物理備課資料 五 電場和磁場 第1講 電場及帶電粒子在電場中的運動

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1、專題五電場和磁場專題五電場和磁場定位定位 五年考情分析五年考情分析20172017年年20162016年年20152015年年20142014年年20132013年年卷卷T16(T16(帶電粒子在復(fù)帶電粒子在復(fù)合場中的運動合場中的運動) )T19(T19(電流磁效應(yīng)、電流磁效應(yīng)、安培力、安培定則安培力、安培定則) )T20(T20(電場強度、電電場強度、電勢差、電場力做功勢差、電場力做功) )T25(T25(帶電粒子在復(fù)帶電粒子在復(fù)合場中的運動合場中的運動) )T14(T14(平行平行板電容器板電容器所帶電荷所帶電荷量、板間量、板間電場強度電場強度) )T20(T20(帶電帶電體在勻強體在勻強

2、電場中的電場中的運動運動) )T14(T14(帶電粒子帶電粒子在兩個磁場中在兩個磁場中的運動的運動) )T15(T15(電場力做電場力做功特點功特點) )T24(T24(安培力、安培力、閉 合 電 路 歐閉 合 電 路 歐 姆 定 律 、 力姆 定 律 、 力 的平衡的平衡) )T15(T15(磁場磁場對 通 電 導(dǎo)對 通 電 導(dǎo)體的作體的作 用力用力) )T21(T21(點電點電荷電場的荷電場的特點特點, ,電場電場力做功力做功) )T15(T15(電場的電場的疊加疊加) )T18(T18(帶電粒帶電粒子在圓形磁子在圓形磁場中的運動場中的運動) )卷卷T18(T18(帶電粒子在圓形磁場帶電粒

3、子在圓形磁場中的運動中的運動) )T21(T21(通電導(dǎo)線在磁場中受通電導(dǎo)線在磁場中受安培力的作用安培力的作用) )T25(T25(帶電粒子在復(fù)合場中帶電粒子在復(fù)合場中的運動的運動) )T15(T15(點電荷電場點電荷電場特點、曲線運動特點、曲線運動軌跡與受力、電軌跡與受力、電場力做功場力做功) )T18(T18(帶電粒子在帶電粒子在有界磁場中的偏有界磁場中的偏轉(zhuǎn)、曲線運動轉(zhuǎn)、曲線運動) )T18(T18(地磁場、磁地磁場、磁場 的 性 質(zhì) 及 安場 的 性 質(zhì) 及 安 培力培力) )T19(T19(帶電粒子在帶電粒子在兩 個 磁 場 中 的兩 個 磁 場 中 的 運動運動) )T24(T24

4、(帶電粒子在帶電粒子在電場中的類平拋電場中的類平拋運動、速度的分運動、速度的分解、動能定理解、動能定理) )T19(T19(電場電場強度和強度和 電勢電勢) )T20(T20(正、正、負帶電粒負帶電粒子在磁場子在磁場中的運動中的運動) )T17(T17(帶電帶電粒子在圓粒子在圓柱形磁場柱形磁場中的運動中的運動) )T18(T18(帶電帶電小球平衡小球平衡) )T24(T24(帶電帶電粒子在電粒子在電場中的圓場中的圓周運動周運動) )卷卷T18(T18(通電導(dǎo)線所產(chǎn)生的通電導(dǎo)線所產(chǎn)生的 磁場、右手定則、磁場的磁場、右手定則、磁場的疊加疊加) )T21(T21(勻強電場的場強、電勻強電場的場強、電

5、勢、電勢能、電場力的功勢、電勢能、電場力的功) )T24(T24(帶電粒子在磁場中的帶電粒子在磁場中的運動運動) )T15(T15(等勢面的等勢面的 特點特點) )T18(T18(帶電粒子在帶電粒子在有 界 磁 場 中 的有 界 磁 場 中 的 運動運動) )專專題題定定位位本專題是電場和磁場本專題是電場和磁場, ,無論是全國無論是全國卷卷, ,還是全國還是全國卷、全國卷、全國卷卷, ,電場和磁場是電場和磁場是高考的重點和熱點之一高考的重點和熱點之一, ,試卷的考查點幾乎相同試卷的考查點幾乎相同, ,特別是特別是20172017年三套卷考查知識點年三套卷考查知識點都有所增加都有所增加; ;考查

