（浙江专用版）2020版高考物理二轮复习 专题三 电场与磁场 第6讲 电场与磁场的理解课件

第一部分专题复习专题定位1.理解电场力的性质和能的性质；2.熟练解答带电粒子在电场中的加速和偏转问题；3.理解磁场对电流和运动电荷的作用；4.会分析带电粒子在电场和磁场的复合场中的运动问题.题型1电场性质的理解内容索引NEIRONGSUOYIN题型2带电粒子在电场中的运动题型3磁场对电流的作用题型4磁场对运动电荷的作用电场性质的理解题型1相关知识链接1.电场概念的比较表达式特点电场强度矢量，由电场本身决定，电场线越密电场强度越大电势标量，与零电势点的选取有关，沿电场线方向电势逐渐降低电势能Ep＝qφ，ΔEp＝－W电标量，电场力做正功，电势能减少E＝Fq，E＝kQr2，E＝Udφ＝Epq2.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.规律方法提炼1.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)将带电荷量为＋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＝φA－φB，若UAB0，则φAφB，反之φAφB.2.电势能变化的判断(1)由Ep＝qφ判断：正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势低的地方电势能大.(2)由WAB＝EpA－EpB判断：电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加.(3)只有电场力做功时，电荷的电势能与动能之和守恒.3.运动轨迹问题(1)某点速度方向即为该点轨迹的切线方向；(2)从轨迹的弯曲方向判断受力方向(轨迹向合外力方向弯曲)，从而分析电场方向或电荷的正负；(3)结合轨迹、速度方向与电场力的方向，确定电场力做功的正负，从而确定电势能、电势的变化和电势差等.例1(多选)(2018·全国卷Ⅱ·21)如图，同一平面内的a、b、c、d四点处于匀强电场中，电场方向与此平面平行，M为a、c连线的中点，N为b、d连线的中点.一电荷量为q(q0)的粒子从a点移动到b点，其电势能减小W1；若该粒子从c点移动到d点，其电势能减小W2.下列说法正确的是A.此匀强电场的场强方向一定与a、b两点连线平行D.若W1＝W2，则a、M两点之间的电势差一定等于b、N两点之间的电势差B.若该粒子从M点移动到N点，则电场力做功一定为W1＋W22C.若c、d之间的距离为L，则该电场的场强大小一定为W2qL√√解析结合题意，只能判定Uab0，Ucd0，但电场方向不能确定，A项错误；由于M、N分别为ac和bd的中点，对于匀强电场，则UMN＝φa＋φc2－φb＋φd2＝Uab＋Ucd2，可知该粒子由M至N过程中，电场力做功W＝W1＋W22，B项正确；电场强度的方向只有沿c→d时，才有场强E＝W2qL，但本题中电场方向未知，C项错误；若W1＝W2，则Uab＝Ucd＝UMN，即φa－φb＝φM－φN，φa－φM＝φb－φN，可知UaM＝UbN，D项正确.拓展训练1(2019·浙南名校联盟期末)如图所示，空间有一圆锥OBD，点A、E分别是两母线的中点.现在顶点O处固定一正的点电荷，下列说法中正确的是A.B、D两点的电场强度相同B.平行于底面的圆心为O1的截面为等势面C.将一负的试探电荷从A点沿直径移到E点，试探电荷的电势能先增大后减小D.若O1点的电势为φ1，O2点的电势为φ2，则O1、O2中点的电势小于√φ1＋φ22解析点B、D到O点的距离相等，根据点电荷的场强公式E＝分析可知，B、D两点的电场强度大小相等，但方向不同，故A错误；点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面，平行于底面的圆心为O1的截面上各个点到O点的距离不等，故不是等势面，故B错误；将一负的试探电荷从A点沿直径移到E点，电势先升高后降低，电势能先减小后增大，静电力对该试探电荷先做正功后做负功，故C错误；设O1、O2中点为P，由于O1P间场强大于PO2间场强，由U＝Ed知，O1P间的电势差大于PO2间的电势差，则有：φO1－φPφP－φO2，则φP，故D正确.kQr2φO1＋φO22拓展训练2(多选)(2019·吉林省名校第一次联合模拟)如图所示，实线表示电场线，虚线ABC表示一带电粒子仅在电场力作用下的运动轨迹，虚线在B点的切线与该处的电场线垂直.