高三物理二輪復習專題三 電場和磁場.doc

滕州三中2015-2016學年高三物理二輪復習學案 專題三 通過場的類比(電場與重力場類比、電場與磁場的類比)，形象理解電場的性質，掌握電場力和洛倫茲力的特性； 圍繞兩大性質，理順電場中基本概念的相互聯(lián)系； 熟知兩大定則(安培定則和左手定則)，準確判定磁場及磁場力的方向； 認識兩類偏轉模型(類平拋和圓周運動)，掌握帶電粒子在場中的運動性質、規(guī)律和分析處理方法第6講帶電粒子在電場中的運動12015全國卷 如圖61所示，直線a、b和c、d是處于勻強電場中的兩組平行線，M、N、P、Q是它們的交點，四點處的電勢分別為M、N、P、Q.一電子由M點分別運動到N點和P點的過程中，電場力所做的負功相等，則()A直線a位于某一等勢面內，MQB直線c位于某一等勢面內，MNC若電子由M點運動到Q點，電場力做正功D若電子由P點運動到Q點，電場力做負功【考題定位】 難度等級：容易 出題角度：本題考查了考生對電場能的性質的理解，要求考生掌握勻強電場的電場強度與電勢差的關系22015全國卷 如圖62所示，兩平行的帶電金屬板水平放置若在兩板中間a點從靜止釋放一帶電微粒，微粒恰好保持靜止狀態(tài)現(xiàn)將兩板繞過a點的軸(垂直于紙面)逆時針旋轉45，再由a點從靜止釋放一同樣的微粒，該微粒將()A保持靜止狀態(tài) B向左上方做勻加速運動C向正下方做勻加速運動 D向左下方做勻加速運動【考題定位】 難度等級：容易 出題角度：本題考查了力電綜合的力與運動關系問題，涉及平行板電容中電場特點、牛頓運動定律的應用等考點考點一電場的性質1 如圖64所示，半徑為R的水平絕緣圓盤可繞豎直軸OO轉動，水平虛線AB、CD互相垂直，一電荷量為q的可視為質點的小物塊置于距轉軸r處，空間有方向由A指向B的勻強電場當圓盤勻速轉動時，小物塊相對圓盤始終靜止小物塊轉動到位置(虛線AB上)時受到的摩擦力為零，轉動到位置(虛線CD上)時受到的摩擦力為f.求：(1)圓盤邊緣兩點間電勢差的最大值；(2)小物塊由位置轉動到位置克服摩擦力做的功導思 小物塊分別轉動到位置、位置時由哪些力提供向心力？小物塊由位置轉動到位置電場力做了多少功？克服摩擦力做了多少功？歸納 1電場力：電場對放入其中的電荷有力的作用，電場力的大小和方向由電場強度和電荷共同決定，大小為FqE，正電荷所受的電場力方向與電場方向相同2電勢能：電勢能是標量，電場中電荷的電勢能與電勢的高低及電荷所帶的電荷量及電性有關，即Epq，而電場力做的功等于電勢能變化的相反數(shù)，即WqUEp.變式1 (多選)圖65是某空間部分電場線分布圖，在電場中取一點O，以O為圓心的圓周上有M、Q、N三個點，連線MON與直電場線重合，連線OQ垂直于MON.下列說法正確的是()AM點的場強大于N點的場強BO點的電勢等于Q點的電勢C將一負點電荷由M點移到Q點，電荷的電勢能增加D一靜止的正點電荷只受電場力作用能從Q點沿圓周運動至N點變式2 (多選)如圖66所示，圖中五點均在勻強電場中，它們剛好是一個半徑為R0.2 m的圓的四個等分點和圓心b、c、d三點的電勢如圖所示已知電場線與圓所在的平面平行，關于等分點a處和圓心O處的電勢及電場強度，下列描述正確的是()Aa點的電勢為4 VBO點的電勢為5 VC電場強度方向由O點指向b點D電場強度的大小為10 V/m考點二帶電粒子在電場中的加速和偏轉2 圖67為兩組平行金屬板，一組豎直放置，一組水平放置，今有一質量為m、電荷量為e的電子靜止在豎直放置的平行金屬板的A點，經(jīng)電壓U0加速后通過B點進入兩板間距為d、電壓為U的水平放置的平行金屬板間，若電子從兩塊水平平行板的正中間射入，且最后電子剛好能從右側的兩塊平行金屬板間穿出，求：(1)電子通過B點時的速度大小；(2)右側平行金屬板的長度；(3)電子穿出右側平行金屬板時的動能導思 電子通過A、B做什么運動？怎樣計算電子在B點的速度？電子在兩塊水平平行金屬板間做什么運動？