（通用版）2020高考物理二轮复习 专题三 电场与磁场 第6课时 电场与磁场的理解课件

第6课时电场与磁场的理解专题三电场与磁场复习备考建议(1)电场问题是动力学与能量观点在电磁学中的延续，主要考查点有电场叠加、电场描述、电场能的性质、带电粒子(带电体)在电场中的运动等.带电粒子(带电体)在电场中的运动能够综合考查运动的合成与分解、牛顿第二定律、动能定理等.2015、2017、2019年均在高考计算题中出现，可见这部分内容综合性强，仍然是命题的热点.(2)带电粒子在匀强磁场中的运动综合了洛伦兹力、牛顿运动定律、匀速圆周运动等知识，是高考命题的热点和重点，磁场叠加、安培力近年来也频繁考查，难度一般不大.高考对于带电粒子在磁场中的运动的考查，多为选择题，难度适中，2018年全国Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ卷考查带电粒子在匀强磁场中的运动出现在了计算题中，2017年全国Ⅲ卷、2019年全国Ⅰ卷也有复合场的计算题，但难度适中，所以要重点复习，但不要过于繁、难.栏目索引考点1电场性质的理解考点2带电粒子(带电体)在电场中的运动考点3磁场对电流的作用考点4磁场对运动电荷的作用1.电场强度、电势、电势能的表达式及特点对比考点1电场性质的理解表达式特点电场强度E＝，E＝____，E＝矢量，由电场本身决定.电场线越密，电场强度越大电势φ＝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＝____，ΔEp＝－W电标量，电场力做正功，电势能减小FqkQr2UdEpqqφ2.电势高低的比较(1)沿着电场线方向，电势越来越低；(2)带电荷量为＋q的点电荷，在电场力的作用下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.3.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，电势能减小，电场力做负功，电势能增大；(3)只有电场力做功时，电荷的电势能与动能之和守恒.4.运动轨迹问题(1)某点速度方向即为轨迹在该点的切线方向；(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、电势的变化等.例1(多选)(2019·贵州安顺市上学期质量监测)两电荷量分别为q1和q2的点电荷分别放在x轴上的O、M两点，两电荷连线上各点电势φ随x变化的关系如图1所示，其中A、N两点的电势均为零，ND段中的C点电势最高，则A.q1带正电，q2带负电B.A、N点的电场强度大小为零C.NC间场强方向沿x轴负方向D.将一负点电荷从N点移到D点，电势能一直增大√图1√解析由题图可知，在q1附近电势为正，q2附近电势为负，可知q1带正电，q2带负电，故A正确；φ－x图象的斜率表示场强E，可知A、N两点电场强度不为零，故B错误；由题图可知：由N至C，电势升高，所以场强方向沿x轴负方向，故C正确；由N至D，电势先升高后降低，则将一负点电荷从N点移到D点，电势能先减小后增大，故D错误.变式训练1.(多选)(2019·全国卷Ⅲ·21)如图2，电荷量分别为q和－q(q0)的点电荷固定在正方体的两个顶点上，a、b是正方体的另外两个顶点.则A.a点和b点的电势相等B.a点和b点的电场强度大小相等C.a点和b点的电场强度方向相同D.将负电荷从a点移到b点，电势能增加√图2√解析b点距q近，a点距－q近，则b点的电势高于a点的电势，A错误；如图所示，a、b两点的电场强度可视为E3与E4、E1与E2的合场强.其中E1∥E3，E2∥E4，且知E1＝E3，E2＝E4，故合场强Ea与Eb大小相等、方向相同，B、C正确；由于φaφb，负电荷从低电势处移至高电势处过程中，电场力做正功，电势能减少，D错误.2.(2019·河南郑州市第二次质量预测)某电场的电场线和等势面分布如图3所示，其中实线为电场线，虚线为等势面，a、b、c为电场中的三个点.下列说法正确的是A.a点的电势高于b点的电势B.a点的电场强度小于b点的电场强度C.电子从a点移到c点，电势能增大D.将电子从a点移到c点，再从c点移到b点，电场力做功代数和为零√图3解析因a、b两点在同一等势面上，则a点的电势等于b点的电势，选项A错误；a点附近电场线较b点附近密集，可知a点的电场强度大于b点的电场强度，选项B错误；因c点电势高于a点，可知电子从a点移到c点，电势能减小，选项C错误；因a点的电势等于b点的电势，则将电子从a点移到c点，再从c点移到b点，电势能的变化为零，即电场力做功代数和为零，选项D正确.A.此匀强电场的场强方向一定与a、b两点连线平行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W2qLD.若W1＝W2，则a、M两点之间的电势差一定等于b、N两点之间的电势差例2(多选)(2018·全国卷Ⅱ·21)如图4，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.下列说法正确的是图4√√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.3.(多选)(2019·山东日照市上学期期末)一匀强电场的方向平行于xOy平面，平面内a、b、c三点的位置如图5所示，三点的电势分别为10V、16V、24V.下列说法正确的是A.坐标原点的电势为18VB.电场强度的大小为1.25V/cmC.电场强度的方向从c点指向a点D.