6、形式以選擇題和計算題為主考查形式以選擇題和計算題為主, ,計算題還常常成為壓軸題計算題還常常成為壓軸題; ;高考對高考對電場和磁場的考查主要有兩部分電場和磁場的考查主要有兩部分, ,電場部分電場部分: :以帶電粒子運動軌跡與電場線或等勢以帶電粒子運動軌跡與電場線或等勢面間的關(guān)系為核心面間的關(guān)系為核心, ,考查電場的力的性質(zhì)和能的性質(zhì)考查電場的力的性質(zhì)和能的性質(zhì), ,帶電粒子在勻強電場中的加帶電粒子在勻強電場中的加速、偏轉(zhuǎn)為考查重點速、偏轉(zhuǎn)為考查重點, ,兼顧帶電粒子在非勻強電場中的偏轉(zhuǎn)軌跡分析兼顧帶電粒子在非勻強電場中的偏轉(zhuǎn)軌跡分析; ;磁場部分磁場部分: :以考查帶電粒子在磁場中的圓周運動為

7、主以考查帶電粒子在磁場中的圓周運動為主, ,其次是通電導(dǎo)線在磁場中受安培力作其次是通電導(dǎo)線在磁場中受安培力作用問題用問題. .應(yīng)應(yīng)考考建建議議20182018年高考仍會在以下四個方面命題年高考仍會在以下四個方面命題: :一是電場的性質(zhì)一是電場的性質(zhì); ;二是帶電粒子在電場中的二是帶電粒子在電場中的運動運動, ,三是磁場對通電導(dǎo)體的作用力三是磁場對通電導(dǎo)體的作用力; ;四是帶電粒子在磁場中的運動四是帶電粒子在磁場中的運動. .在復(fù)習本部在復(fù)習本部分內(nèi)容時可以從以下方面進行備考分內(nèi)容時可以從以下方面進行備考: :熟悉各種電場的電場線、等勢面分布特點熟悉各種電場的電場線、等勢面分布特點, ,運運用動

8、力學(xué)方法、功能關(guān)系解決帶電粒子的運動軌跡和能量變化問題用動力學(xué)方法、功能關(guān)系解決帶電粒子的運動軌跡和能量變化問題; ;對于帶電粒對于帶電粒子在電場、磁場中的運動問題子在電場、磁場中的運動問題, ,要善于聯(lián)系力學(xué)中運動模型要善于聯(lián)系力學(xué)中運動模型( (類平拋運動和勻速圓類平拋運動和勻速圓周運動周運動),),從受力情況、運動規(guī)律、能量轉(zhuǎn)化等角度分析從受力情況、運動規(guī)律、能量轉(zhuǎn)化等角度分析, ,綜合運用動力學(xué)方法和綜合運用動力學(xué)方法和功能關(guān)系加以解決功能關(guān)系加以解決. .第第1 1講電場及帶電粒子在電場中的運動講電場及帶電粒子在電場中的運動整整 合合突突 破破實實 戰(zhàn)戰(zhàn)整合整合 網(wǎng)絡(luò)要點重溫網(wǎng)絡(luò)要點

9、重溫【網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】【要點重溫要點重溫】 1.1.電場力的性質(zhì)電場力的性質(zhì)(1)(1)電場強度的定義式電場強度的定義式: : . .(2)(2)真空中點電荷的電場強度公式真空中點電荷的電場強度公式: : . .(3)(3)勻強電場的電場強度與電勢差的關(guān)系式勻強電場的電場強度與電勢差的關(guān)系式: : . .2.2.電場能的性質(zhì)電場能的性質(zhì)(1)(1)電勢差的定義式電勢差的定義式: : . .(2)(2)電勢差的定義式電勢差的定義式: : . .(3)(3)電勢差與電勢的關(guān)系式電勢差與電勢的關(guān)系式: : . .(4)(4)電場力做功與電勢能的關(guān)系式電場力做功與電勢能的關(guān)系式: : . .W WA

