2019-2020年高三物理復(fù)習(xí) 專題六 電場與磁場 第1課時 電場與磁場的理解講義.doc
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2019-2020年高三物理復(fù)習(xí) 專題六 電場與磁場 第1課時 電場與磁場的理解講義專題定位本專題主要是綜合應(yīng)用動力學(xué)方法和功能關(guān)系解決帶電粒子在電場和磁場中的運動問題這部分的題目覆蓋的內(nèi)容多,物理過程多,且情景復(fù)雜,綜合性強,常作為試卷的壓軸題高考對本專題考查的重點有以下幾個方面:對電場力的性質(zhì)和能的性質(zhì)的理解;帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)問題;帶電粒子在磁場中的勻速圓周運動問題;帶電粒子在電場和磁場的組合場中的運動問題;帶電粒子在電場和磁場的疊加場中的運動問題;帶電粒子在電場和磁場中運動的臨界問題應(yīng)考策略針對本專題的特點,應(yīng)“抓住兩條主線、明確兩類運動、運用兩種方法”解決有關(guān)問題兩條主線是指電場力的性質(zhì)(物理量電場強度)和能的性質(zhì)(物理量電勢和電勢能);兩類運動是指類平拋運動和勻速圓周運動;兩種方法是指動力學(xué)方法和功能關(guān)系第1課時電場與磁場的理解1 對電場強度的三個公式的理解(1)E是電場強度的定義式,適用于任何電場電場中某點的場強是確定值,其大小和方向與試探電荷q無關(guān)試探電荷q充當(dāng)“測量工具”的作用(2)Ek是真空中點電荷所形成的電場的決定式E由場源電荷Q和場源電荷到某點的距離r決定(3)E是場強與電勢差的關(guān)系式,只適用于勻強電場,注意:式中d為兩點間沿電場方向的距離2 電場能的性質(zhì)(1)電勢與電勢能:.(2)電勢差與電場力做功:UABAB.(3)電場力做功與電勢能的變化:WEp.3 等勢面與電場線的關(guān)系(1)電場線總是與等勢面垂直,且從高電勢的等勢面指向低電勢的等勢面(2)電場線越密的地方,等差等勢面也越密(3)沿等勢面移動電荷,電場力不做功,沿電場線移動電荷,電場力一定做功4 帶電粒子在磁場中的受力情況(1)磁場只對運動電荷有力的作用,對靜止電荷無力的作用磁場對運動電荷的作用力叫洛倫茲力(2)洛倫茲力的大小和方向:其大小為FqvBsin ,注意:為v與B的夾角F的方向仍由左手定則判定,但四指的指向應(yīng)為正電荷運動的方向或負(fù)電荷運動方向的反方向5 洛倫茲力做功的特點由于洛倫茲力始終和速度方向垂直,所以洛倫茲力永不做功,但洛倫茲力的分力可以做功1 本部分內(nèi)容的主要研究方法有:(1)理想化模型如點電荷、電場線、等勢面;(2)比值定義法電場強度、電勢的定義方法是定義物理量的一種重要方法;(3)類比的方法電場和重力場的比較;電場力做功與重力做功的比較;帶電粒子在勻強電場中的運動和平拋運動的類比2 靜電力做功的求解方法:(1)由功的定義式WFscos 來求;(2)利用結(jié)論“電場力做功等于電荷電勢能增量的負(fù)值”來求,即WE;(3)利用WABqUAB來求3 研究帶電粒子在電場中的曲線運動時,采用運動合成與分解的思想方法;帶電粒子在組合場中的運動實際是類平拋運動和勻速圓周運動的組合,類平拋運動的末速度就是勻速圓周運動的線速度題型1對電場性質(zhì)的理解例1(xx江蘇6)將一電荷量為Q的小球放在不帶電的金屬球附近,所形成的電場線分布如圖1所示,金屬球表面的電勢處處相等a、b為電場中的兩點,則()圖1Aa點的電場強度比b點的大Ba點的電勢比b點的高C檢驗電荷q在a點的電勢能比在b點的大D將檢驗電荷q從a點移到b點的過程中,電場力做負(fù)功解析根據(jù)題圖中電場線的疏密可知a點場強比b點的大,A項正確;由電場線的方向可知a點電勢比b點的高,則B項正確;由電場力做功和電勢能變化關(guān)系可判斷C項錯誤,D項正確答案ABD以題說法1.