2019-2020年高三物理復(fù)習(xí) 專題六 電場(chǎng)與磁場(chǎng) 第1課時(shí) 電場(chǎng)與磁場(chǎng)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(chǎng)與磁場(chǎng) 第1課時(shí) 電場(chǎng)與磁場(chǎng)的理解講義專題定位本專題主要是綜合應(yīng)用動(dòng)力學(xué)方法和功能關(guān)系解決帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)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(qiáng),常作為試卷的壓軸題高考對(duì)本專題考查的重點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:對(duì)電場(chǎng)力的性質(zhì)和能的性質(zhì)的理解;帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)問題;帶電粒子在磁場(chǎng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)問題;帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題;帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題;帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的臨界問題應(yīng)考策略針對(duì)本專題的特點(diǎn),應(yīng)“抓住兩條主線、明確兩類運(yùn)動(dòng)、運(yùn)用兩種方法”解決有關(guān)問題兩條主線是指電場(chǎng)力的性質(zhì)(物理量電場(chǎng)強(qiáng)度)和能的性質(zhì)(物理量電勢(shì)和電勢(shì)能);兩類運(yùn)動(dòng)是指類平拋運(yùn)動(dòng)和勻速圓周運(yùn)動(dòng);兩種方法是指動(dòng)力學(xué)方法和功能關(guān)系第1課時(shí)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的理解1 對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的三個(gè)公式的理解(1)E是電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式,適用于任何電場(chǎng)電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)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(cè)量工具”的作用(2)Ek是真空中點(diǎn)電荷所形成的電場(chǎng)的決定式E由場(chǎng)源電荷Q和場(chǎng)源電荷到某點(diǎn)的距離r決定(3)E是場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)差的關(guān)系式,只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng),注意:式中d為兩點(diǎn)間沿電場(chǎng)方向的距離2 電場(chǎng)能的性質(zhì)(1)電勢(shì)與電勢(shì)能:.(2)電勢(shì)差與電場(chǎng)力做功:UABAB.(3)電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化:WEp.3 等勢(shì)面與電場(chǎng)線的關(guān)系(1)電場(chǎng)線總是與等勢(shì)面垂直,且從高電勢(shì)的等勢(shì)面指向低電勢(shì)的等勢(shì)面(2)電場(chǎng)線越密的地方,等差等勢(shì)面也越密(3)沿等勢(shì)面移動(dòng)電荷,電場(chǎng)力不做功,沿電場(chǎng)線移動(dòng)電荷,電場(chǎng)力一定做功4 帶電粒子在磁場(chǎng)中的受力情況(1)磁場(chǎng)只對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用,對(duì)靜止電荷無力的作用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向的反方向5 洛倫茲力做功的特點(diǎn)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(diǎn)電荷、電場(chǎng)線、等勢(shì)面;(2)比值定義法電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)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(chǎng)和重力場(chǎng)的比較;電場(chǎng)力做功與重力做功的比較;帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)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(chǎng)力做功等于電荷電勢(shì)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(chǎng)中的曲線運(yùn)動(dòng)時(shí),采用運(yùn)動(dòng)合成與分解的思想方法;帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)實(shí)際是類平拋運(yùn)動(dòng)和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的組合,類平拋運(yùn)動(dòng)的末速度就是勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度題型1對(duì)電場(chǎng)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(chǎng)線分布如圖1所示,金屬球表面的電勢(shì)處處相等a、b為電場(chǎng)中的兩點(diǎn),則()圖1Aa點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比b點(diǎn)的大Ba點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的高C檢驗(yàn)電荷q在a點(diǎn)的電勢(shì)能比在b點(diǎn)的大D將檢驗(yàn)電荷q從a點(diǎn)移到b點(diǎn)的過程中,電場(chǎng)力做負(fù)功解析根據(jù)題圖中電場(chǎng)線的疏密可知a點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)比b點(diǎn)的大,A項(xiàng)正確;由電場(chǎng)線的方向可知a點(diǎn)電勢(shì)比b點(diǎn)的高,則B項(xiàng)正確;由電場(chǎng)力做功和電勢(shì)能變化關(guān)系可判斷C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確答案ABD以題說法1.