2019高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題五 電場(chǎng)與磁場(chǎng)學(xué)案

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1、專題五　電場(chǎng)與磁場(chǎng) 一、主干知法必記 1.庫(kù)侖定律:F=kQ1Q2r2,僅適用于真空中靜止的點(diǎn)電荷。 2.電場(chǎng)強(qiáng)度:E=Fq 或 E=kQr2 或E=Ud。 3.電場(chǎng)線的特點(diǎn):“不相交、不閉合、不存在”;沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低且電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直。 4.電勢(shì)差和電勢(shì)的關(guān)系:UAB=φA-φB =-UBA。 5.電場(chǎng)力做的功:W=Fs cos θ或W=-ΔEp或 WAB=qUAB。 6.電勢(shì)高低的判斷 (1)沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低,且是電勢(shì)降落最快的方向。 (2)根據(jù)UAB=WABq,將WAB、q的正負(fù)號(hào)代入,由UAB的正負(fù)判斷φA、φB的高低。 7.電勢(shì)能大小的判斷 (1

2、)電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能減少;電場(chǎng)力做負(fù)功,電勢(shì)能增加。 (2)正電荷在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能大;負(fù)電荷在電勢(shì)低的地方電勢(shì)能大。 (3)在電場(chǎng)中,若只有電場(chǎng)力做功時(shí),電荷的動(dòng)能和電勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化。動(dòng)能增加,電勢(shì)能減小;反之,動(dòng)能減小,電勢(shì)能增加。 8.等勢(shì)面上任意兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差為零;在等勢(shì)面上移動(dòng)電荷,電場(chǎng)力不做功;任意兩個(gè)電勢(shì)不等的等勢(shì)面不會(huì)相交;在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,任意一組平行線上等距離的兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差相等。 9.電容:C=QU=ΔQΔU=εrS4πkd,分析電容器的動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題時(shí)要弄清楚電荷量和板間電壓是否變化。 10.帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn) (1)沿電場(chǎng)方向:vx=v0,l=v0

3、t。 (2)沿垂直電場(chǎng)方向:a=Fm=qEm=qUmd ,vy=at=qUlmv0d,y=12at2=qUl22mv02d。 11.磁場(chǎng)和磁場(chǎng)力 (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身決定,因此不能根據(jù)定義式B=FIL認(rèn)為B與F成正比,與IL成反比。 (2)安培力的大小為F=BIL sin θ ,方向由左手定則判斷;安培力垂直于磁場(chǎng)和電流決定的平面。 (3)磁感線的特點(diǎn)是“不中斷、不相交、要閉合”,在磁體外部,從N極指向S極;在磁體內(nèi)部,由S極指向N極。 (4)洛倫茲力大小F=qvB,方向由左手定則判斷。洛倫茲力垂直于速度和磁場(chǎng)決定的平面,所以洛倫茲力不做功。 12.帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)

4、動(dòng) (1)洛倫茲力充當(dāng)向心力:qvB=mrω2=mv2r=mr4π2T2=4π2mrf2=ma。 (2)圓周運(yùn)動(dòng):軌道半徑r=mvBq、周期T=2πrv=2πmqB、運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=θ2πT或t=θrv。 (3)帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的確定 ①圓心的確定:已知入射點(diǎn)、出射點(diǎn)、入射方向和出射方向時(shí),可過(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直于入射方向和出射方向的直線,兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心。 ②半徑的確定:可利用物理學(xué)公式或幾何知識(shí)(勾股定理、三角函數(shù)等)求出半徑大小。 (4)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)具有對(duì)稱性,若帶電粒子從某一直線邊界射入勻強(qiáng)磁場(chǎng),又從同一邊界射出磁場(chǎng)時(shí),粒子的入

5、射速度方向與邊界的夾角和出射速度方向與邊界的夾角相等;帶電粒子沿半徑方向射入圓形磁場(chǎng)區(qū)域,必沿半徑方向射出圓形磁場(chǎng)區(qū)域。 13.高科技儀器 (1)速度選擇器:v0=EB。通過(guò)速度選擇器的粒子只有一種速度,與粒子的質(zhì)量、電性、電荷量無(wú)關(guān)。 (2)回旋加速器:粒子飛出加速器時(shí)的動(dòng)能為Ek=mv22=B2R2q22m。在粒子質(zhì)量、電荷量確定的情況下,粒子所能達(dá)到的最大動(dòng)能只與加速器的半徑R和磁感應(yīng)強(qiáng)度B有關(guān),與加速電壓無(wú)關(guān)。 二、易錯(cuò)知識(shí)點(diǎn)撥 1.根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)定義式E=Fq,錯(cuò)誤地認(rèn)為E與F成正比、與q成反比。 2.根據(jù)電容的公式C=QU,錯(cuò)誤地認(rèn)為C與Q成正比、與U成反比。 3.在研究帶