在點電荷形成的電場中,通常利用電場線和等勢面的兩個關(guān)系分析電場的性質(zhì):一是二者一定處處垂直;二是電場線密的地方,等勢面也密,且電場線由電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面2在分析電場性質(zhì)時,要特別注意應(yīng)用點電荷形成電場的對稱性來分析電場的性質(zhì)如圖2所示,真空中M、N處放置兩等量異種電荷,a、b、c為電場中的三點,實線PQ為M、N連線的中垂線,a、b兩點關(guān)于MN對稱,a、c兩點關(guān)于PQ對稱已知一帶正電的試探電荷從a點移動到c點時,試探電荷的電勢能增加,則以下判斷正確的是()圖2Aa點的電勢高于c點的電勢Ba點的場強與c點的場強完全相同CM點處放置的是正電荷D若將帶正電的試探電荷沿直線由a點移動到b點,則電場力先做正功,后做負(fù)功答案D解析帶正電的試探電荷由a點移動到c點,電勢能增大,電場力做負(fù)功,是逆著電場線運動,因此M處電荷應(yīng)為負(fù)電荷,選項C錯誤;等量異種點電荷周圍電場線的分布如圖所示,由于沿著電場線方向電勢降低,可知a點電勢低于c點電勢,選項A錯誤;a點和c點場強大小相等、方向不同,選項B錯誤;將帶正電的試探電荷沿直線由a點移到b點,電場力先做正功后做負(fù)功,選項D正確如圖3所示,電場中的一簇電場線關(guān)于y軸對稱分布,O點是坐標(biāo)原點,M、N、P、Q是以O(shè)為圓心的一個圓周上的四個點,其中M、N在y軸上,Q點在x軸上,則()圖3AM點電勢比P點電勢高BOM間的電勢差等于NO間的電勢差C一正電荷在O點的電勢能小于在Q點的電勢能D將一負(fù)電荷從M點移到P點,電場力做正功答案D解析如題圖所示的電場為帶正電的點電荷形成的電場,所有電場線反向延長的交點即為該點電荷所在的位置,P點離該點電荷的距離比M點更近,所以P點的電勢比M點電勢高,選項A錯誤;NO之間的電場線比OM之間的電場線密,所以NO之間的場強大,電勢差也大,選項B錯誤;O點到該點電荷的距離比Q點近,O點電勢高,正電荷在電勢高的位置電勢能大,故正電荷在O點的電勢能比在Q點大,選項C錯誤;P點的電勢比M點電勢高,將負(fù)電荷由電勢低的位置移動到電勢高的位置電場力做正功,選項D正確題型2電場矢量合成問題例2(xx新課標(biāo)18)如圖4,在光滑絕緣水平面上,三個帶電小球a、b和c分別位于邊長為l的正三角形的三個頂點上;a、b帶正電,電荷量均為q,c帶負(fù)電整個系統(tǒng)置于方向水平的勻強電場中已知靜電力常量為k.若三個小球均處于靜止?fàn)顟B(tài),則勻強電場場強的大小為()圖4A. B.C. D.審題突破a、b對c的靜電力的合力方向如何?勻強電場場強的方向能確定嗎?解析因為a、b小球?qū)的靜電力的合力方向垂直于a、b連線向上,又因c帶負(fù)電,所以勻強電場的場強方向為垂直于a、b連線向上分析a球受力:b對a的排斥力F1、c對a的吸引力F2和勻強電場對a的電場力F3qE.根據(jù)受力平衡可知,a受力情況如圖所示利用正交分解法:F2cos 60F1kF2sin 60F3qE.解得E.答案B以題說法1.熟練掌握常見電場的電場線和等勢面的畫法2對于復(fù)雜的電場場強、電場力合成時要用平行四邊形定則3電勢的高低可以根據(jù)“沿電場線方向電勢降低”或者由離正、負(fù)場源電荷的關(guān)系來確定如圖5所示,真空中同一水平線上固定兩等量異種點電荷A、B,其中A帶負(fù)電、B帶正電C、D、O是分布在AB連線的垂線上的三個點,且AOBO.下列判斷正確的是()圖5AC、D兩點的電勢相等BC、D兩點的電場強度的方向均水平向左C同一帶負(fù)電的試探電荷在C點的電勢能大于在D點的電勢能D同一試探電荷在C點受到的電場力比在D點受到的電場力小答案CD解析由等量異種點電荷的電場線和等勢面分布可知,ODC,選項A錯誤;在AB連線中垂線上的各點電場強度方向水平向左,EC和ED的方向斜向左上,選項B錯誤;負(fù)電荷在電勢低處電勢能大,所以EpCEpD,選項C正確;ECED,所以同一試探電荷在C點受到的電場力比在D點受到的電場力小,選項D正確題型3帶電粒子在有界磁場中的臨界、極值問題例3(18分)如圖6所示,在一個直角三角形區(qū)域ABC內(nèi)存在方向垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場,AB、BC、AC為磁場邊界,AC邊長為3l,A53.一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從AB邊上距A點為l的D點垂直于磁場邊界AB射入勻強磁場取sin 530.8,cos 530.6,求:圖6(1)要使粒子從BC邊射出磁場區(qū)域,粒子速率應(yīng)滿足的條件;(2)粒子能從BC邊射出磁場區(qū)域,其在磁場中最短的運動時間審題突破粒子速率較小時會從哪個邊界射出?