2020届高考物理二轮复习 专题冲刺 专题复习篇五 电场与磁场课件

要点提炼要点提炼1.电场的性质及带电粒子在电场中的运动(1)对电场强度的三个公式的理解①E＝Fq是电场强度的定义式，适用于任何电场。电场中某点的场强是确定的，其大小和方向与试探电荷q无关，试探电荷q充当“测量工具”。②E＝kQr2是真空中点电荷所形成的电场的场强的决定式，某点的电场强度E由场源电荷Q和该点到场源电荷的距离r决定。③E＝Ud是场强与电势差的关系式，只适用于匀强电场，注意：式中d为两点间沿电场方向的距离。(2)电场能的性质①电势与电势能：φ＝Epq。②电势差与电场力做功：UAB＝WABq＝φA－φB。③电场力做功与电势能的变化：W＝－ΔEp。(3)等势面与电场线的关系①电场线总是与等势面垂直，且从电势高的等势面指向电势低的等势面。②电场线越密的地方，等差等势面也越密。③沿等势面移动电荷，电场力不做功，沿电场线移动电荷，电场力一定做功。(4)带电粒子在电场中常见的运动类型①直线运动：通常利用动能定理qU＝12mv2－12mv20来求解；对于匀强电场，电场力做功也可以用W＝qEd来求解。②偏转运动：一般研究带电粒子在匀强电场中的偏转问题。对于类平抛运动可直接利用类平抛运动的规律以及推论；较复杂的曲线运动常用运动的合成与分解的方法来处理。(5)电场问题中常见的图象①φ－x图象：电场强度的大小等于φ－x图线的斜率大小。②E－x图象：图线与x轴围成的“面积”大小表示电势差的大小，两点的电势高低根据电场线的方向判定。2．磁场的性质及带电粒子在磁场中的运动(1)带电粒子在磁场中的受力情况①磁场只对运动的电荷有力的作用，对静止的电荷无力的作用。磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力。②洛伦兹力的大小和方向：其大小为F＝qvBsinθ，注意：θ为v与B的夹角。F的方向由左手定则判定，四指的指向应为正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向。(2)洛伦兹力做功的特点由于洛伦兹力始终和速度方向垂直，所以洛伦兹力不做功。(3)带电粒子在匀强磁场中常见的运动类型①匀速直线运动：当v∥B时，带电粒子以速度v做匀速直线运动。②匀速圆周运动：当v⊥B时，带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度大小做匀速圆周运动。(4)带电粒子在磁场中的运动，难点和关键点是画粒子的运动轨迹，需要的物理知识是左手定则、向心力公式qvB＝mv2R、轨迹半径的表达式R＝mvqB、周期的表达式T＝2πRv或T＝2πmqB；需要的数学知识是直角三角形的三角函数关系、勾股定理，一般三角形的正弦定理，图中所涉及的不同三角形间的边角关系等。(5)粒子在直线边界磁场中的运动，一要利用好其中的对称性：从一直线边界射入匀强磁场中的粒子，从同一直线边界射出时，射入和射出具有对称性；二要充分利用粒子在直线边界上的入射点和出射点速度方向和向心力的方向是垂直的。3．复合场中是否需要考虑粒子重力的三种情况(1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些宏观物体，如带电小球、液滴、金属块等一般应考虑其重力。(2)题目中明确说明是否要考虑重力。(3)不能直接判断是否要考虑重力的情况，在进行受力分析与运动分析时，根据运动状态可分析出是否要考虑重力。高考考向高考考向1场的性质与场的叠加命题角度1电场的叠加例1(2019·全国卷Ⅲ)(多选)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，将负电荷从低电势处移至高电势处的过程中，电场力做正功，电势能减少，D错误。