水平位移和豎直位移分別滿足什么關系？電子在運動過程中，電場力一共做了多少功？歸納 1帶電粒子在電場中的加速可以應用牛頓運動定律結合勻變速直線運動的公式求解，也可應用動能定理qUmvmv求解，其中U為帶電粒子初、末位置之間的電勢差2帶電粒子在電場中的偏轉帶電粒子在勻強電場中做勻變速曲線運動，屬類平拋運動，要應用運動的合成與分解的方法求解，同時要注意：(1)明確電場力的方向，確定帶電粒子到底向哪個方向偏轉；(2)借助畫出的運動示意圖尋找?guī)缀侮P系或題目中的隱含關系帶電粒子在電場中的運動可從動力學、能量等多個角度來分析和求解考點三帶電體在電場中的運動3 2015四川卷 如圖68所示，粗糙、絕緣的直軌道OB固定在水平桌面上，B端與桌面邊緣對齊，A是軌道上一點，過A點并垂直于軌道的豎直面右側有大小E1.5106 N/C、方向水平向右的勻強電場帶負電的小物體P電荷量是2.0106 C，質量m0.25 kg，與軌道間動摩擦因數(shù)0.4，P從O點由靜止開始向右運動，經(jīng)過0.55 s到達A點，到達B點時速度是5 m/s，到達空間D點時速度與豎直方向的夾角為，且tan 1.2，P在整個運動過程中始終受到水平向右的某外力F作用，F(xiàn)大小與P的速率v的關系如下表所示P視為質點，電荷量保持不變，忽略空氣阻力，g取10 m/s2.求：v/(ms1)0v22v5v5F/N263(1)小物體P從開始運動至速率為2 m/s所用的時間；(2)小物體P從A運動至D的過程，電場力做的功歸納 帶電體通常是指需要考慮重力的物體，如帶電小球、帶電液滴、帶電塵埃等帶電體在電場中運動的研究方法與力學綜合題的分析方法相近，一般應用牛頓運動定律、運動學規(guī)律、動能定理和能量守恒定律求解當帶電體同時受重力和電場力時，可以應用等效場的觀點處理變式1 如圖69所示，CD左側存在場強大小 E、方向水平向左的勻強電場，一個質量為m、電荷量為q的光滑絕緣小球從底邊BC長為L、傾角為53的直角三角形斜面頂端A點由靜止開始下滑，運動到斜面底端C點后進入一豎直半圓形細圓管內(C處為一小段長度可忽略的光滑圓弧，圓管內徑略大于小球直徑，半圓直徑CD在豎直線上)，恰能到達細圓管最高點D點，隨后從D點離開后落回斜面上某點P.(重力加速度為g , sin 530.8, cos 530.6)求：(1)小球到達C點時的速度；(2)小球從D點運動到P點的時間t.變式2 如圖610所示，空間有一水平向右的勻強電場，半徑為r的絕緣光滑圓環(huán)固定在豎直平面內，O是圓心，AB是豎直方向的直徑一質量為m、電荷量為q的小球套在圓環(huán)上，并靜止在P點，且OP與豎直方向的夾角37.不計空氣阻力已知重力加速度為g，sin 370.6，cos 370.8.(1)求電場強度E的大小；(2)要使小球從P點出發(fā)能做完整的圓周運動，求小球初速度v應滿足的條件4 如圖611甲所示，一對平行金屬板M、N長為L，相距為d，O1O為中軸線當兩板間加電壓UMNU0時，兩板間為勻強電場，忽略兩極板外的電場，某種帶負電的粒子從O1點以速度v0沿O1O方向射入電場，粒子恰好打在上極板M的中點，粒子重力忽略不計(1)求帶電粒子的比荷； (2)若MN間加如圖乙所示的交變電壓，其周期T，從t0開始，前內UMN2U，后內UMNU，大量的上述粒子仍然以速度v0沿O1O方向持續(xù)射入電場，最終所有粒子恰好能全部離開電場而不打在極板上，求U的值圖611導思 MN間加交變電壓后，粒子在水平方向做什么運動？運動時間是多少？MN間加交變電壓后，粒子在豎直方向做什么運動？可以分成幾個階段？每階段的加速度是多少？