若速度很大又會從哪個邊界射出?粒子能經(jīng)過C點嗎?解析(1)粒子在磁場中做勻速圓周運動,洛倫茲力提供向心力,則有qvB (2分)設(shè)粒子速率為v1時運動軌跡與BC邊相切,如圖所示,由幾何關(guān)系可得R1l,解得R11.5l(3分)則v1(2分)設(shè)粒子速率為v2時運動軌跡與AC邊相切,則切點為C點,由幾何關(guān)系可得R2BCBD4l(3分)解得v2(2分)因此粒子從BC邊射出時速率滿足的條件是v(1分)(2)粒子在磁場中做勻速圓周運動,其周期為T(2分)由粒子運動軌跡可知,粒子從C點射出磁場所用時間最短,最短時間tT(2分)解得t(1分)答案(1)0)的帶電粒子以速度v從位于直線AC上、坐標(biāo)為(L,L)的P點豎直向下射出,經(jīng)測量發(fā)現(xiàn),此帶電粒子每經(jīng)過相同的時間T,將會再回到P點,已知磁感應(yīng)強度B2.(不計粒子重力)圖8(1)請在圖中畫出帶電粒子的運動軌跡,并求出勻強磁場B1與B2的比值;(B1、B2磁場足夠大)(2)求出帶電粒子相鄰兩次經(jīng)過P點的時間間隔T.答案(1)運動軌跡見解析圖(2)解析(1)帶電粒子從P點勻速運動到Q點,然后做半徑為:qvB2mR2L的勻速圓周運動,運動到H點時的速度方向與AC垂直,從H點勻速運動到D點后做勻速圓周運動到P點根據(jù)幾何知識可知:L,四邊形PODO1為棱形,O1為圓心,則帶電粒子在勻強磁場B1中做勻速圓周運動時的半徑R1為L,根據(jù)qvB1m,得B1B2,即(2)設(shè)帶電粒子由P到Q、Q到H、H到D、D到P所用的時間分別為t1、t2、t3、t4,則Tt1t2t3t4t1,t2T1,t3,t4T2Tt1t2t3t410圖9是某裝置的垂直截面圖,虛線A1A2是垂直截面與磁場區(qū)邊界面的交線,勻強磁場分布在A1A2的右側(cè)區(qū)域,磁感應(yīng)強度B0.4 T,方向垂直紙面向外,A1A2與垂直截面上的水平線夾角為45.在A1A2左側(cè),固定的薄板和等大的擋板均水平放置,它們與垂直截面交線分別為S1、S2,相距L0.2 m在薄板上P處開一小孔,P與A1A2線上點D的水平距離為L.在小孔處裝一個電子快門起初快門開啟,一旦有帶正電微粒通過小孔,快門立即關(guān)閉,此后每隔T3.0103 s開啟一次并瞬間關(guān)閉從S1S2之間的某一位置水平發(fā)射一速度為v0的帶正電微粒,它經(jīng)過磁場區(qū)域后入射到P處小孔通過小孔的微粒與擋板發(fā)生碰撞而反彈,反彈速度大小是碰前的0.5倍圖9(1)經(jīng)過一次反彈直接從小孔射出的微粒,其初速度v0應(yīng)為多少?(2)求上述微粒從最初水平射入磁場到第二次離開磁場的 時間(忽略微粒所受重力影響,碰撞過程無電荷轉(zhuǎn)移已知微粒的荷質(zhì)比1.0103 C/kg.只考慮紙面上帶電微粒的運動)答案(1)100 m/s(2)2.8102 s解析(1)如圖所示,設(shè)帶正電微粒在S1S2之間任意點Q以水平速度v0進(jìn)入磁場,微粒受到的洛倫茲力為F,在磁場中做勻速圓周運動的半徑為r,有:Fqv0B得:r欲使微粒能進(jìn)入小孔,半徑r的取值范圍為:Lr2L代入數(shù)據(jù)得:80 m/sv0160 m/s欲使進(jìn)入小孔的微粒與擋板發(fā)生一次相碰返回后能通過小孔,還必須滿足條件:nT,其中n1,2,3,由可知,只有n2滿足條件,即有:v0100 m/s(2)設(shè)微粒在磁場中做圓周運動的周期為T0,從水平進(jìn)入磁場到第二次離開磁場的總時間為t,設(shè)t1、t4分別為帶電微粒第一次、第二次在磁場中運動的時間,第一次離開磁場運動到擋板的時間為t2,碰撞后再返回磁場的時間為t3,運動軌跡如圖(1)中所示,則有:T0t1T0t2t3t4T0tt1t2t3t42.8102 s- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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