2020年高考物理二轮复习 专题三 第一讲 电场与磁场的基本性质课件

第一讲电场与磁场的基本性质本考点主要涉及库仑定律、电场强度、电场线等基础知识，考查时常结合库仑定律、电场力、平衡条件等相关知识简单交汇命题，难度一般不大，建议考生自学为主。考点一电场力的性质释疑4大考点牢记电场强度的三个公式研究电场的思维方法——对称法突破几种重点的题型1．求解某点合场强时，要注意分析叠加在该点上的各个场强的大小和方向。如诊断卷第1题，首先明确四个点电荷在对角线交点O的场强大小和方向，再将对角线的两个场强分别合成，最后将两个合场强再合成。2．在匀强电场中沿同一方向，相等距离上电势变化量相同。如诊断卷第2题中，因cd＝2ab，有Ucd＝2Uab。3．应用割补法及对称思想求解场强，如诊断卷第3题，由于完整的均匀带电球壳在球壳外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场，故在解决此题时可以先将缺损的半个球壳补充完整使之均匀带电，电荷量为半球壳的2倍，利用对称的思想可知补充的球壳在M点的场强和缺损的球壳在N点的场强大小相等。4．用“等效法”处理带电体在等效场中的运动，如诊断卷第4题，先求出重力与电场力的合力，将这个合力视为一个“等效重力”，建立起“等效重力场”，找出“等效最低点”，即为速度最大的位置。[题点全练]1．(2019·全国卷Ⅰ)如图，空间存在一方向水平向右的匀强电场，两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下，两细绳都恰好与天花板垂直，则()A．P和Q都带正电荷B．P和Q都带负电荷C．P带正电荷，Q带负电荷D．P带负电荷，Q带正电荷解析：细绳竖直，把P、Q看作整体，在水平方向不受力，对外不显电性，带异种电荷，A、B错。如果P、Q带不同性质的电荷，受力如图所示，由图知，P带负电、Q带正电时符合题意，C错，D对。答案：D2．(2018·全国卷Ⅰ)如图，三个固定的带电小球a、b和c，相互间的距离分别为ab＝5cm，bc＝3cm，ca＝4cm。小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线。设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k，则()A．a、b的电荷同号，k＝169B．a、b的电荷异号，k＝169C．a、b的电荷同号，k＝6427D．a、b的电荷异号，k＝6427解析：由于小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线，根据受力分析知，a、b的电荷异号。根据库仑定律，a对c的库仑力为Fa＝k0qaqcac2①b对c的库仑力为Fb＝k0qbqcbc2②设合力向左，如图所示，根据相似三角形，得Faac＝Fbbc③联立①②③式得k＝qaqb＝ac3bc3＝6427。答案：D3．如图所示，一均匀带电的球体半径为R，在球内有一点A，与球心距离为R2，球外有一点B，与球心距离为3R2，已知球体外场强与电荷全部集中在球心处的点电荷激发的场强相同，均匀带电球壳内部场强处处为零，则A、B两点的场强比值为()A．3∶1B．1∶1C．9∶8D．9∶1解析：B点场强EB＝kQ3R22＝4kQ9R2；根据均匀带电球壳内部场强处处为零，在均匀带电的球体中抠去一个半径为R2的球体，根据填补法可知，EA＝k·18QR22＝kQ2R2，所以A、B两点的场强比值为9∶8，故C正确。答案：C4．(2019·浙江检测)A、B两带电小球，电量分别为＋q、＋9q，质量分别为m1和m2，如图所示，用两根不可伸长的绝缘细线悬挂于O点，静止时A、B两球处于同一水平线上，其中O点到A球的间距OA＝2L，∠AOB＝90°，∠OAB＝60°，C是AB连线上一点且在O点的正下方，带电小球均可视为点电荷，静电力常量为k，则下列说法正确的是()A．