歸納 交變電場中粒子的運動往往屬于運動的多過程問題，關鍵是搞清楚電場力或加速度隨時間變化的規(guī)律，進而分析速度的變化規(guī)律，通過繪制vt圖像來分析運動過程比較直觀簡便【真題模型再現(xiàn)】平行板電容器中帶電粒子的運動2011 安徽卷交變電場中粒子的運動2012新課標全國卷帶電粒子在電容器中的勻速直線運動2013廣東卷加速偏轉模型應用2014安徽卷帶電粒子在電容器中運動的功能關系2014天津卷帶電體在復合場中的功能轉化2015海南卷帶電粒子在電場中加速(續(xù)表)【真題模型再現(xiàn)】平行板電容器中帶電粒子的運動2015山東卷帶電體在變化電場中運動2015北京卷帶電粒子在電場中的功能轉化2015全國卷帶電粒子在電場中的動力學問題【模型核心歸納】帶電體在平行板電容器間的運動，實際上就是在電場力作用下的力電綜合問題，依然需要根據(jù)力學解題思路求解，解題過程要遵從以下基本步驟：(1)確定研究對象(是單個研究對象還是物體組)；(2)進行受力分析(分析研究對象所受的全部外力，包括電場力其中電子、質子、正負離子等基本微觀粒子在沒有明確指出或暗示時一般不計重力，而帶電油滴、帶電小球、帶電塵埃等宏觀帶電體一般要考慮其重力)；(3)進行運動分析(分析研究對象所處的運動環(huán)境是否存在束縛條件，并根據(jù)研究對象的受力情況確定其運動性質和運動過程)；(4)建立物理等式(由平衡條件或牛頓第二定律結合運動學規(guī)律求解，對于涉及能量的問題，一般用動能定理或能量守恒定律列方程求解.例在真空中水平放置平行板電容器，兩極板間有一個帶電油滴，電容器兩極板間距為d，當平行板電容器的電壓為U0時，油滴保持靜止狀態(tài)，如圖612所示當給電容器突然充電使其電壓增加U1，油滴開始向上運動；經(jīng)時間t后，電容器突然放電使其電壓減少U2，又經(jīng)過時間t，油滴恰好回到原來位置假設油滴在運動過程中沒有失去電荷，充電和放電的過程均很短暫，這段時間內油滴的位移可忽略不計，重力加速度為g.試求：(1)帶電油滴所帶電荷量與質量之比；(2)第一個t與第二個t時間內油滴運動的加速度大小之比；(3)U1與U2之比展 如圖613所示，A、B為平行金屬板，兩板相距為d，分別與電源兩極相連，兩板的中央各有一小孔M和N.今有一帶電質點，自A板上方相距為d的P點由靜止自由下落(P、M、N在同一豎直線上)，空氣阻力忽略不計，到達N孔時速度恰好為零，然后沿原路返回若保持兩極板間的電壓不變，則不正確的是()圖613A把A板向上平移一小段距離，質點自P點自由下落后仍能返回B把A板向下平移一小段距離，質點自P點自由下落后將穿過N孔繼續(xù)下落C把B板向上平移一小段距離，質點自P點自由下落后仍能返回D把B板向下平移一小段距離，質點自P點自由下落后將穿過N孔繼續(xù)下落第7講帶電粒子在磁場及復合場中的運動1(多選)2014新課標全國卷 圖71為某磁譜儀部分構件的示意圖圖中，永磁鐵提供勻強磁場，硅微條徑跡探測器可以探測粒子在其中運動的軌跡宇宙射線中有大量的電子、正電子和質子當這些粒子從上部垂直進入磁場時，下列說法正確的是()圖71A電子與正電子的偏轉方向一定不同B電子與正電子在磁場中運動軌跡的半徑一定相同C僅依據(jù)粒子運動軌跡無法判斷該粒子是質子還是正電子D粒子的動能越大，它在磁場中運動軌跡的半徑越小【考題定位】 難度等級：中等 出題角度：本題主要考查學生對左手定則、帶電粒子在勻強磁場中運動規(guī)律的掌握情況22015全國卷 兩相鄰勻強磁場區(qū)域的磁感應強度大小不同、方向平行一速度方向與磁感應強度方向垂直的帶電粒子(不計重力)，從較強磁場區(qū)域進入到較弱磁場區(qū)域后，粒子的()A軌道半徑減小，角速度增大B軌道半徑減小，角速度減小C軌道半徑增大，角速度增大 D軌道半徑增大，角速度減小【考題定位】 難度等級：容易 出題角度：本題主要考查學生對帶電粒子在勻強磁場中運動結論的掌握情況，屬于較簡單題目3(多選)2015全國卷 兩個勻強磁場區(qū)域和，的磁感應強度是的k倍，兩個速率相同的電子分別在兩磁場區(qū)域做圓周運動與中運動的電子相比，中的電子()A運動軌跡的半徑是中的k倍B加速度的大小是中的k倍C做圓周運動的周期是中的k倍D做圓周運動的角速度與中的相等【考題定位】 