下列说法正确的是A.粒子带正电B.粒子在B点的加速度大于在C点的加速度C.粒子在B点时电场力做功的功率为零D.粒子从A点运动到C点的过程中电势能先减小后增大√√解析带电粒子的轨迹向左下弯曲，则带电粒子所受的电场力沿电场线切线向下，则知带电粒子带负电，故A错误；电场线的疏密表示场强大小，由题图知B点的场强大于C点的场强，粒子在B点的加速度大于在C点的加速度，故B正确；虚线在B点的切线与该处的电场线垂直，则粒子受到的电场力方向与粒子在B点速度的方向垂直，所以此刻粒子受到的电场力做功的功率为零，故C正确；从A到B，电场力做负功，电势能增大，从B到C，电场力做正功，电势能减小，故D错误.带电粒子在电场中的运动题型21.电场中的直线运动问题(1)动能定理：不涉及t、a时可用.(2)牛顿第二定律＋运动学公式：涉及a、t时可用.尤其是交变电场中，最好再结合v－t图象使用.2.匀强电场中的偏转问题(1)用平抛运动规律处理：运动的分解.相关知识链接①沿初速度方向做匀速直线运动，运动时间t＝Lv0.②沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动，加速度a＝Fm＝qEm＝qUmd.③离开电场时的偏移量y＝12at2＝qUL22mdv02.④速度偏向角tanφ＝vyv0＝qUxmdv02―――→x＝Ltanφ＝qULmdv02；位移偏向角tanθ＝yx＝qUx2mdv02―――→x＝Ltanθ＝qUL2mdv02.(2)动能定理：涉及功能问题时可用.注意：偏转时电场力做功不一定是W＝qU板间，应该是W＝qEy(y为偏移量).3.非匀强电场中的曲线运动问题(1)运动电荷的轨迹偏向受力的一侧，即合外力指向轨迹凹的一侧；电场力一定沿电场线切线，即垂直于等势面，从而确定电荷受力方向.(2)由电场力的方向与运动方向夹角，判断电场力做功的正负，再由功能关系判断动能、电势能的变化.例2(2019·安徽安庆市期末调研监测)如图所示，带有小孔的平行极板A、B间存在匀强电场，A、B板间电势差大小为U，极板间距离为L.其右侧有与A、B垂直的平行极板C、D，极板长度为L，C、D板间加恒定的电压，现有一质量为m、带电荷量为e的电子(重力不计)，从A板处由静止释放，经电场加速后通过B板的小孔飞出；经过C、D板间的电场偏转后从电场的右侧边界M点飞出电场区域，速度方向与边界夹角为60°，求：(1)电子在A、B间电场的运动时间；答案2mL2eU解析电子在A、B间直线加速，加速度a＝eUmL，电子在A、B间的运动时间为t，则L＝12at2，所以t＝2mL2eU(2)C、D间匀强电场的电场强度大小.则电子从平行极板C、D间射出时沿电场方向的速度为vy＝v0tan30°，解析设电子从B板的小孔飞出时的速度为v0，eU＝12mv02，答案23U3L又vy＝eEm·Lv0，所以C、D间匀强电场的电场强度E＝23U3L.拓展训练3(多选)(2018·全国卷Ⅲ·21)如图，一平行板电容器连接在直流电源上，电容器的极板水平；两微粒a、b所带电荷量大小相等、符号相反，使它们分别静止于电容器的上、下极板附近，与极板距离相等.现同时释放a、b，它们由静止开始运动.在随后的某时刻t，a、b经过电容器两极板间下半区域的同一水平面.a、b间的相互作用和重力可忽略.下列说法正确的是A.a的质量比b的大B.在t时刻，a的动能比b的大C.在t时刻，a和b的电势能相等D.在t时刻，a和b的动量大小相等√√解析经时间t，a、b经过电容器两极板间下半区域的同一水平面，则xaxb，根据x＝12at2，得aaab，又由a＝Fm知，mamb，A项错误；经时间t到下半区域的同一水平面，则电场力做功WaWb，由动能定理知，a的动能比b的动能大，B项正确；在t时刻，a、b处在同一等势面上，根据Ep＝qφ知，a、b的电势能绝对值相等，符号相反，C项错误；根据动量定理Ft＝p－p0，则经过时间t，a、b的动量大小相等，D项正确.拓展训练4(2019·杭州市高三期末)汤姆生用来测定电子比荷的实验装置如图所示.