培定则、清楚各种形式的通电导线形成磁场的磁感线的分布。能够计算通电导线在磁场中受到安培力的大小。应用左手定则判断安培力和洛伦兹力的方向。安培力可以对通电导线做功。而洛伦兹力对带电粒子不做功。带电粒子在磁场中做圆周运动的问题，确定圆周运动的圆心及轨迹是解决此类问题的关键，对有理想边界的磁场，要明确磁场的分布区域，了解带电粒子进入磁场的初速度的大小和方向，离开磁场时的临界条件。热点一 对电场基本概念的理解MPNQabcd练习1. (2015新课标全国卷1单选)如图，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A直线a位于某一等势面内，MQB直线c位于某一等势面内，MNC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，电场力做负功练习2(2014新课标全国卷1多选)如图，在正点电荷Q的电场中有M、N、P、F四点，M、N、P为直角三角形的三个顶点，F为MN的中点，M=30，M、N、P、F四点的电势分别用、表示。已知=,=,点电荷Q在M、N、P三点所在的平面内，则（ ）A点电荷Q一定在MP的连线上B连接PF的线段一定在同一等势面上C将正试探电荷从P点搬运到N点，电场力做负功D大于badqQc练习3(2013新课标全国卷1单选)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 (q0)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. kC. k D. k热点二 带电体（或带电粒子）在电场中的运动练习4(2013新课标全国卷1单选)一水平放置的平行板电容器的两极板间距为d，极板分别与电池两极相连，上极板中心有一小孔(小孔对电场的影响可忽略不计)。小孔正上方处的P点有一带电粒子，该粒子从静止开始下落，经过小孔进入电容器，并在下极板处(未与极板接触)返回。若将下极板向上平移，则从P点开始下落的相同粒子将A.打到下极板上 B.在下极板处返回变 C.在距上极板处返回 D.在距上极板d处返回热点三 磁场对电流的作用练习5(2014新课标全国卷1单选)关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是 （ ）A安培力的方向可以不垂直于直导线B安培力的方向总是垂直于磁场的方向C安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关D将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半练习6（2015新课标全国卷112分）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。热点四 带电粒子在磁场中的运动练习7 (2015新课标全国卷1单选)两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不等、方向平行。一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子（不计重力），从较强磁场区进入到较弱磁场区后，粒子的A轨道半径减小，角速度增大 B.轨道半径减小，角速度减小C. 轨道半径增大，角速度增大 D. 轨道半径增大，角速度减小练习8(2014新课标全国卷1单选)如图，MN为铝质薄平板，铝板上方和下方分别有垂直于图平面的匀强磁场（未画出）。一带电粒子从紧贴铝板上表面的P点垂直于铝板向上射出，从Q点穿越铝板后到达PQ的中点O。已知粒子穿越铝板时，其动能损失一半，速度方向和电荷量不变。不计重力。铝板上方和下方的磁感应强度大小之比为 （ ）A2 B C1 D 练习9（2013新课标2）空间有一圆柱形匀强磁场区域，该区域的横截面的半径为R，磁场方向垂直横截面。一质量为m、电荷量为q（q0）的粒子以速率v0沿横截面的某直径射入磁场，离开磁场时速度方向偏离入射方向60。不计重力，该磁场的磁感应强度大小为（ ）A B C DBabq练习10（2013新课标）18如图，半径为R的圆是一圆柱形匀强磁场区域的横截面（纸面），磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外。一电荷量为q（q0）、质量为m的粒子沿平行于直径ab的方向射入磁场区域，射入点与ab的距离为R/2。已知粒子射出去的磁场与射入磁场时运动方向间的夹角为60，则例子的速率为（不计重力）（ ）A B C D第二讲 带电粒子在复合场中的运动考纲呈现主题内容要求说明电场 磁场带电粒子在匀强电场中的运动示波管安培力、安培力的方向1.安培力的计算只限于电流与磁感应强度垂直的情形匀强磁场中的安培力洛伦兹力、洛伦兹力的方向2.洛伦兹力的计算只限于速度与磁场方向垂直的情形洛伦兹力的公式带电粒子在匀强磁场中的运动质谱仪和回旋加速器命题趋势带电粒子在复合场中运动是电学的重要题型，是历年来高考考查的重点和热点。试题难度大，分值大，区分度大。近两年带电粒子在复合场的运动问题多考查电场和磁场分布在不同的区域。即形成组合场，粒子分别在电场和磁场中运动，有时也出现在同一区域同时存在电场，磁场以及重力场，即形成复合场，此类复合场问题较之前者难度更大。应对方法：复合场一般包括重力场、电场和磁场。本专题中所说的复合场是指磁场和电场、磁场和重力场，或者三场合一。带电粒子在三场中的受力特点：1重力的大小为mg，方向竖直向下，重力做功与路径无关，其数值除与带电粒子质量有关外，还与粒子的初、末位置的高度差有关。电子、质子、离子等微观粒子无特殊说明一般不计重力；带点小球、尘埃、液滴等无特殊说明，一般重力不能忽略。如果有具体数值可以通过计算比较确定是否考虑重力。2电场力的大小qE，方向与电场强度E及带电粒子所带电荷的性质有关，电场力做功与路径无关，其数值除与带电粒子的电荷量有关外，还与初、末位置的电势差有关。3.洛伦兹力的大小f=qvBsin，其中为带电粒子的速度方向与磁场方向的夹角。当粒子的速度与磁场垂直时f=qvB, 洛伦兹力的方向垂直于速度v和磁感应强度B所决定的平面，无论带电粒子做什么运动，洛伦兹力不做功。带电粒子在复合场、组合场中运动的处理方法：正确分析带电粒子受力及运动特征是解决问题的前提，带电粒子在复合场中做什么运动，取决于带电粒子所受的合外力及其初始状态的速度。因此应把带电粒子的运动情况和受力情况结合起来进行分析，当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，粒子做匀速直线运动（如速度选择器），灵活运用力学规律是解决问题的关键，带电粒子在组合场中运动时，带电粒子依次通过不同的场区，因其受力情况随区域而变化，故其运动规律也有所不同，根据区域和运动的不同，将粒子运动的过程划分为几个不同的阶段，对不同的阶段选取不同的规律处理。联系不同阶段的物理量是速度，因此确定带电粒子在场区边界的速度（包括大小和方向）是解决问题的关键。根据受力大致画出运动的轨迹图。有利于形象直观解决问题。根据轨迹图应用几何知识和已知条件相结合，依据相应的物理规律列出方程组，解决问题。热点一 带电粒子在组合场中的运动练习1（2012新课标全国卷118分）如图，一半径为R的圆表示一柱形区域的横截面