在點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中,通常利用電場(chǎng)線和等勢(shì)面的兩個(gè)關(guān)系分析電場(chǎng)的性質(zhì):一是二者一定處處垂直;二是電場(chǎng)線密的地方,等勢(shì)面也密,且電場(chǎng)線由電勢(shì)較高的等勢(shì)面指向電勢(shì)較低的等勢(shì)面2在分析電場(chǎng)性質(zhì)時(shí),要特別注意應(yīng)用點(diǎn)電荷形成電場(chǎng)的對(duì)稱性來分析電場(chǎng)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(chǎng)中的三點(diǎn),實(shí)線PQ為M、N連線的中垂線,a、b兩點(diǎn)關(guān)于MN對(duì)稱,a、c兩點(diǎn)關(guān)于PQ對(duì)稱已知一帶正電的試探電荷從a點(diǎn)移動(dòng)到c點(diǎn)時(shí),試探電荷的電勢(shì)能增加,則以下判斷正確的是()圖2Aa點(diǎn)的電勢(shì)高于c點(diǎn)的電勢(shì)Ba點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與c點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)完全相同CM點(diǎn)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(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn),則電場(chǎng)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(diǎn)移動(dòng)到c點(diǎn),電勢(shì)能增大,電場(chǎng)力做負(fù)功,是逆著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng),因此M處電荷應(yīng)為負(fù)電荷,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;等量異種點(diǎn)電荷周圍電場(chǎng)線的分布如圖所示,由于沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低,可知a點(diǎn)電勢(shì)低于c點(diǎn)電勢(shì),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;a點(diǎn)和c點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小相等、方向不同,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;將帶正電的試探電荷沿直線由a點(diǎn)移到b點(diǎn),電場(chǎng)力先做正功后做負(fù)功,選項(xiàng)D正確如圖3所示,電場(chǎng)中的一簇電場(chǎng)線關(guān)于y軸對(duì)稱分布,O點(diǎn)是坐標(biāo)原點(diǎn),M、N、P、Q是以O(shè)為圓心的一個(gè)圓周上的四個(gè)點(diǎn),其中M、N在y軸上,Q點(diǎn)在x軸上,則()圖3AM點(diǎn)電勢(shì)比P點(diǎn)電勢(shì)高BOM間的電勢(shì)差等于NO間的電勢(shì)差C一正電荷在O點(diǎn)的電勢(shì)能小于在Q點(diǎn)的電勢(shì)能D將一負(fù)電荷從M點(diǎn)移到P點(diǎn),電場(chǎng)力做正功答案D解析如題圖所示的電場(chǎng)為帶正電的點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng),所有電場(chǎng)線反向延長(zhǎng)的交點(diǎn)即為該點(diǎn)電荷所在的位置,P點(diǎn)離該點(diǎn)電荷的距離比M點(diǎn)更近,所以P點(diǎn)的電勢(shì)比M點(diǎn)電勢(shì)高,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;NO之間的電場(chǎng)線比OM之間的電場(chǎng)線密,所以NO之間的場(chǎng)強(qiáng)大,電勢(shì)差也大,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;O點(diǎn)到該點(diǎn)電荷的距離比Q點(diǎn)近,O點(diǎn)電勢(shì)高,正電荷在電勢(shì)高的位置電勢(shì)能大,故正電荷在O點(diǎn)的電勢(shì)能比在Q點(diǎn)大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;P點(diǎn)的電勢(shì)比M點(diǎn)電勢(shì)高,將負(fù)電荷由電勢(shì)低的位置移動(dòng)到電勢(shì)高的位置電場(chǎng)力做正功,選項(xiàng)D正確題型2電場(chǎng)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(gè)帶電小球a、b和c分別位于邊長(zhǎng)為l的正三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上;a、b帶正電,電荷量均為q,c帶負(fù)電整個(gè)系統(tǒng)置于方向水平的勻強(qiáng)電場(chǎng)中已知靜電力常量為k.若三個(gè)小球均處于靜止?fàn)顟B(tài),則勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的大小為()圖4A. B.C. D.審題突破a、b對(duì)c的靜電力的合力方向如何?勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的方向能確定嗎?解析因?yàn)閍、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(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)方向?yàn)榇怪庇赼、b連線向上分析a球受力:b對(duì)a的排斥力F1、c對(duì)a的吸引力F2和勻強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)a的電場(chǎng)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(chǎng)的電場(chǎng)線和等勢(shì)面的畫法2對(duì)于復(fù)雜的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)、電場(chǎng)力合成時(shí)要用平行四邊形定則3電勢(shì)的高低可以根據(jù)“沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低”或者由離正、負(fù)場(chǎng)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(diǎn)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(gè)點(diǎn),且AOBO.