从真空管中K极发射的一束电子(初速度近似为零)经KA间的电场加速后，穿过AA′中心的小孔沿中心轴OO′的方向进入到两块平行极板P和P′间的区域，最后打在荧光屏上的中心O′点处，形成一个亮点.已知KA间加速电压为U，电子电荷量大小为e、质量为m.下列说法正确的是A.电子到达A点时的速度大小为B.若在PP′间加向下的匀强电场，则亮点将出现在O′点下方C.若在PP′间加向下的匀强电场，则电子通过PP′间的时间比不加电场时长D.若在PP′间同时加向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，则亮点仍可能出现在O′点2mUe√解析由动能定理得：eU＝12mv2，解得：v＝2eUm，故A错误；若在PP′间加向下的匀强电场，电子在PP′间受到的电场力向上，电子将向上偏转，所以亮点将出现在O′点上方，故B错误；若在PP′间加向下的匀强电场，电子在PP′间运动时水平方向做匀速运动，运动时间不变，故C错误；若在PP′间同时加向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，电子进入PP′间受到的电场力向上，洛伦兹力向下，若满足eE＝evB，则电子将做匀速运动，亮点仍出现在O′点，故D正确.磁场对电流的作用题型31.对磁场的理解(1)磁感应强度是矢量，其方向与通电导线在磁场中所受力的方向垂直；(2)电流元必须垂直于磁场方向放置，公式B＝才成立；(3)磁场中某点的磁感应强度是由磁场本身决定的，与通电导线受力的大小及方向都无关.2.安培力(1)若磁场方向和电流方向垂直：F＝BIL.(2)若磁场方向和电流方向平行：F＝0.(3)方向判断：左手定则.(4)方向特点：垂直于磁感线和通电导线确定的平面.相关知识链接FIL1.磁场的叠加对于电流在空间某点的磁场，首先应用安培定则判断出各电流在该点的磁场方向，然后应用平行四边形定则合成.2.磁场力做功磁场力包括洛伦兹力和安培力，由于洛伦兹力的方向始终和带电粒子的运动方向垂直，洛伦兹力不做功，但是安培力可以做功.规律方法提炼3.两个等效模型(1)变曲为直：图甲所示通电导线，在计算安培力的大小和判断方向时均可等效为ac直线电流.(2)化电为磁：环形电流可等效为小磁针，通电螺线管可等效为条形磁铁，如图乙.例3(2019·全国卷Ⅰ·17)如图，等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点M、N与直流电源两端相接.已知导体棒MN受到的安培力大小为F，则线框LMN受到的安培力的大小为A.2FB.1.5FC.0.5FD.0√解析设三角形边长为l，通过导体棒MN的电流大小为I，则根据并联电路的规律可知通过导体棒ML和LN的电流大小为I2，如图所示，依题意有F＝BlI，则导体棒ML和LN所受安培力的合力为F1＝12BlI＝12F，方向与F的方向相同，所以线框LMN受到的安培力大小为1.5F，选项B正确.拓展训练5(多选)(2018·全国卷Ⅱ·20)如图，纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2，L1中的电流方向向左，L2中的电流方向向上；L1的正上方有a、b两点，它们相对于L2对称.整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外.已知a、b两点的磁感应强度大小分别为，方向也垂直于纸面向外.则13B0和12B0A.流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为712B0B.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为112B0C.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为112B0D.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为712B0√√解析原磁场、电流的磁场方向如图所示，由题意知在b点：12B0＝B0－B1＋B2在a点：13B0＝B0－B1－B2由上述两式解得B1＝712B0，B2＝112B0，A