10、BAB= =E EpApA-E-EpBpB突破突破 熱點考向聚焦熱點考向聚焦熱點考向一電場性質(zhì)的理解與應(yīng)用熱點考向一電場性質(zhì)的理解與應(yīng)用【核心提煉核心提煉】由電場中的由電場中的“點、線、面、跡點、線、面、跡”判斷相關(guān)問題判斷相關(guān)問題(1)(1)由軌跡向合外力的方向彎曲由軌跡向合外力的方向彎曲, ,確定粒子所受電場力方向確定粒子所受電場力方向. .(2)(2)根據(jù)粒子電性判斷電場線方向根據(jù)粒子電性判斷電場線方向. .(3)(3)根據(jù)根據(jù)“沿電場線方向電勢降低沿電場線方向電勢降低”判斷電勢高低判斷電勢高低. .(4)(4)根據(jù)公式根據(jù)公式EpEp=q (=q (代入正負號代入正負號) )判斷電勢能

11、大小判斷電勢能大小. .(5)(5)根據(jù)電場力做功的正負判斷電勢能的變化或動能的變化根據(jù)電場力做功的正負判斷電勢能的變化或動能的變化. .(6)(6)根據(jù)電場線或等差等勢面疏密判斷加速度大小根據(jù)電場線或等差等勢面疏密判斷加速度大小. .【典例典例1 1】 (2017(2017福建漳州模擬福建漳州模擬) )兩個等量同種電荷固定于光滑水平面上兩個等量同種電荷固定于光滑水平面上, ,其其連線中垂線上有連線中垂線上有A,B,CA,B,C三點三點, ,如圖如圖( (甲甲) )所示所示, ,一個電荷量為一個電荷量為2C2C、質(zhì)量為、質(zhì)量為1 kg1 kg的小的小物塊從物塊從C C點靜止釋放點靜止釋放, ,

12、其運動的其運動的v v- -t t圖像如圖圖像如圖( (乙乙) )所示所示, ,其中其中B B點處為整條圖線切點處為整條圖線切線斜率最大的位置線斜率最大的位置( (圖中標出了該切線圖中標出了該切線).).則下列說法正確的是則下列說法正確的是( ( ) )A.BA.B點為中垂線上電場強度最大的點點為中垂線上電場強度最大的點, ,場強場強E=1 V/mE=1 V/mB.B.由由C C到到A A的過程中物塊的電勢能先減小后變大的過程中物塊的電勢能先減小后變大C.C.由由C C點到點到A A點電勢逐漸升高點電勢逐漸升高D.A,BD.A,B兩點間的電勢差兩點間的電勢差U UABAB=5 V=5 VA A

13、【預(yù)測練習預(yù)測練習1 1】 (2017(2017天津模擬天津模擬)()(多選多選) )如圖如圖, ,勻強電場平行于以勻強電場平行于以O(shè) O為圓心的圓為圓心的圓所在的平面所在的平面, ,ac,bdac,bd為兩條互相垂直的直徑為兩條互相垂直的直徑, ,圓的半徑為圓的半徑為10 cm.10 cm.已知圓心已知圓心O O點的點的電勢為零電勢為零,a,a點電勢為點電勢為-10 V,-10 V,一帶負電的粒子僅在電場力作用下運動一帶負電的粒子僅在電場力作用下運動, ,經(jīng)過經(jīng)過b b點點和和d d點時的速率相等點時的速率相等, ,則下列判斷正確的是則下列判斷正確的是( ( ) )A.A.電場強度大小為電場

14、強度大小為100 V/m100 V/mB.cB.c點的電勢為點的電勢為10 V10 VC.bC.b點的電勢可能為點的電勢可能為5 V5 VD.D.從從b b點到點到d d點粒子可能做圓周運動點粒子可能做圓周運動ABAB熱點考向二電場中的平行板電容器問題熱點考向二電場中的平行板電容器問題【核心提煉核心提煉】平行板電容器的動態(tài)分析平行板電容器的動態(tài)分析(1)(1)在電荷量保持不變的情況下在電荷量保持不變的情況下, ,極板間電場強度與板間的距離無關(guān)極板間電場強度與板間的距離無關(guān). .【典例【典例2 2】 (2017(2017海南卷海南卷,4),4)如圖如圖, ,平行板電容器的兩極板豎直放置并分別與平

