模塊三 電磁學(xué)new

PAGEPAGE6模塊三電磁學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)說(shuō)明：電磁學(xué)的知識(shí)主要包括場(chǎng)和路兩大方面，場(chǎng)包括電場(chǎng)和磁場(chǎng)，在很多問(wèn)題中還涉及復(fù)合場(chǎng)；路的部分主要有直流電路和交流電路,電磁感應(yīng)則是場(chǎng)和路相結(jié)合的知識(shí).不論場(chǎng)還是路，都是圍繞著電荷而展開(kāi)的.電荷周圍存在電場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)；電荷在電場(chǎng)中要受電場(chǎng)力作用，而磁場(chǎng)只對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生力的作用.電場(chǎng)一章以電場(chǎng)的力的特性和能的特性為主線，建立電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的概念，以電場(chǎng)力、電勢(shì)能、電勢(shì)差、電場(chǎng)力做功等電場(chǎng)知識(shí)的應(yīng)用，研究帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng).為了表征磁場(chǎng)的力的特性，引入磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念，研究磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體和運(yùn)動(dòng)電荷的作用，形成磁場(chǎng)與力學(xué)的綜合題，這也是磁場(chǎng)中的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題.磁通量的變化是研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的出發(fā)點(diǎn)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向都是由磁通量的變化情況決定的.交流電的產(chǎn)生和變壓器的原理是電磁感應(yīng)原理在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用.電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生的過(guò)程也是能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式的過(guò)程，遵循能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律.專題一電場(chǎng)的基本性質(zhì)考情動(dòng)態(tài)分析本專題中的庫(kù)侖定律、電場(chǎng)線、點(diǎn)電荷的電場(chǎng)及其場(chǎng)強(qiáng)的疊加、電勢(shì)、電勢(shì)差、等勢(shì)面等概念以及電荷在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電場(chǎng)力做功、電荷電勢(shì)能和動(dòng)能的變化等問(wèn)題，歷來(lái)是高考考查的熱點(diǎn)，其中既有難度中、低檔的選擇題和填空題，也不乏難度較大的綜合性計(jì)算題，甚至作為壓軸題出現(xiàn)在高考試卷中.由于本專題知識(shí)容易和力學(xué)中的牛頓定律、動(dòng)能定理、功能關(guān)系及運(yùn)動(dòng)學(xué)等知識(shí)結(jié)合，構(gòu)建物理情景新穎、能力要求突出的綜合題，在當(dāng)今強(qiáng)調(diào)考查學(xué)生綜合能力的背景下，學(xué)好本專題知識(shí)，具有重要的意義.考點(diǎn)核心整合1.庫(kù)侖定律是庫(kù)侖通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)得出的關(guān)于真空中點(diǎn)電荷間相互作用力的規(guī)律，其公式為F=.對(duì)于庫(kù)侖定律的應(yīng)用，應(yīng)該明確：（1）公式F=適用于真空中點(diǎn)電荷間相互作用力的計(jì)算，但對(duì)均勻帶電球間庫(kù)侖力的計(jì)算也適用，只是r應(yīng)用兩球心間距.不過(guò)應(yīng)當(dāng)知道，“均勻帶電球體”只能是一種理想化的模型，實(shí)際上要使相互作用的兩球均勻帶電是不可能的.鏈接·思考將兩導(dǎo)體球固定于球心相距為r的兩位置，當(dāng)分別給兩球帶上電荷量均為q的同種和異種電荷時(shí)，兩球間庫(kù)侖力的大小是否相等？為什么？答案：由于電荷在導(dǎo)體中可以自由移動(dòng)，當(dāng)兩球帶同種電荷時(shí)，由于電荷間庫(kù)侖斥力的作用，使兩球所帶電荷均向兩球的遠(yuǎn)側(cè)移動(dòng)，使兩球所帶電荷的“中心”間距大于r,而使其間庫(kù)侖力F＜k.類似地分析可知,當(dāng)兩球帶異種電荷時(shí),其間庫(kù)侖力F′＞k,可見(jiàn)F≠F′.（2）庫(kù)侖力也稱靜電力，具有力的共性，遵循力的獨(dú)立作用原理、運(yùn)算定則和牛頓第三定律.2.電場(chǎng)及其基本性質(zhì)電荷的周圍存在電場(chǎng)，帶電體間的相互作用力就是通過(guò)電場(chǎng)產(chǎn)生的.電場(chǎng)的基本特性是對(duì)放入其中的電荷有力的作用，這也是檢驗(yàn)空間是否存在電場(chǎng)的重要依據(jù).由于電場(chǎng)力的存在，在電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí)，必然通過(guò)電場(chǎng)力做功伴隨有相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化.場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)就是分別從力和能兩個(gè)方面對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行描述的物理量.