下列判斷正確的是()圖5AC、D兩點(diǎn)的電勢(shì)相等BC、D兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向均水平向左C同一帶負(fù)電的試探電荷在C點(diǎn)的電勢(shì)能大于在D點(diǎn)的電勢(shì)能D同一試探電荷在C點(diǎn)受到的電場(chǎng)力比在D點(diǎn)受到的電場(chǎng)力小答案CD解析由等量異種點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線和等勢(shì)面分布可知,ODC,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;在AB連線中垂線上的各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度方向水平向左,EC和ED的方向斜向左上,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;負(fù)電荷在電勢(shì)低處電勢(shì)能大,所以EpCEpD,選項(xiàng)C正確;ECED,所以同一試探電荷在C點(diǎn)受到的電場(chǎng)力比在D點(diǎn)受到的電場(chǎng)力小,選項(xiàng)D正確題型3帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的臨界、極值問題例3(18分)如圖6所示,在一個(gè)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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),AB、BC、AC為磁場(chǎng)邊界,AC邊長(zhǎng)為3l,A53.一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從AB邊上距A點(diǎn)為l的D點(diǎn)垂直于磁場(chǎng)邊界AB射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)取sin 530.8,cos 530.6,求:圖6(1)要使粒子從BC邊射出磁場(chǎng)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(chǎng)區(qū)域,其在磁場(chǎng)中最短的運(yùn)動(dòng)時(shí)間審題突破粒子速率較小時(shí)會(huì)從哪個(gè)邊界射出?若速度很大又會(huì)從哪個(gè)邊界射出?粒子能經(jīng)過C點(diǎn)嗎?解析(1)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,則有qvB (2分)設(shè)粒子速率為v1時(shí)運(yùn)動(dòng)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(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡與AC邊相切,則切點(diǎn)為C點(diǎn),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(shí)速率滿足的條件是v(1分)(2)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其周期為T(2分)由粒子運(yùn)動(dòng)軌跡可知,粒子從C點(diǎn)射出磁場(chǎng)所用時(shí)間最短,最短時(shí)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(diǎn)豎直向下射出,經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn),此帶電粒子每經(jīng)過相同的時(shí)間T,將會(huì)再回到P點(diǎn),已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B2.(不計(jì)粒子重力)圖8(1)請(qǐng)?jiān)趫D中畫出帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡,并求出勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1與B2的比值;(B1、B2磁場(chǎng)足夠大)(2)求出帶電粒子相鄰兩次經(jīng)過P點(diǎn)的時(shí)間間隔T.答案(1)運(yùn)動(dòng)軌跡見解析圖(2)解析(1)帶電粒子從P點(diǎn)勻速運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn),然后做半徑為:qvB2mR2L的勻速圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)到H點(diǎn)時(shí)的速度方向與AC垂直,從H點(diǎn)勻速運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)根據(jù)幾何知識(shí)可知:L,四邊形PODO1為棱形,O1為圓心,則帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的半徑R1為L(zhǎng),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(shí)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(chǎng)區(qū)邊界面的交線,勻強(qiáng)磁場(chǎng)分布在A1A2的右側(cè)區(qū)域,磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn)D的水平距離為L(zhǎng).在小孔處裝一個(gè)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(chǎng)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(chǎng)到第二次離開磁場(chǎng)的 時(shí)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(yùn)動(dòng))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(diǎn)Q以水平速度v0進(jìn)入磁場(chǎng),微粒受到的洛倫茲力為F,在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T0,從水平進(jìn)入磁場(chǎng)到第二次離開磁場(chǎng)的總時(shí)間為t,設(shè)t1、t4分別為帶電微粒第一次、第二次在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,第一次離開磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)到擋板的時(shí)間為t2,碰撞后再返回磁場(chǎng)的時(shí)間為t3,運(yùn)動(dòng)軌跡如圖(1)中所示,則有:T0t1T0t2t3t4T0tt1t2t3t42.8102 s- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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