答案BC(1)电场的叠加①电场强度是矢量，电场中某点的几个电场强度的合场强为各个电场强度的矢量和。②电势是标量，电场中某点几个电场的电势的总电势为各个电势的代数和。(2)①对称法求电场强度②特殊值法和极限法求电场强度从题中给出的条件出发，需经过较复杂的计算才能得到结果的一般形式，并且条件似乎不足，使得结果难以确定，这时我们可以尝试采用极限思维的方法，将其变化过程引向极端的情况，就能把比较隐蔽的条件或临界现象暴露出来，从而有助于结论的迅速取得。对于某些具有复杂运算的题目，还可以通过特殊值验证的方法排除错误选项，提高效率。注：某些特殊情况还可以通过分析等式两边物理量的单位即量纲是否一致来排除错误选项。备课记录：1－1(2019·山东济宁二模)如图所示，一个绝缘圆环，当它的14均匀带电且电荷量为＋q时，圆心O处的电场强度大小为E。现使半圆ABC均匀带电＋2q，而另一半圆ADC均匀带电－2q，则圆心O处电场强度的大小和方向为()A．22E，方向由O指向DB．4E，方向由O指向DC．22E，方向由O指向BD．0答案A解析当圆环的14均匀带电且电荷量为＋q时，圆心O处的电场强度大小为E，当半圆ABC均匀带电＋2q，由如图所示的矢量合成可得，在圆心处的电场强度大小为2E，方向由O到D；当另一半圆ADC均匀带电－2q，同理，在圆心处的电场强度大小为2E，方向由O到D；根据矢量的合成法则，圆心O处的电场强度的大小为22E，方向由O到D，A正确，B、C、D错误。1－2图示为一个内、外半径分别为R1和R2的圆环状均匀带电平面，其单位面积带电量为σ。取环面中心O为原点，以垂直于环面的轴线为x轴。设轴上任意点P到O点的距离为x，P点电场强度的大小为E。下面给出E的四个表达式(式中k为静电力常量)，其中只有一个是合理的。你可能不会求解此处的场强E，但是你可以通过一定的物理分析，对下列表达式的合理性做出判断。根据你的判断，E的合理表达式应为()A．E＝2πkσR1x2＋R21－R2x2＋R22xB．E＝2πkσ1x2＋R21－1x2＋R22xC．E＝2πkσR1x2＋R21＋R2x2＋R22xD．E＝2πkσ1x2＋R21＋1x2＋R22x答案B解析当R1＝0时，带电圆环演变为带电圆面，假设σ0，则中心轴线上一点的电场强度E0，而A项中，E0，故A错误；当x→∞时E→0，而C项E＝2πkσ·R21x2x2＋R21＋R22x2x2＋R22＝2πkσ11x2＋1R21＋11x2＋1R22，x→∞时，E→2πkσ(R1＋R2)，同理可知D项中x→∞时，E→4πkσ，故C、D错误；所以正确选项为B。1－3如图所示，半径为R的大球O被内切地挖去半径为R2的小球O′，余下的部分均匀地带有电荷量Q。今在两球球心连线OO′的延长线上，距大球球心O的距离为r(r＞R)处放置一个点电荷q，则q所受的力大小为(你可以不必进行复杂的计算，而是根据所学的物理知识和物理方法进行分析，从而判断解的合理性。)()A.kQq7r8－4r22r－R2B.kQq7r28＋4r22r－R2C.kQq7r28－4r22r－R2D.kQqr28－4r22r－R2答案C解析许多物理量都是有量纲的，用数学公式表述一个物理规律时，等式两端必须保持量纲一致，根据量纲可排除A；若r远大于R，可将带电的大球看做点电荷，根据库仑定律，q所受的力F＝kQqr2，观察B、C、D中的表达式，当r趋于无穷大时，只有C中的表达式的值趋于kQqr2，故本题答案为C。命题角度2电场的性质例2(2019·全国卷Ⅱ)(多选)静电场中，一带电粒子仅在电场力的作用下自M点由静止开始运动，N为粒子运动轨迹上的另外一点，则()A．运动过程中，粒子的速度大小可能先增大后减小B．在M、N两点间，粒子的轨迹一定与某条电场线重合C．粒子在M点的电势能不低于其在N点的电势能D．