（1）電場(chǎng)強(qiáng)度：是反映電場(chǎng)力的性質(zhì)的物理量，定義為放入電場(chǎng)中某點(diǎn)的電荷受到的電場(chǎng)力跟其電荷量的比值.定義式E=適用于任何電場(chǎng).場(chǎng)強(qiáng)是由電場(chǎng)本身的性質(zhì)決定的，與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)，這在點(diǎn)電荷周圍場(chǎng)強(qiáng)的決定式E=k中，得到了很好的體現(xiàn)，式中的Q就是產(chǎn)生電場(chǎng)的場(chǎng)源電荷而非檢驗(yàn)電荷.另外，反映場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)差關(guān)系的公式E=只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)，且式中d指所考查的兩點(diǎn)在電場(chǎng)方向上的距離，但由此式引申出的意義——場(chǎng)強(qiáng)等于電場(chǎng)方向上單位長(zhǎng)度的電勢(shì)降落（反映電勢(shì)降落的快慢，高一級(jí)教材中叫負(fù)的電勢(shì)梯度），則具有普遍性.圖3-1-1場(chǎng)強(qiáng)是一矢量，方向規(guī)定為正電荷在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向.場(chǎng)強(qiáng)的疊加合成遵守平行四邊形定則或三角形定則.圖3-1-1所示分別為等量同（異）種點(diǎn)電荷連線中垂線上各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的合成情況.電場(chǎng)線是人們?yōu)榱诵蜗蟮孛枋鲭妶?chǎng)而引入的假想曲線，客觀上并不存在，但其疏密程度表示場(chǎng)強(qiáng)大小,切線方向表示電場(chǎng)方向.沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低等性質(zhì)在電場(chǎng)問(wèn)題的討論中都是非常有用的.（2）電勢(shì)：是描述電場(chǎng)能的性質(zhì)的物理量，有兩種不同的定義方法：其一是電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)具有的電勢(shì)能E和電荷所帶電荷量q的比值定義為該點(diǎn)的電勢(shì)，即φ=；其二是電場(chǎng)中某點(diǎn)和所選參考位置（電勢(shì)為零的位置）的電勢(shì)差定義為該點(diǎn)的電勢(shì)，即φP=UP參.另外，電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)，在數(shù)值上等于單位正電荷由該點(diǎn)移動(dòng)到參考點(diǎn)時(shí)，電場(chǎng)力做的功.①等勢(shì)面電場(chǎng)中電勢(shì)相等的點(diǎn)組成的面叫等勢(shì)面.電場(chǎng)線總是和等勢(shì)面垂直且由電勢(shì)較高的等勢(shì)面指向電勢(shì)較低的等勢(shì)面.在相鄰兩等勢(shì)面間電勢(shì)差相等的情況下，等勢(shì)面密處場(chǎng)強(qiáng)大，疏處場(chǎng)強(qiáng)小.②電勢(shì)差電荷q在電場(chǎng)中由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，電場(chǎng)力做的功WAB與電荷量q的比值WAB/q，叫做A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)差，即UAB=.電勢(shì)差UAB在數(shù)值上等于單位正電荷由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力做的功WAB，也可表示為：UAB=φA-φB,同樣，UBA=φB-φA.顯然UAB=-UBA.③電場(chǎng)力的功在電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí)電場(chǎng)力要做功.電場(chǎng)力做的功由移動(dòng)電荷的電荷量q和始、末兩位置間電勢(shì)差U決定，而與移動(dòng)路徑無(wú)關(guān)，用公式可表示為：WAB=qUAB或WBA=qUBA.用該公式計(jì)算電場(chǎng)力做功或電勢(shì)差時(shí)，一定要注意功W和電勢(shì)差U的下標(biāo)字母順序必須一致.電場(chǎng)力做功的過(guò)程，就是電勢(shì)能和其他形式的能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程.電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少（轉(zhuǎn)化為其他形式的能），電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加（其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能），且電場(chǎng)力做功的數(shù)值等于電勢(shì)能變化的數(shù)值，用符號(hào)表示為：W=-ΔE.考題名師詮釋【例1】(2006全國(guó)高考Ⅱ，17)ab是長(zhǎng)為l的均勻帶電細(xì)桿，P1、P2是位于ab所在直線上的兩點(diǎn)，位置如圖3-1-2所示.ab上電荷產(chǎn)生的靜電場(chǎng)在P1處的場(chǎng)強(qiáng)大小為E1，在P2處的場(chǎng)強(qiáng)大小為E2.則以下說(shuō)法正確的是（）圖3-1-2A.兩處的電場(chǎng)方向相同，E1>E2B.兩處的電場(chǎng)方向相反，E1>E2C.兩處的電場(chǎng)方向相同，E1<E2D.