6、電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí),誤認(rèn)為運(yùn)動(dòng)軌跡與電場(chǎng)線一定重合。 4.在電場(chǎng)中誤認(rèn)為場(chǎng)強(qiáng)大的地方電勢(shì)高。 5.在電容器的動(dòng)態(tài)分析中,不能正確區(qū)分C=QU和C=εrS4πkd的意義及用途。 6.根據(jù)公式B=FIL,錯(cuò)誤地認(rèn)為B與F成正比、與IL成反比。 7.在判斷安培力方向時(shí),將左手定則和右手定則混淆。 8.在判斷負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受力時(shí),將“四指”指向用錯(cuò)。 9.不能正確理解沿直線通過(guò)速度選擇器的不同帶電粒子有共同速度v=EB。 10.誤認(rèn)為在回旋加速器中最大動(dòng)能與加速電壓有關(guān)。 11.磁流體發(fā)電機(jī)正、負(fù)極板的判斷易出現(xiàn)錯(cuò)誤。 三、保溫訓(xùn)練 1.(滬科教材原題)有兩個(gè)半徑為r的金屬球如

7、圖放置,兩球表面間距離為r。今使兩球帶上等量的異種電荷Q,兩球間庫(kù)侖力的大小為F,那么(　　) 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 A.F=kQ2(3r)2 B.F>kQ2(3r)2 C.F

8、跡上的兩個(gè)點(diǎn),由此可知　(　　) A.粒子在M點(diǎn)受到的電場(chǎng)力比在P點(diǎn)受到的電場(chǎng)力大 B.粒子在P、M兩點(diǎn)間的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,電場(chǎng)力一定做正功 C.粒子在M點(diǎn)的電勢(shì)能一定比在P點(diǎn)的電勢(shì)能大 D.三個(gè)等勢(shì)面中,a的電勢(shì)一定最高 答案　C 4.美國(guó)物理學(xué)家密立根于20世紀(jì)初進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn),比較準(zhǔn)確地測(cè)定了電子的電荷量,其實(shí)驗(yàn)原理可以簡(jiǎn)化為如圖模型:兩個(gè)相距為d的平行金屬板A、B水平放置,兩板接有可調(diào)電源。從A板上的小孔進(jìn)入兩板間的油滴因摩擦而帶有一定的電荷量,將兩板間的電勢(shì)差調(diào)節(jié)到U時(shí),帶電油滴恰好懸浮在兩板間;然后撤去電場(chǎng),油滴開(kāi)始下落,由于空氣阻力,下落的油滴很快達(dá)到勻速下落狀態(tài),通過(guò)

9、顯微鏡觀測(cè)這個(gè)速度的大小為v,已知這個(gè)速度與油滴的質(zhì)量成正比,比例系數(shù)為k,重力加速度為g。則計(jì)算油滴帶電荷量的表達(dá)式為　(　　) A.q=kvdU B.q=vdgkU C.q=kvUd D.q=vgkUd 答案　B 5.(多選)如圖所示,空間存在水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B,在豎直平面內(nèi)從a點(diǎn)沿ab、ac方向拋出兩帶電小球,不考慮兩帶電小球間的相互作用,兩小球的電荷量始終不變,關(guān)于小球的運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法正確的是(　　) A.沿ab、ac方向拋出的小球都可能做直線運(yùn)動(dòng) B.若小球沿ab方向做直線運(yùn)動(dòng),則小球帶正電,且一定是勻速運(yùn)動(dòng) C.若小球沿ac方向做直

10、線運(yùn)動(dòng),則小球帶負(fù)電,可能做勻加速運(yùn)動(dòng) D.兩小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能均守恒 答案　AB 6.(多選)如圖所示,半徑為R的半圓形區(qū)域內(nèi)分布著垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,半圓的左邊垂直x軸放置一粒子發(fā)射裝置,在-R≤y≤R的區(qū)間內(nèi)各處均沿x軸正方向同時(shí)發(fā)射出一個(gè)帶正電粒子,粒子質(zhì)量均為m、電荷量均為q、初速度均為v,重力忽略不計(jì),所有粒子均能穿過(guò)磁場(chǎng)到達(dá)y軸,其中最后到達(dá)y軸的粒子比最先到達(dá)y軸的粒子晚Δt時(shí)間,則(　　) A.粒子到達(dá)y軸的位置一定各不相同 B.磁場(chǎng)區(qū)域半徑R應(yīng)滿足R≤mvBq C.從x軸入射的粒子最先到達(dá)y軸 D.Δt=mθqB-Rv,其中角度θ為

11、最后到達(dá)y軸的粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角,滿足sin θ=BqRmv 答案　BD 7.如圖所示,有一對(duì)平行金屬板,板間加有恒定電壓;兩板間有勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,方向垂直于紙面向里。金屬板右下方以MN、PQ為上、下邊界,MP為左邊界的區(qū)域內(nèi),存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)寬度為d,MN與下極板等高,MP與金屬板右端在同一豎直線上。一電荷量為q、質(zhì)量為m的正離子,以初速度v0沿平行于金屬板面、垂直于板間磁場(chǎng)的方向從A點(diǎn)射入金屬板間,不計(jì)離子的重力。 (1)已知離子恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng),求金屬板間電場(chǎng)強(qiáng)度的大小; (2)若撤去板間磁場(chǎng)B0,已知離子恰好從下極板的右側(cè)邊緣射出電場(chǎng),方向與水平方向成30°角,求A點(diǎn)離下極板的高度; (3)在(2)的情形中,為了使離子進(jìn)入磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)后從邊界MP的P點(diǎn)射出,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)為多大? 答案　(1)v0B0　(2)mv06qB0　(3)2mv0qd 5