難度等級：容易 出題角度：本題主要考查學生對帶電粒子在勻強磁場中運動規(guī)律的掌握情況，考查了應用牛頓運動定律、圓周運動的規(guī)律解決物理問題的能力考點一通電導體在磁場中的安培力問題1 2015重慶卷 音圈電機是一種應用于硬盤、光驅等系統(tǒng)的特殊電動機圖72是某音圈電機的原理示意圖，它由一對正對的磁極和一個正方形剛性線圈構成，線圈邊長為L，匝數(shù)為n，磁極正對區(qū)域內的磁感應強度方向垂直于線圈平面豎直向下，大小為B，區(qū)域外的磁場忽略不計線圈左邊始終在磁場外，右邊始終在磁場內，前后兩邊在磁場內的長度始終相等 某時刻線圈中電流從P流向Q，大小為I.(1)求此時線圈所受安培力的大小和方向(2)若此時線圈水平向右運動的速度大小為v，求安培力的功率導思 單根通電直導線垂直磁場放置，安培力的大小、方向如何？n根呢？安培力的功率與哪些因素有關？歸納 安培力與動力學綜合問題已成為高考的熱點，解決這類問題的關鍵是把電磁學問題力學化，把立體圖轉化為平面圖，即畫出平面受力分析圖，其中安培力的方向切忌跟著感覺走，要用左手定則來判斷，注意F安B、F安I.其次是選用牛頓第二定律或平衡條件建立方程解題變式 如圖73所示，一勁度系數(shù)為k的輕質彈簧下面掛有匝數(shù)為n的矩形線框abcd.bc邊長為l，線框的下半部分處在勻強磁場中，磁感應強度大小為B，方向垂直線框平面向里線框中通以電流I，方向如圖所示，開始時線框處于平衡狀態(tài)，彈簧處于伸長狀態(tài)令磁場反向，磁感應強度的大小仍為B，線框達到新的平衡則在此過程中線框位移的大小x及方向是()Ax，方向向上Bx，方向向下Cx，方向向上 Dx，方向向下考點二帶電粒子在有界磁場中的運動2 如圖74所示，在xOy平面內以O為圓心、R0為半徑的圓形區(qū)域內有垂直于紙面向外、磁感應強度為B1的勻強磁場一質量為m、帶電荷量為q的粒子以速度v0從A(R0，0)點沿x軸負方向射入?yún)^(qū)域，經(jīng)過P(0，R0)點，沿y軸正方向進入同心環(huán)形區(qū)域，為使粒子經(jīng)過區(qū)域后能從Q點回到區(qū)域，需在區(qū)域內加一垂直于紙面向里、磁感應強度為B2的勻強磁場已知OQ與x軸負方向成30角，不計粒子重力求：(1)區(qū)域中磁感應強度B1的大小；(2)環(huán)形區(qū)域的外圓半徑R的最小值；(3)粒子從A點出發(fā)到再次經(jīng)過A點所用的最短時間導思 粒子以速度v0從A到P，經(jīng)過P點的速度方向如何？粒子在區(qū)域從P到Q，圓心角是多少？粒子從A點出發(fā)到再次經(jīng)過A點，經(jīng)過哪些圓弧？圓心角分別為多少？歸納 解答帶電粒子在勻強磁場中運動的關鍵是畫粒子運動軌跡的示意圖，確定圓心、半徑及圓心角此類問題的解題思路是：(1)畫軌跡：即確定圓心，用幾何方法求半徑并畫出運動軌跡. (2)找聯(lián)系：軌道半徑與磁感應強度、運動速度相聯(lián)系，偏轉角度與圓心角、入射方向、出射方向相聯(lián)系，在磁場中運動的時間與周期相聯(lián)系(3)用規(guī)律：即牛頓第二定律和圓周運動的規(guī)律，特別是周期公式和半徑公式變式1 如圖75所示，橫截面為正方形abcd的有界勻強磁場的磁場方向垂直紙面向里一束電子以大小不同、方向垂直ad邊界的速度飛入該磁場對于從不同邊界射出的電子，下列判斷不正確的是() 圖75A從ad邊射出的電子在磁場中運動的時間都相等B從c點離開的電子在磁場中運動時間最長C電子在磁場中運動的速度偏轉角最大為D從bc邊射出的電子的速度一定大于從ad邊射出的電子的速度變式2 (多選)如圖76所示，ab是勻強磁場的邊界，質子(H)和粒子(He)先后從c點射入磁場，初速度方向與ab邊界的夾角均為45，并都到達d點不計空氣阻力和粒子間的作用關于兩粒子在磁場中的運動，下列說法正確的是()圖76A質子和粒子運動軌跡相同 B質子和粒子運動動能相同C質子和粒子運動速率相同 D質子和粒子運動時間相同考點三帶電粒子在復合場中的運動3 2015福建卷 如圖77所示，絕緣粗糙的豎直平面MN左側同時存在相互垂直的勻強電場和勻強磁場，電場方向水平向右，電場強度大小為E，磁場方向垂直紙面向外，磁感應強度大小為B.