高考物理二轮复习 专题突破3 电场和磁场 第1讲 电场和磁场的基本性质

在学生就要走出校门的时候，班级工作仍要坚持德育先行，继续重视对学生进行爱国主义教育、集体主义教育、行为规范等的教育，认真落实学校、学工处的各项工作要求第1讲电场和磁场的基本性质1(2016全国卷，14)一平行板电容器两极板之间充满云母介质，接在恒压直流电源上。若将云母介质移出，则电容器()A极板上的电荷量变大，极板间电场强度变大B极板上的电荷量变小，极板间电场强度变大C极板上的电荷量变大，极板间电场强度不变D极板上的电荷量变小，极板间电场强度不变解析由C可知，当云母介质移出时，r变小，电容器的电容C变小；因为电容器接在恒压直流电源上，故U不变，根据QCU可知，当C减小时，Q减小。再由E，由于U与d都不变，故电场强度E不变，选项D正确。答案D2(2016全国卷，15)关于静电场的等势面，下列说法正确的是()A两个电势不同的等势面可能相交B电场线与等势面处处相互垂直C同一等势面上各点电场强度一定相等D将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做正功解析若两个不同的等势面相交，则在交点处存在两个不同电势数值，与事实不符，A错；电场线一定与等势面垂直，B对；同一等势面上的电势相同，但电场强度不一定相同，C错；将一负电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做负功，故D错。答案B3(2016全国卷，15)如图1，P是固定的点电荷，虚线是以P为圆心的两个圆。带电粒子Q在P的电场中运动，运动轨迹与两圆在同一平面内，a、b、c为轨迹上的三个点。若Q仅受P的电场力作用，其在a、b、c点的加速度大小分别为aa、ab、ac，速度大小分别为va、vb、vc，则()图1Aaaabac，vavcvb Baaabac，vbvcvaCabacaa，vbvcva Dabacaa，vavcvb解析由库仑定律F可知，粒子在a、b、c三点受到的电场力的大小关系为FbFcFa，由a可知abacaa。根据粒子的轨迹可知，粒子Q与场源电荷P的电性相同，二者之间存在斥力，由cba整个过程中，电场力先做负功再做正功，且Wba|Wcb|，结合动能定理可知，vavcvb，故选项D正确。答案D4(2015全国卷，14)如图2，两平行的带电金属板水平放置。若在两板中间a点从静止释放一带电微粒，微粒恰好保持静止状态，现将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转45，再由a点从静止释放一同样的微粒，该微粒将()图2A保持静止状态B向左上方做匀加速运动C向正下方做匀加速运动D向左下方做匀加速运动解析两平行金属板水平放置时，带电微粒静止有mgqE，现将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转45后，两板间电场强度方向逆时针旋转45，电场力方向也逆时针旋转45，但大小不变，此时电场力和重力的合力大小恒定，方向指向左下方，故该微粒将向左下方做匀加速运动，选项D正确。答案D5(2014新课标全国卷，15)关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是()A安培力的方向可以不垂直于直导线 B安培力的方向总是垂直于磁场的方向C安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关D将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半解析安培力的方向、磁感应强度的方向及电流的方向满足左手定则，所以安培力的方向既垂直于直导线，也垂直于磁场的方向，所以选项B正确、A错误；当通电直导线与磁场方向垂直时，安培力最大FBIl，当通电直导线与磁场方向平行时，安培力最小为零，故选项C错误；将直导线从中点折成直角，假设原来直导线与磁场方向垂直，若折成直角后一段与磁场仍垂直，另一段与磁场平行，则安培力的大小变为原来的一半，若折成直角后，两段都与磁场垂直，则安培力的大小变为原来的，因此安培力大小不一定是原来的一半，选项D错误。答案B6(多选)(2014新课标全国卷，19)关于静电场的电场强度和电势，下列说法正确的是()A电场强度的方向处处与等电势面垂直B电场强度为零的地方，电势也为零C随着电场强度的大小逐渐减小，电势也逐渐降低D任一点的电场强度总是指向该点电势降落最快的方向解析电场线与等势面垂直，而电场强度的方向为电场线的方向，故电场强度的方向与等势面垂直，选项A正确；场强为零的地方电势不一定为零，例如等量同种正电荷连线的中点处的场强为零但是电势大于零，选项B错误；场强大小与电场线的疏密有关，而沿着电场线的方向电势是降低的，故随电场强度的大小逐渐减小，电势不一定降低，选项C错误；任一点的电场强度方向总是和电场线方向一致，而电场线的方向是电势降落最快的方向，选项D正确。答案AD备 考 指 导【考情分析】2014卷T15：安培力T21：电势、等势面卷T19：电场强度、电势2015卷T14：带电粒子在匀强电场中的受力与运动分析2016卷T14：平行板电容器的动态分析卷T15：点电荷电场的特点，电场力做功卷T15：等势面、电场力做功电场、磁场的基本性质是每年高考的必考内容，题型以选择题为主。