（新课标）2020版高考物理大二轮复习 专题四 电场和磁场 第一讲 电场和磁场的基本性质课件

专题综合突破第一部分专题四电场和磁场第一讲电场和磁场的基本性质知识体系构建[知识建构](注1)……(注4)：详见答案部分[备考点睛]1.掌握电场的“3个要点”(1)掌握几种常见电场的电场线、等势面的分布特点.(2)掌握判断电势能的大小和电势的高低的方法.(3)掌握等势面特点和电场强度与电势关系：等势面与电场线垂直；等差等势面越密，电场强度越大；电场强度方向就是电势降低最快的方向.2.用准“两个定则”(1)对电流的磁场用安培定则.(2)对通电导线在磁场中所受的安培力和带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力用左手定则.3.易错点归纳(1)电场强度与电势无直接关系；(2)注意电容器与电源连接与断开的两种情况；(3)应用Ep＝qφ比较电势能时，注意q为负值时的情况；(4)判断洛伦兹力方向时要注意粒子的电性，粒子电性不同，洛伦兹力的方向不同，运动轨迹也不同.[答案](1)电场力做功的计算方法①WAB＝qUAB(普遍适用)．②W＝qElcosθ(适用于匀强电场)．③WAB＝－ΔEp＝EpA－EpB(从能量角度求解)．④W电＋W非电＝ΔEk(由动能定理求解)．(2)电势高低的判断方法判断角度判断方法依据电场线方向沿电场线方向电势逐渐降低依据电场力做功根据UAB＝WABq，将WAB、q的正负号代入，由UAB的正负判断φA、φB的高低依据场源电荷的正负取无穷远处电势为零，正电荷周围电势为正值，负电荷周围电势为负值，靠近正电荷处电势高，靠近负电荷处电势低依据电势能的高低正电荷在电势较高处电势能大，负电荷在电势较低处电势能大(3)安培力定义通电导线在磁场中受到的力大小I与B垂直时：F＝BILI与B平行时：F＝0I与B成θ角时：F＝BILsinθ(4)洛伦兹力定义运动电荷在磁场中受到的力v与B垂直时：F＝qvBv与B平行时：F＝0大小v与B成θ角时：F＝qvBsinθ热点考向突破热点考向一电场的性质及应用角度一电场力的性质【典例1】(2019·九江模拟)如图，A是带电量为＋Q半径为R的球体且电荷均匀分布(均匀分布电荷的绝缘球体在空间产生对称的电场，场强大小只和到球心的距离有关)，B为带电量为＋q的带电体可看做点电荷．已检测到C点的场强为零，d点与C点到球心O的距离都为r，B到C点距离也为r，那么只把带＋q的带电体移到e点．则d点场强大小为()AA．k2qr2B．kQ2r2C．kq2r2D．k2qr2[思路引领](1)均匀分布电荷的绝缘球体在空间产生对称的电场，场强大小只和到球心的距离有关⇒A在空间某点的场强可由点电荷的场强公式计算．(2)B为带电量为＋q的带电体可看做点电荷⇒B在空间某点的场强可由点电荷的场强公式计算．(3)C点的场强为零，d点与C点到球心O的距离都为r，B到C点距离也为r⇒A的电荷量Q等于B的电荷量q.[解析]A是带电量为＋Q半径为R的球体且电荷均匀分布，则A在C点产生的场强大小为EA＝kQr2，方向水平向右，B为带电量为＋q的带电体可看做点电荷，则B在C点产生的场强大小为EB＝kqr2，方向水平向左，因为C点的场强为零，所以有EA＝EB，即Q＝q，把带＋q的带电体B移到e点，则A在d点产生的场强大小为EA′＝kqr2，方向竖直向上，B在d点产生的场强大小为EB′＝kqr2，方向水平向左，根据电场的叠加原理，将A、B在d点产生的场强进行矢量叠加即可得d点场强大小为k2qr2，故A正确，B、C、D错误．角度二电场能的性质【典例2】(2018·天津卷)如图所示，实线表示某电场的电场线(方向未标出)，虚线是一带负电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹，设M点和N点的电势分别为φM、φN，粒子在M和N时加速度大小分别为aM、aN，速度大小分别为vM、vN，电势能分别为EpM、EpN.