一質量為m、電荷量為q的帶正電的小滑塊從A點由靜止開始沿MN下滑，到達C點時離開MN做曲線運動A、C兩點間距離為h，重力加速度為g.(1)求小滑塊運動到C點時的速度大小vC；(2)求小滑塊從A點運動到C點過程中克服摩擦力做的功Wf； (3)若D點為小滑塊在電場力、洛倫茲力及重力作用下運動過程中速度最大的位置，當小滑塊運動到D點時撤去磁場，此后小滑塊繼續(xù)運動到水平地面上的P點已知小滑塊在D點時的速度大小為vD，從D點運動到P點的時間為t，求小滑塊運動到P點時速度的大小vP.【規(guī)范步驟】解析 (1)小滑塊沿MN運動過程，水平方向受力滿足qvB NqE小滑塊在C點離開MN時，有N0解得vC.(2)由動能定理，有_解得_(3)如圖78所示，小滑塊速度最大時，速度方向與電場力、重力的合力方向垂直撤去磁場后小滑塊將做類平拋運動，等效加速度為gg 且vvg2t2解得_歸納 帶電粒子在復合場中常見的運動形式：當帶電粒子在復合場中所受的合力為零時，粒子處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)；當帶電粒子所受的合力大小恒定且提供向心力時，粒子做勻速圓周運動；當帶電粒子所受的合力變化且與速度方向不在一條直線上時，粒子做非勻變速曲線運動如果帶電粒子做曲線運動，則需要根據(jù)功能關系求解，需要注意的是洛倫茲力始終不做功4 如圖79所示，直線MN上方有平行于紙面且與MN成45角的有界勻強電場，電場強度大小未知；MN下方為方向垂直于紙面向里的有界勻強磁場，磁感應強度大小為B.今從MN上的O點向磁場中射入一個速度大小為v、方向與MN成45角的帶正電粒子，該粒子在磁場中運動時的軌道半徑為R.若該粒子從O點出發(fā)記為第一次經(jīng)過直線MN，而第五次經(jīng)過直線MN時恰好又通過O點不計粒子的重力求：(1)電場強度的大??；(2)該粒子再次從O點進入磁場后，運動軌道的半徑；(3)該粒子從O點出發(fā)到再次回到O點所需的時間導思 粒子從O點出發(fā)到第五次經(jīng)過直線MN，經(jīng)過哪些運動過程，分別做什么運動？粒子第四次經(jīng)過直線MN，進入電場，沿電場線和垂直電場線方向分別做什么運動？其位移分別是多少？粒子再次從O點進入磁場后，運動的速度是多少？歸納 電場(或磁場)與磁場各位于一定的區(qū)域內并不重疊，或在同一區(qū)域電場與磁場交替出現(xiàn)，這種情景就是組合場粒子在某一場中運動時，通常只受該場對粒子的作用力其處理方法一般為：分析帶電粒子在各場中的受力情況和運動情況，一般在電場中做直線運動或類平拋運動，在磁場中做勻速圓周運動；正確地畫出粒子的運動軌跡圖，在畫圖的基礎上注意運用幾何知識尋找關系；注意確定粒子在組合場交界位置處的速度大小與方向，該速度是聯(lián)系兩種運動的橋梁【真題模型再現(xiàn)】帶電粒子在電磁場中運動的科技應用2013重慶卷霍爾效應原理2014浙江卷離子推進器2014福建卷電磁驅動原理2015浙江卷回旋加速器引出離子問題2015重慶卷回旋加速器原理2015江蘇卷質譜儀(續(xù)表)【模型核心歸納】帶電粒子在電場、磁場中的運動與現(xiàn)代科技密切相關，應重視以科學技術的具體問題為背景的考題涉及帶電粒子在復合場中運動的科技應用主要是速度選擇器、磁流體發(fā)電機、電磁流量計、質譜儀等，對應原理如下：裝置名稱裝置圖示原理及結論速度選擇器粒子經(jīng)加速電場加速后得到一定的速度v0，進入正交的電場和磁場，受到的電場力與洛倫茲力方向相反，若使粒子沿直線從右邊孔中射出，則有