粒子在N点所受电场力的方向一定与粒子轨迹在该点的切线平行解析如图所示，在两正电荷形成的电场中，一带正电的粒子在两电荷的连线上运动时，粒子有可能经过先加速再减速的过程，A正确；已知带电粒子只受电场力，粒子运动轨迹与电场线重合须具备初速度与电场线平行或为0、电场线为直线两个条件，B错误；带电粒子仅受电场力在电场中运动时，其动能与电势能的总量不变，EkM＝0，而EkN≥0，故EpM≥EpN，C正确；粒子运动轨迹的切线方向为速度方向，由于粒子运动轨迹不一定是直线，故粒子在N点所受电场力的方向与粒子轨迹在该点的切线方向不一定平行，D错误。答案AC(1)电势和电势能电势高低的判断根据电场线的方向判断；根据UAB＝WABq判断；根据电场力做功(或电势能)判断电势能的大小和改变根据Ep＝qφ判断；根据ΔEp＝－W电，由电场力做功判断(2)根据运动轨迹判断粒子的受力及运动情况①确定受力方向的依据a．曲线运动的受力特征：带电粒子受力总指向曲线的凹侧；b．电场力方向与场强方向的关系：正电荷的受力方向与场强方向相同，负电荷则相反；c．场强方向与电场线或等势面的关系：电场线的切线方向或等势面的法线方向为电场强度的方向。②比较加速度大小的依据：电场线或等差等势面越密⇒E越大⇒F＝qE越大⇒a＝qEm越大。③判断加速或减速的依据：电场力与速度成锐角(钝角)，电场力做正功(负功)，速度增加(减小)。备课记录：2－1(2019·四川绵阳市三诊)如图所示，O是正三角形ABC的中心，将带正电的小球a、b分别放在A、B两顶点，此时b球所受的库仑力大小为F，再将一个带负电的小球c放在C点，b球所受的库仑力大小仍为F。现固定小球a、c，将小球b从B点沿直线移动到O点()A．移动过程中电场力对小球b不做功B．移动过程中电场力对小球b做正功C．小球b在B点受到的电场力等于在O点受到的电场力D．小球b在B点受到的电场力大于在O点受到的电场力答案A解析设正三角形边长为L，当没放小球c时有F＝kqaqbL2，放上小球c后，对小球b受力分析，合力大小仍为F，而FAB与FCB夹角为120°，合力与一个分力大小相等，可以得出FAB＝FCB，即kqaqbL2＝kqcqbL2，得到qa＝qc，所以小球a、c是等量异种电荷。等量异种电荷的中垂面是一个等势面，所以将小球b从B点沿直线移动到O点过程中，电场力不做功，A正确，B错误；根据等量异种电荷的场强分布特点，可知B点的场强大小小于O点的场强大小，小球b在B点受到的电场力小于在O点受到的电场力，C、D错误。2－2(2019·广东深圳市二调)真空中，在x轴上x＝0和x＝8处分别固定两个电性相同的点电荷Q1和Q2。电荷间连线上的电场强度E随x变化的图象如图所示(＋x方向为场强正方向)，其中x＝6处E＝0。将一个正试探电荷在x＝2处由静止释放(重力不计，取无穷远处电势为零)。则()A．Q1、Q2均为负电荷B．Q1、Q2带电量之比为9∶1C．在x＝6处电势为0D．该试探电荷向x轴正方向运动时，电势能一直减小答案B解析由图知在x＝0处场强为正，x＝8处场强为负，根据电场线分布特点可知Q1、Q2均为正电荷，A错误；在x＝6处，合场强为0，有kQ162＝kQ222，解得Q1Q2＝6222＝91，B正确；在两个正电荷形成的电场中，由于无穷远处电势为零，故在x＝6处电势大于零，C错误；试探电荷向x轴正方向运动时，电场力先做正功后做负功，因此电势能先减小后增大，D错误。命题角度3匀强电场的性质例3(2017·全国卷Ⅲ)(多选)一匀强电场的方向平行于xOy平面，平面内a、b、c三点的位置如图所示，三点的电势分别为10V、17V、26V。下列说法正确的是()A．电场强度的大小为2.5V/cmB．坐标原点处的电势为1VC．电子在a点的电势能比在b点的低7eVD．电子从b点运动到c点，电场力做功为9eV解析如图所示，由匀强电场中两平行线距离相等的两点间电势差相等知，Oa间电势