下列判断正确的是()A．vM＜vN，aM＜aNB．vM＜vN，φM＜φNC．φM＜φN，EpM＜EpND．aM＜aN，EpM＜EpND[思路引领](1)粒子虽然不知运动方向，但可以假设由M向N运动，然后根据粒子轨迹弯曲方向，判断电场力做功情况．(2)粒子带负电，可根据Ep＝qφ判断电势高低．[解析]由粒子轨迹弯曲方向及电场线分布情况可知，粒子所受电场力方向沿电场线切线方向反向，设粒子由M向N运动，则速度方向沿轨迹切线方向，电场力方向与粒子速度方向的夹角为钝角，电场力做负功，电势能增大，动能减小，所以vMvN，EpMEpN，A、B项错误；电场线的疏密程度表示电场强度大小，故粒子在M点所受电场力的大小小于在N点所受电场力的大小，由牛顿第二定律可知，aMaN，D项正确；由于电场线方向如图所示，所以M点电势较N点的高，C项错误．角度三与平行板电容器有关的电场问题【典例3】(2019·辽宁五校联考)如图所示，平行板电容器两极板带有等量异种电荷，与静电计相连，静电计金属外壳和电容器下极板都接地．在两极板间有一固定在A点的点电荷，以E表示两极板间的电场强度，Ep表示点电荷在A点的电势能，θ表示静电计指针的偏角．若保持下极板不动，将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置，则()DA．θ增大，E增大B．θ增大，Ep不变C．θ减小，Ep增大D．θ减小，E不变[思路引领]电容器与电源断开，电荷量不变，上极板向下移动一小段距离，C变化，从而引起两极板间的电势差发生变化．极板间距离的变化不影响场强E，结合A点的位置可判断Ep的变化情况．[解析]若保持下极板不动，将上极板向下移动一小段距离，根据C＝εrS4πkd可知，C变大；根据Q＝CU可知，在Q一定的情况下，两极板间的电势差减小，则静电计指针偏角θ减小；根据E＝Ud，Q＝CU，C＝εrS4πkd，联立可得E＝4πkQεrS，可知E不变；A点离下极板的距离不变，E不变，则A点与下极板的电势差不变；又因为下极板接地，电势为0，A点的电势不变，故Ep不变；由以上分析可知，选项D正确．1．电场性质的判断方法(1)电场强度①根据电场线的疏密程度进行判断．②根据等差等势面的疏密程度进行判断．③根据E＝kQr2结合矢量合成进行判断．(2)电势①由沿电场线方向电势逐渐降低进行判断．②由φ＝Epq进行判断．(3)电势能①根据电场力做功判断．②根据Ep＝qφ判断．2．平行板电容器动态问题的分析思路迁移一库仑定律的应用及库仑力的合成1．(2018·全国卷Ⅰ)如右图所示，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()DA．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]如果a、b带同种电荷，则a、b两小球对c的作用力均为斥力或引力，此时c在垂直于a、b连线的方向上的合力一定不为零，因此a、b不可能带同种电荷，A、C错误；若a、b带异种电荷，假设a对c的作用力为斥力，则b对c的作用力一定为引力，受力分析如图所示，由题意知c所受库仑力的合力方向平行于a、b的连线，则Fa、Fb在垂直于a、b连线的方向上的合力为零，由几何关系可知FaFb＝1tanα＝43，又由库仑定律得FaFb＝qaqb·r2bcr2ac，联立解得k＝qaqb＝6427，B错误，D正确．迁移二电场线、等势线(面)与粒子轨迹分析2．(2019·洛阳一模)如图所示虚线表示某电场的等差等势面，一带电粒子仅在电场力作用下由A运动到B的径迹如图中实线所示．粒子在A点的加速度为aA、动能为EkA、电势能为EpA；在B点的加速度为aB、动能为EkB、电势能为EpB.则下列结论正确的是()A．aAaB，EkAEkBB．aAaB，EpAEpBC．aAaB，EpAEpBD．