15、行板電容器的兩極板豎直放置并分別與電源的正負極相連電源的正負極相連, ,一帶電小球經(jīng)絕緣輕繩懸掛于兩極板之間一帶電小球經(jīng)絕緣輕繩懸掛于兩極板之間, ,處于靜止狀態(tài)處于靜止狀態(tài). .現(xiàn)保持右極板不動現(xiàn)保持右極板不動, ,將左極板向左緩慢移動將左極板向左緩慢移動. .關(guān)于小球所受的電場力大小關(guān)于小球所受的電場力大小F F和繩和繩子的拉力大小子的拉力大小T,T,下列判斷正確的是下列判斷正確的是( ( ) )A.FA.F逐漸減小逐漸減小,T,T逐漸減小逐漸減小B.FB.F逐漸增大逐漸增大,T,T逐漸減小逐漸減小C.FC.F逐漸減小逐漸減小,T,T逐漸增大逐漸增大D.FD.F逐漸增大逐漸增大,T,T逐漸

16、增大逐漸增大A A【拓展延伸拓展延伸】 在在“典例典例2”2”中中, ,若平行板電容器的兩極板充電后與電源斷開若平行板電容器的兩極板充電后與電源斷開, ,保持右極板不動保持右極板不動, ,將左極板向左緩慢移動將左極板向左緩慢移動. .關(guān)于小球所受的電場力大小關(guān)于小球所受的電場力大小F F和繩和繩子的拉力大小子的拉力大小T,T,又將如何變化又將如何變化? ?答案答案: :F F不變不變T T不變不變【預(yù)測練習預(yù)測練習2 2】 (2017(2017山東青島模擬山東青島模擬)()(多選多選) )如圖所示如圖所示, ,平行板電容器兩極板平行板電容器兩極板水平放置水平放置, ,現(xiàn)將其與二極管串聯(lián)接在電動

17、勢為現(xiàn)將其與二極管串聯(lián)接在電動勢為E E的直流電源上的直流電源上, ,電容器下極板接電容器下極板接地地, ,靜電計所帶電荷量可忽略靜電計所帶電荷量可忽略, ,二極管具有單向?qū)щ娦远O管具有單向?qū)щ娦? .閉合開關(guān)閉合開關(guān)S,S,一帶電油滴一帶電油滴恰好靜止于兩板間的恰好靜止于兩板間的P P點點, ,現(xiàn)將平行板電容器的下極板豎直向下移動一小段距現(xiàn)將平行板電容器的下極板豎直向下移動一小段距離離, ,則下列說法正確的是則下列說法正確的是( ( ) )A.A.平行板電容器的電容將變大平行板電容器的電容將變大B.B.靜電計指針張角變小靜電計指針張角變小C.C.帶電油滴的電勢能將減小帶電油滴的電勢能將減小

18、D.D.油滴仍將保持靜止油滴仍將保持靜止CD CD 熱點考向三帶電粒子熱點考向三帶電粒子( (帶電體帶電體) )在電場中的運動在電場中的運動【核心提煉核心提煉】帶電粒子在電場中運動問題的分析思路帶電粒子在電場中運動問題的分析思路(1)(1)首先分析粒子的運動規(guī)律首先分析粒子的運動規(guī)律, ,區(qū)分是在電場中的直線運動還是偏轉(zhuǎn)運動問題區(qū)分是在電場中的直線運動還是偏轉(zhuǎn)運動問題. .(2)(2)對于直線運動問題對于直線運動問題, ,可根據(jù)對粒子的受力分析與運動分析可根據(jù)對粒子的受力分析與運動分析, ,從以下兩種途徑進行處理從以下兩種途徑進行處理: :如果是帶電粒子受恒定電場力作用下的直線運動問題如果是帶

19、電粒子受恒定電場力作用下的直線運動問題, ,應(yīng)用牛頓第二定律找出加速度應(yīng)用牛頓第二定律找出加速度, ,結(jié)合結(jié)合運動學(xué)公式確定帶電粒子的速度、位移等運動學(xué)公式確定帶電粒子的速度、位移等. .如果是非勻強電場中的直線運動如果是非勻強電場中的直線運動, ,一般利用動能定理研究全過程中能的轉(zhuǎn)化一般利用動能定理研究全過程中能的轉(zhuǎn)化, ,研究帶電粒子研究帶電粒子的速度變化、運動的位移等的速度變化、運動的位移等. .(3)(3)對于曲線運動問題對于曲線運動問題, ,一般是類平拋運動模型一般是類平拋運動模型, ,通常采用運動的合成與分解方法處理通常采用運動的合成與分解方法處理. .通過對通過對帶電粒子的受力分