A、B间的库仑力F＝9kq24LB．A、B两球的质量之比为1∶3C．C点的电场强度为零D．若仅互换A、B两球的带电量，则A、B两球位置将不再处于同一水平线上解析：根据库仑定律，A、B之间的库仑力为F＝k9q216L2，选项A错误；对A、B受力分析如下。对A球，F＝m1gtan30°，对B球F＝m2gtan60°，两者联立可知，m1m2＝3∶1，选项B错误；两个点电荷A、B在C的电场方向相反，大小分别是EA＝kqL2，EB＝k9q9L2，显然C点的合电场为零，选项C正确；假如A、B两个小球的电荷量交换(质量不变)，通过受力分析可知，库仑力不变，质量不变，因此库仑力、重力的比值保持不变，所以应该维持原示意图角度不变，A、B两球位置将继续保持同一水平线位置，选项D错误。答案：C本考点涉及电势、电势能、电势差、电场力做功等基本概念，考查中具有“知识交汇多”“信息含量多”“考查角度多”三多特点，这些特点足够让其成为高分路上的一大“拦路虎”，遇到此类问题，考生无须一见就慌，只要静下心来，运用所学知识灵活变通，从力和能的角度去分析，就不难做出准确判断。考点二电场能的性质记牢基础知识1．电场能的性质2．电场中电势高低、电势能大小的判断根据电场线的方向判断根据UAB＝φA－φB判断判断电势的高低根据电场力做功(或电势能)判断根据Ep＝qφ判断判断电势能的大小根据电场力做功(W＝－ΔEp)判断用好方法技巧1．电场中图像问题的分析方法(1)φ­x图线上某点切线的斜率的绝对值等于电场强度的大小，电场强度为零处，φ­x图线存在极值，极值点切线的斜率为零，如诊断卷第6题，x2处电场强度为零。(2)在φ­x图像中可以直接判断各点电势的大小，并可根据电势大小关系确定电场强度的方向，如诊断卷第6题，O～x2电势升高，场强方向沿x轴负方向；xx2位置电势降低，场强方向沿x轴正方向。(3)判断电势能变化的方法：①直接用Ep＝qφ进行判断；②用电场力做功与电势能变化的关系进行判断，如诊断卷第6题选项C，负电荷从x1移到x2，电场力做正功，电势能减小。2．电场中“三线”(即电场线、等势线、轨迹线)问题的解题技巧(诊断卷第7题)(1)带电粒子所受合力(往往仅为电场力)指向轨迹曲线的内侧；(2)该点速度方向为轨迹切线方向；(3)电场线或等差等势面密集的地方场强大；(4)电场线垂直于等势面；(5)顺着电场线电势降低最快；(6)电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增大。有时还要用到牛顿第二定律、动能定理等知识。3．电容器有关问题的解题思路(1)判断电容器中某点电势的变化时，一般是通过该点与某一极板的电势差的变化来判断。如诊断卷第9题中，因为上极板位置变化，下极板位置固定且接地，分析时应以A点与下极板的距离为参考，若以A点与上极板的距离为参考来分析容易出错。(2)求解平行板电容器动态分析的问题时，难点是判断电容器两板间场强的变化：①两板间U不变时，E与d成反比；②Q不变时，E与两板正对面积成反比，不随d变化。如诊断卷第10题，A、B项的分析，A项定性分析即可，B项需要结合变化的数值计算出具体的电场强度，对于题中C、D项，根据公式C＝εrS4πkd和U＝QC求出上极板上移d3后电容器的电容及两板的电势差，从而求出上极板移动后电容器储存的能量，再根据能量守恒定律，便可求出外力对极板所做的功。[题点全练]1.[多选](2019·全国卷Ⅲ)如图，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。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对。由于φaφb，负电荷从低电势移至高电势过程中，电场力做正功，电势能减少，D错。