aAaB，EpAEkBC[解析]根据等电势差等势面稀疏处电场强度小，密处电场强度大，可知A处电场强度小于B处．由电场力公式和牛顿第二定律可得qE＝ma，由此可知aAaB.根据等势面分布和电场线垂直可知，电场线方向垂直等势面指向圆心．根据带电粒子仅在电场力作用下由A运动到B的径迹可知，带电粒子所受电场力方向与电场线方向相反，带电粒子带负电荷．带电粒子仅在电场力作用下由A运动到B，克服电场力做功，电势能增加动能减小，EkAEkB，EpAEpB，所以选项C正确．迁移三平行板电容器问题3．(2019·广东湛江模拟)如图所示，平行板a、b组成的电容器与电池E连接，平行板电容器P处固定放置一带负电的点电荷，平行板b接地．现将电容器的b板向下稍微移动，则()A．点电荷所受电场力增大B．点电荷在P处的电势能减少C．P点电势减小D．电容器的带电荷量增加B[解析]b板下移后，由C＝εrS4πkd知电容减小，电容器与电池连接，极板间电压不变，由Q＝UC知，极板带电荷量减少，D错误；极板间电压不变，板间距离增大导致内部场强减小，点电荷受力减小，A错误；根据U＝Ed，得UPA＝EdPA，dPA不变，场强E的减小导致P处与上极板间电势差减小，P处的电势升高，由于点电荷带负电，负电荷在电势高处电势能小，故点电荷在P处的电势能减少，B正确，C错误．电容器与电源连接时电势和电势能的分析如图所示，平行板电容器经开关S保持与电源连接，a处固定一带电荷量很小的正点电荷，现将电容器N板向下移动一小段距离时，由于电压不变，根据E＝Ud得场强减小，a点和上极板M的电势差UMa＝EdMa，则UMa减小，又根据UMa＝φM－φa知，因φM不变，所以φa升高，正电荷的电势能增大.热点考向二磁场的性质、安培力角度一磁场的叠加及安培力的计算问题【典例1】(多选)(2018·全国卷Ⅱ)如图所示，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13B0和12B0，方向也垂直于纸面向外．则()ACA．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[思路引领]电流L1在a、b两点产生的磁场大小相等、方向相同；电流L2在a、b两点产生的磁场大小相等、方向相反．[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.故选项AC正确．角度二安培力作用下导体的平衡及运动【典例2】(2019·安徽皖西南名校联考)如图所示为一电流表的原理示意图．质量为m的均质细金属棒MN的中点处通过一挂钩与一竖直悬挂的弹簧相连，绝缘弹簧劲度系数为k，在矩形区域abcd内有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，与MN的右端N连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的刻度，MN的长度大于ab.当MN中没有电流通过且处于平衡状态时，MN与矩形区域的cd边重合，当MN中有电流通过时，指针所指刻度可表示电流大小．(1)当电流表示数为零时，弹簧伸长多少？(重力加速度为g)(2)若要电流表正常工作，MN的哪一端应与电源正极相接？(3)若k＝2.0N/m，ab＝0.20m，cb＝0.050m，B＝0.20T，此电流表的量程是多少？(不计通电时电流产生的磁场的作用)(4)若将量程扩大2倍，磁感应强度应变为多大？[思路引领][解析](1)设电流表示数为零时，弹簧的伸长为Δx，则有：mg＝kΔx①由①式得：Δx＝mgk②故当电流表示数为零时，弹簧伸长mgk(2)为使电流表正常工作，作用于通有电流的金属棒MN的安培力必须向下，由左手定则可知金属棒中电流从M端流向N端，因此M端应接电源正极故若要电流表正常工作，MN的M端应接电源正极(3)设满量程时通过MN的电流为Im，则有：BIm·ab＋mg＝k(bc＋Δx)③