20、析和運動規(guī)律分析帶電粒子的受力分析和運動規(guī)律分析, ,借助運動的合成與分解借助運動的合成與分解, ,尋找兩個分運動尋找兩個分運動, ,再應(yīng)用牛頓再應(yīng)用牛頓運動定律或運動學(xué)方程求解運動定律或運動學(xué)方程求解. .(4)(4)當帶電粒子從一個電場區(qū)域進入另一個電場區(qū)域時當帶電粒子從一個電場區(qū)域進入另一個電場區(qū)域時, ,要注意分析帶電粒子的運動規(guī)律的變要注意分析帶電粒子的運動規(guī)律的變化及兩區(qū)域電場交界處的有關(guān)聯(lián)的物理量化及兩區(qū)域電場交界處的有關(guān)聯(lián)的物理量, ,這些關(guān)聯(lián)量往往是解決問題的突破口這些關(guān)聯(lián)量往往是解決問題的突破口. .【典例典例3 3】 (2017 (2017山西模擬山西模擬) )如圖所示如

21、圖所示, ,質(zhì)量為質(zhì)量為m m、帶電荷量為、帶電荷量為+q+q的小球從距地的小球從距地面高度面高度h h處以一定的初速度處以一定的初速度v v0 0水平拋出水平拋出, ,在距拋出點水平距離為在距拋出點水平距離為L L處處, ,有一根管有一根管口比小球直徑略大的豎直細管口比小球直徑略大的豎直細管, ,管的上口距地面為管的上口距地面為 , ,為使小球無碰撞地通過為使小球無碰撞地通過管子管子, ,可在管子上方整個區(qū)域內(nèi)加一場強方向向左的勻強電場可在管子上方整個區(qū)域內(nèi)加一場強方向向左的勻強電場. .求求: :(1)(1)小球的初速度小球的初速度v v0 0; ;(2)(2)電場強度電場強度E E的大小

22、的大小; ;(3)(3)小球落地時的動能小球落地時的動能. .2h審題突破審題突破(1)(1)電子通過偏轉(zhuǎn)極板的時間電子通過偏轉(zhuǎn)極板的時間t;t;答案答案: :(1)T(1)T(2)(2)偏轉(zhuǎn)極板之間的最小距離偏轉(zhuǎn)極板之間的最小距離; ;答案答案: :(2)L(2)L(3)(3)當偏轉(zhuǎn)極板間的距離為最小值時當偏轉(zhuǎn)極板間的距離為最小值時, ,熒光屏如何放置時電子擊中的范圍最小熒光屏如何放置時電子擊中的范圍最小, ,最小范圍的長度是多大最小范圍的長度是多大? ?實戰(zhàn)實戰(zhàn) 高考真題演練高考真題演練1.1. 平行板電容器的動態(tài)分析平行板電容器的動態(tài)分析 (2016(2016全國全國卷卷,14),14)

23、一平行板電容器兩極板一平行板電容器兩極板之間充滿云母介質(zhì)之間充滿云母介質(zhì), ,接在恒壓直流電源上接在恒壓直流電源上. .若將云母介質(zhì)移出若將云母介質(zhì)移出, ,則電容器則電容器( ( ) )A.A.極板上的電荷量變大極板上的電荷量變大, ,極板間電場強度變大極板間電場強度變大B.B.極板上的電荷量變小極板上的電荷量變小, ,極板間電場強度變大極板間電場強度變大C.C.極板上的電荷量變大極板上的電荷量變大, ,極板間電場強度不變極板間電場強度不變D.D.極板上的電荷量變小極板上的電荷量變小, ,極板間電場強度不變極板間電場強度不變D DACACA.EA.Ea aEEb b=41=41B.EB.Ec