兩處的電場(chǎng)方向相反，E1<E2解析：設(shè)均勻帶電細(xì)桿帶正電荷，對(duì)P1，均勻帶電細(xì)桿左邊和右邊的電荷在P1點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)疊加為零，細(xì)桿右邊距P1處的電荷對(duì)P1點(diǎn)疊加后的場(chǎng)強(qiáng)為E1，方向水平向左；對(duì)P2，均勻帶電細(xì)桿整個(gè)桿的電荷對(duì)P2均有場(chǎng)強(qiáng)，疊加后為E2，方向水平向右，對(duì)P1產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的電荷小于對(duì)P2產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的電荷，所以兩處的場(chǎng)強(qiáng)方向相反，E1<E2，若均勻帶電細(xì)桿帶負(fù)電荷，同理可得.所以選項(xiàng)D正確.答案：D點(diǎn)評(píng)：對(duì)此類非點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)疊加問(wèn)題，在中學(xué)階段常利用電荷分布的對(duì)稱性、等效性來(lái)處理.如本題中，由于P1左、右邊的電荷在P1的合場(chǎng)強(qiáng)為零，所以桿在P1的場(chǎng)強(qiáng)等效于桿右邊距P1到處的電荷對(duì)P1的場(chǎng)強(qiáng).鏈接·拓展如圖3-1-3一半徑為R的絕緣球殼上均勻地帶有電荷量+Q的電荷，另一電荷量為+q的點(diǎn)電荷放在球心O上，由于對(duì)稱性，點(diǎn)電荷受力為零.現(xiàn)在球殼上挖去半徑為r（r<<R）的一個(gè)小圓孔M，則此時(shí)置于球心的點(diǎn)電荷所受力的大小為_(kāi)_____________（已知靜電力常量k），方向____________.圖3-1-3解析：球面上各點(diǎn)在O處均產(chǎn)生電場(chǎng)，未挖去M時(shí)，由于對(duì)稱性，疊加后的合場(chǎng)強(qiáng)為零，挖去M后，球心O處合場(chǎng)強(qiáng)不再為零，場(chǎng)強(qiáng)可看作是由與M對(duì)稱的N處的電荷產(chǎn)生的，N處電荷Q′=Q.由于r<<R，對(duì)O點(diǎn)來(lái)說(shuō)，N處電荷可視為點(diǎn)電荷，則F=kQ′，方向指向圓孔.答案：，方向指向圓孔.【例2】(2006上海高考，8)圖3-1-4（a）中，A、B是一條電場(chǎng)線上的兩點(diǎn)，若在A點(diǎn)釋放一初速為零的電子，電子僅受電場(chǎng)力作用，并沿電場(chǎng)線從A運(yùn)動(dòng)到B，其速度隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖3-1-4（b）所示.設(shè)A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度分別為EA、EB，電勢(shì)分別為UA、UB，則（）圖3-1-4A.EA=EBB.EA<EBC.UA=UBD.UA<UB解析：由v-t圖線可看出，電子在電場(chǎng)力作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，其所受電場(chǎng)力是一恒力，該電場(chǎng)為勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)EA=EB，選項(xiàng)A正確；電子所受電場(chǎng)力的方向與場(chǎng)強(qiáng)方向相反，所以電場(chǎng)線方向由B指向A，沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，故電勢(shì)UB>UA，選項(xiàng)D正確.答案：AD點(diǎn)評(píng)：本題將帶電粒子的速度圖象和電場(chǎng)知識(shí)有機(jī)結(jié)合，考查對(duì)圖象的識(shí)別能力，對(duì)電場(chǎng)知識(shí)的理解、分析、推理能力.【例3】(2004全國(guó)高考Ⅲ，21)一帶正電的小球，系于長(zhǎng)為l的不可伸長(zhǎng)的輕線一端，線的另一端固定在O點(diǎn)，它們處在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)的方向水平向右，場(chǎng)強(qiáng)的大小為E.已知電場(chǎng)對(duì)小球的作用力的大小等于小球的重力.現(xiàn)先把小球拉到圖3-1-6中的P1處，使輕線拉直，并與場(chǎng)強(qiáng)方向平行，然后由靜止釋放小球.已知小球在經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)的瞬間，因受線的拉力作用，其速度的豎直分量突變?yōu)榱?，水平分量沒(méi)有變化，則小球到達(dá)與P1點(diǎn)等高的P2點(diǎn)時(shí)速度的大小為（）圖3-1-5A.B.C.2D.0解析：小球釋放后至輕線被拉緊前受水平向右的大小等于重力的電場(chǎng)力和向下的重力作用,其合力大小F=mg,方向與水平方向成45°角向右下方,小球釋放后即沿該方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng),直至運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)輕線被拉直.由于輕線的拉力作用,小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的瞬間,豎直方向速度突變?yōu)榱?只有水平方向速度vx=.從最低點(diǎn)到P2點(diǎn),小球?qū)⒀匕霃綖閘的圓周運(yùn)動(dòng),只有重力和電場(chǎng)力做功.由動(dòng)能定理得:-mgl+qEl=mv22-mvx2又mg=qE,解得v2=vx=,即B正確.答案：B點(diǎn)評(píng):正確地分析小球的受力情況并由此確定小球的運(yùn)動(dòng)情況,是解決本題的關(guān)鍵.本題最易犯的錯(cuò)誤是認(rèn)為小球始終沿半徑為l的圓周運(yùn)動(dòng)而得出v2=2的錯(cuò)誤結(jié)論.因此,處理電場(chǎng)中的力學(xué)問(wèn)題,仍要緊緊抓住物體受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的分析.鏈接·拓