答案：BC2．(2019·成都外国语学校一模)在平面直角坐标系的x轴上关于原点O对称的P、Q两点各放一个等量点电荷后，x轴上各点电场强度E随坐标x的变化曲线如图所示，规定沿x轴正向为场强的正方向，则关于这两个点电荷所激发电场的有关描述中正确的有()A．将一个正检验电荷从P点沿x轴移向Q点的过程中电场力一直做正功B．x轴上从P点到Q点的电势先升高后降低C．若将一个正检验电荷从两点电荷连线的垂直平分线上的一侧移至另一侧对称点的过程中一定是电场力先做正功后做负功D．若将一个正检验电荷从两点电荷连线的垂直平分线上的一侧移至另一侧对称点的过程中受到的电场力可能先减小后增大解析：由于正检验电荷所受电场力方向与电场强度方向相同，将一个正检验电荷从P点沿x轴移向Q点的过程中电场力先做正功后做负功，选项A错误；由x轴上各点电场强度E随坐标x的变化曲线可知，为等量正点电荷，x轴上从P点到Q点的电势先降低后升高，选项B错误；画出两等量正点电荷电场的电场线，可知若将一个正检验电荷从两点电荷连线的垂直平分线上的一侧移至另一侧对称点的过程中，一定是电场力先做负功后做正功，选项C错误；由于两等量正点电荷连线上的中点电场强度为零，所以若将一个正检验电荷从两点电荷连线的垂直平分线上的一侧移至另一侧对称点的过程中受到的电场力可能先减小后增大，选项D正确。答案：D3．[多选](2019·全国考试大纲调研卷)两个固定的等量异种点电荷所形成电场的等势面如图中虚线所示，一带电粒子以某一速度从图中a点进入电场，其运动轨迹为图中实线所示，若粒子只受静电力作用，则下列关于带电粒子的判断正确的是()A．带正电B．速度先变大后变小C．电势能先变大后变小D．经过b点和d点时的速度大小相同解析：根据粒子的运动轨迹及电场线分布可知，粒子带负电，选项A错误；粒子从a到c到e的过程中电场力先做负功后做正功，速度先减后增，电势能先增大后减小；选项B错误，C正确；因为b、d两点在同一等势面上，所以在b、d两点的电势能相同，所以经过b点和d点时的速度大小相同，选项D正确。答案：CD4．[多选](2018·全国卷Ⅱ)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(q＞0)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两点之间的电势差解析：结合题意，只能判定φa＞φb，φc＞φd，但电场方向不能得出，故A错误。电场强度的方向沿c→d时，才有场强E＝W2qL，故C错误。由于M、N分别为ac和bd的中点，对于匀强电场，φM＝φa＋φc2，φN＝φb＋φd2，则UMN＝Uab＋Ucd2，可知该粒子从M点移动到N点的过程中，电场力做功W＝W1＋W22，故B正确。若W1＝W2，则φa－φb＝φc－φd，变形得φa－φc＝φb－φd，即Uac＝Ubd，而UaM＝Uac2，UbN＝Ubd2，可知UaM＝UbN，故D正确。答案：BD本考点是对磁场及安培力知识的考查，常涉及磁场的叠加、安培定则(如诊断卷第11题)，特别是涉及左手定则、安培力的平衡和运动问题(如诊断卷第12题)考查相对较多，试题难度中等，建议考生自学为主。考点三磁场及其对电流的作用牢记知识——安培力的大小和方向规避解题常见的两大失误点1．通电导线或圆环周围的磁场方向可用右手螺旋定则即安培定则确定，磁场方向画线要准确，避免磁场的叠加结果跑偏，如诊断卷第11题。2．计算安培力的大小必须考虑线圈的匝数，如诊断卷第12题，F＝nBIL，同时根据左手定则判断磁场、电流、安培力之间的方向关系，然后根据平衡关系列方程。规范解题——求解安培力作用下导体棒运动问题的“三步曲”[题点全练]1．(2019·全国卷Ⅰ)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