24、 cEEd d=21=21C.WC.WababWWbcbc=31=31D.WD.WbcbcWWcdcd=13=133.3. 勻強電場中的電場強度、電勢、電勢能勻強電場中的電場強度、電勢、電勢能 (2017(2017全國全國卷卷,21)(,21)(多選多選) )一勻一勻強電場的方向平行于強電場的方向平行于xOyxOy平面平面, ,平面內(nèi)平面內(nèi)a,b,ca,b,c三點的位置如圖所示三點的位置如圖所示, ,三點的電勢三點的電勢分別為分別為10 V,17 V,26 V.10 V,17 V,26 V.下列說法正確的是下列說法正確的是( ( ) )A.A.電場強度的大小為電場強度的大小為2.5 V/cm2

25、.5 V/cmB.B.坐標原點處的電勢為坐標原點處的電勢為1 V1 VC.C.電子在電子在a a點的電勢能比在點的電勢能比在b b點的低點的低7 eV7 eVD.D.電子從電子從b b點運動到點運動到c c點點, ,電場力做功為電場力做功為9 eV9 eVABDABD4.4. 帶電體在勻強電場中的運動帶電體在勻強電場中的運動 (2017(2017全國全國卷卷,25),25)真空中存在電場強度大真空中存在電場強度大小為小為E E1 1的勻強電場的勻強電場, ,一帶電油滴在該電場中豎直向上做勻速直線運動一帶電油滴在該電場中豎直向上做勻速直線運動, ,速度大速度大小為小為v v0 0, ,在油滴處于

26、位置在油滴處于位置A A時時, ,將電場強度的大小突然增大到某值將電場強度的大小突然增大到某值, ,但保持其方但保持其方向不變向不變. .持續(xù)一段時間持續(xù)一段時間t t1 1后后, ,又突然將電場反向又突然將電場反向, ,但保持其大小不變但保持其大小不變; ;再持續(xù)同再持續(xù)同樣一段時間后樣一段時間后, ,油滴運動到油滴運動到B B點點. .重力加速度大小為重力加速度大小為g.g.(1)(1)求油滴運動到求油滴運動到B B點時的速度點時的速度; ;解析解析: :(1)(1)設(shè)油滴質(zhì)量和電荷量分別為設(shè)油滴質(zhì)量和電荷量分別為m m和和q,q,油滴速度方向向上為正油滴速度方向向上為正. .油滴在電油滴

27、在電場強度大小為場強度大小為E E1 1的勻強電場中做勻速直線運動的勻強電場中做勻速直線運動, ,故勻強電場方向向上故勻強電場方向向上. .在在t=0t=0時時, ,電場強度突然從電場強度突然從E E1 1增加至增加至E E2 2時時, ,油滴做豎直向上的勻加速運動油滴做豎直向上的勻加速運動, ,加速度方加速度方向向上向向上, ,大小大小a a1 1滿足滿足qEqE2 2-mg=ma-mg=ma1 1答案答案: :(1)v(1)v0 0-2gt-2gt1 1油滴在時刻油滴在時刻t t1 1的速度為的速度為v v1 1=v=v0 0+a+a1 1t t1 1 電場強度在時刻電場強度在時刻t t1

28、 1突然反向突然反向, ,油滴做勻變速運動油滴做勻變速運動, ,加速度方向向下加速度方向向下, ,大小大小a a2 2滿足滿足qEqE2 2+mg=ma+mg=ma2 2 油滴在時刻油滴在時刻t t2 2=2t=2t1 1的速度為的速度為v v2 2=v=v1 1-a-a2 2t t1 1 由式得由式得v v2 2=v=v0 0-2gt-2gt1 1. . (2)(2)求增大后的電場強度的大小求增大后的電場強度的大小; ;為保證后來的電場強度比原來的大為保證后來的電場強度比原來的大, ,試給出試給出相應(yīng)的相應(yīng)的t t1 1和和v v0 0應(yīng)滿足的條件應(yīng)滿足的條件. .已知不存在電場時已知不存在電場時, ,油滴以初速度油滴以初速度v v0 0做豎直上拋做豎直上拋運動的最大高度恰好等于運動的最大高度恰好等于B,AB,A兩點間距離的兩倍兩點間距離的兩倍. .答案答案: :(2)(2)見解析見解析