电子从b点运动到坐标原点，电场力做功为2eV变式训练图5√√√解析根据φb－φa＝φc－φO，因a、b、c三点电势分别为φa＝10V、φb＝16V、φc＝24V，则原点处的电势为φO＝18V，故A正确；如图，y轴上y＝2点(M点)的电势为φM＝φO－φO－φa4＝16V，所以b点与y轴上y＝2点的电势相等，连接b点与y轴上y＝2点的直线即为等势线，过a点作Mb的垂线即为电场线，方向与y轴负方向成37°角斜向上，垂足为N，由几何关系得：∠abM＝37°，aN＝ab·sin37°＝4.8cm，φN＝φb，所以E＝UNaaN＝1.25V/cm，故B正确，C错误；φbφO，则电子从b点运动到坐标原点，电场力做正功，W＝2eV，故D正确.1.直线运动的两种处理方法(1)动能定理：不涉及t、a时可用.(2)牛顿第二定律和运动学公式：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.考点2带电粒子(带电体)在电场中的运动2.匀强电场中偏转问题的处理方法(1)运动的分解已知粒子只在电场力作用下运动，且初速度方向与电场方向垂直.①沿初速度方向做匀速直线运动，运动时间t＝___.Lv0②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＝________.qUL22mdv02④速度偏向角tanφ＝vyv0＝qUxmdv02tanφ＝______；位移偏向角tanθ＝yx＝qUx2mdv02tanθ＝qUL2mdv02.qULmdv02(2)动能定理：涉及功能问题时可用.注意：偏转时电场力做的功不一定是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(1)电荷的运动轨迹偏向所受合外力的一侧，即合外力指向轨迹凹的一侧；电场力一定沿电场线切线方向，即垂直于_____面.(2)由电场力的方向与运动方向的夹角，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.等势例3(2019·全国卷Ⅱ·24)如图6，两金属板P、Q水平放置，间距为d.两金属板正中间有一水平放置的金属网G，P、Q、G的尺寸相同.G接地，P、Q的电势均为φ(φ0).质量为m、电荷量为q(q0)的粒子自G的左端上方距离G为h的位置，以速度v0平行于纸面水平射入电场，重力忽略不计.图6(1)求粒子第一次穿过G时的动能，以及它从射入电场至此时在水平方向上的位移大小；答案12mv02＋2φdqhv0mdhqφ解析PG、QG间场强大小相等，均为E.粒子在PG间所受电场力F的方向竖直向下，设粒子的加速度大小为a，有E＝2φd①F＝qE＝ma②设粒子第一次到达G时动能为Ek，由动能定理有qEh＝Ek－12mv02③设粒子第一次到达G时所用的时间为t，粒子在水平方向的位移为l，则有h＝12at2④l＝v0t⑤联立①②③④⑤式解得Ek＝12mv02＋2φdqh⑥l＝v0mdhqφ⑦(2)若粒子恰好从G的下方距离G也为h的位置离开电场，则金属板的长度最短应为多少？答案2v0mdhqφ解析若粒子穿过G一次就从电场的右侧飞出，则金属板的长度最短.由对称性知，此时金属板的长度为L＝2l＝2v0mdhqφ.变式训练4.(2019·湖南六校4月联考)如图7所示，空间中存在着由一固定的负点电荷Q(图中未画出)产生的电场.另一正点电荷q仅在电场力作用下沿曲线MN运动，在M点的速度大小为v0，方向沿MP方向，到达N点时速度大小为v，且vv0，则A.Q一定在虚线MP下方B.M点的电势比N点的电势高C.q在M点的电势能比在N点的电势能小D.q在M点的加速度比在N点的加速度小√图7解析场源电荷带负电，运动电荷带正电，它们之间是吸引力，而曲线运动合力指向曲线的内侧，故负点电荷Q应该在轨迹的内侧，故A错误；只有电场力做功，动能和电势能之和守恒，运动电荷在N点的动能小，故其在N点的电势能大，故C正确；运动电荷为正电荷，故N点电势高于M点电势，故M点离场源电荷较近，则M点场强较大，所以q在M点的加速度比在N点的加速度大，故B、D错误.A.电场力大小为3mg2B.小球所受的合外力大小为3mg3C.小球由O点到P点用时3v0gD.小球通过P点时的动能为52mv025.(2019·河北“五个一名校联盟”第一次诊断)如图8所示，地面上某区域存在着水平向右的匀强电场，一个质量为m的带负电的小球以水平方向的初速度v0由O点射入该区域，刚好竖直向下通过竖直平面中的P点，已知连线OP与初速度方向的夹角为60°，重力加速度为g，则以下说法正确的是√图8解析设OP＝L，从O到P水平方向做匀减速运动，到达P点的水平速度为零；竖直方向做自由落体运动，则水平方向：Lcos60°＝v02t，竖直方向：Lsin60°＝12gt2，解得：t＝3v0g，选项C正确；水平方向F1＝ma＝mv0t＝3mg3，小球所受的合外力是F1与mg的合力，可知合力的大小F＝mg2＋F12＝233mg，选项A、B错误；小球通过P点时的速度vP＝gt＝3v0，则动能：EkP＝12mvP2＝32mv02，选项D错误.1.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_____；(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_____本身决定的，与通电导线受力的大小及方向均无关.考点3磁场对电流的作用FIL垂直磁场2.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.3.安培力(1)若磁场方向和电流方向垂直：F＝____.(2)若磁场方向和电流方向平行：F＝0.(3)方向判断：_____定则.(4)方向特点：垂直于磁感线和通电导线确定的_____.BIL左手平面4.两个等效模型(1)变曲为直：如图9甲所示的通电导线，在计算安培力的大