【备考策略】(1)要牢牢抓住力和能这两条主线，将知识系统化，找出它们的联系，做到融会贯通。(2)注意体会和掌握处理复杂的物理问题的方法，如类比法、等效法、建立模型等思维方法。(3)重视带电粒子在电场中的加速、偏转以及电容器的相关知识在实际生产、生活中的应用，如静电除尘、电容式传感器、喷墨打印机、示波器等。平行板电容器及其动态分析问题规 律 方 法解电容器问题的常用技巧(1)在电荷量保持不变的情况下，极板间电场强度与板间的距离无关。(2)对平行板电容器的有关物理量Q、E、U、C进行讨论时，关键在于弄清哪些是变量，哪些是不变量，在变量中哪些是自变量，哪些是因变量，抓住C、QCU和E进行判定即可。 精 典 题 组1(多选)关于平行板电容器的电容，下列说法正确的是()A电容器带的电荷量越多，电容就越大B电容器的电容等于电容器所带的电荷量与两极板间的电压的比值C电容器的电容与电容器所带的电荷量成正比，与两极板间的电压成反比D电容器的电容由电容器自身结构决定，与两极板间的电压无关解析电容器的电容由电容器自身结构决定，与两极板间的电压无关，与电容器所带的电荷量的多少无关，选项A、C错误，D正确；电容是利用比值定义的物理量，电容器的电容等于电容器所带的电荷量与两极板间的电压的比值，选项B正确。答案BD2. (多选)如图3所示，平行板电容器与直流电源连接，上极板接地。一带负电的油滴位于电容器的P点且处于静止状态。现将下极板竖直向下缓慢地移动一小段距离。则()图3A带电油滴将竖直向下运动B带电油滴的机械能将增加CP点的电势将升高D电容器的电容增大，极板带电荷量增加解析将下极板竖直向下缓慢地移动一小段距离，间距d增大，由C可得电容器的电容减小，而U一定，由C可得电荷量Q减少，选项D错误；根据E可得板间场强减小，重力大于电场力，带电油滴将竖直向下运动，电场力做负功，机械能减少，选项A正确、B错误；因上极板接地，电势为0，P点电势PUP上Ey随E的减小而增大，选项C正确。答案AC3.如图4所示，倾斜放置的平行板电容器两极板与水平面的夹角为，极板间距为d，带负电的微粒质量为m、带电荷量为q，微粒从极板M的左边缘A处以初速度v0水平射入极板间，沿直线运动并从极板N的右边缘B处射出，则()图4A微粒到达B点时动能为mvB微粒的加速度大小等于gsin C两极板间的电势差UMND微粒从A点到B点的过程中电势能减少解析微粒的受力情况如图所示，微粒做匀减速直线运动，到达B点时动能小于mv，选项A错误；由牛顿第二定律得mgtan ma，加速度agtan ，选项B错误；又电场力Eq，两极板间的电场强度E，两板间的电势差UMNEd，选项C正确；微粒从A向B运动，电场力做负功，电势能增加，选项D错误。答案C电场中有关物理量的判断规 律 方 法1由电场中的“点、线、面、迹”判断相关问题(1)由轨迹向合外力的方向弯曲，确定粒子所受电场力方向；(2)根据粒子电性判断电场线方向；(3)根据“沿电场线方向电势降低”判断电势高低；(4)根据公式Epq(代入正负号)判断电势能大小；(5)根据电场力做功的正负判断电势能的变化或动能的变化；(6)根据电场线或等差等势面疏密判断加速度大小。2电场强度大小、方向的判断技巧(1)电场强度大小的判断用电场线的疏密程度进行判断。电场线越密集，场强越大，电场线越稀疏，场强越小；根据等差等势面的疏密判定场强大小。等差等势面密集处场强大，稀疏处场强小。(2)电场强度方向的判断某点正电荷所受电场力的方向，即该点的电场强度方向；电场强度的方向与电场线的切线在同一条直线上并指向电势降低的方向；电场强度的方向垂直等势面并指向电势降低的方向。3电势高低的比较(1)根据电场线方向，沿着电场线方向，电势越来越低；(2)根据电势的定义式，即将q从电场中的某点移至无穷远处电场力做功越多，则该点的电势越高；(3)根据电势差UABAB，若UAB0，则AB，反之AB。4电势能变化的判断(1)根据电场力做功判断。若电场力对电荷做正功，电势能减少；反之则增加，即WABEp。(2)根据能量守恒定律判断。电场力做功的过程是电势能和其他形式的能相互转化的过程，若只有电场力做功，电荷的电势能与动能相互转化，而总和应保持不变，即当动能增加时，电势能减少。精 典 题 组1.(多选)如图5中的实线表示电场线，虚线表示只受电场力作用的带正电粒子的运动轨迹，粒子先经过M点，再经过N点，可以判定()图5AM点的电势大于N点的电势BM点的电势小于N点的电势C粒子在M点受到的电场力大于在N点受到的电场力D粒子在M点受到的电场力小于在N点受到的电场力解析此电场为非匀强电场，从电场线的疏密程度能够判断出场强的大小，N点电场线比M点密集，则N点场强大于M点，同一带电粒子在N点受到的电场力大于在M点受到的电场力，C错误，D正确；顺着电场线的方向电势逐渐降低，M点的电势大于N点的电势，A正确，B错误。答案AD2.(多选) (2016辽宁模拟)如图6所示，一带电粒子在匀强电场中从A点抛出，运动到B点时速度方向竖直向下，且在B点时粒子的速度为粒子在电场中运动的最小速度，已知电场方向和粒子运动轨迹在同一竖直平面内，粒子的重力和空气阻力与电场力相比可忽略不计，则()图6A电场方向一定水平向右B电场中A点的电势一定高于B点的电势C从A到B的过程中，粒子的电势能一定增加D从A到B的过程中，粒子的电势能与动能之和一定不变解析粒子只受电场力，做抛体运动，类似重力场中的斜上抛运动，B点为等效最高点，故电场力方向水平向右，由于不知粒子的电性，故无法判断电场方向，A项错误；电场方向不确定，所以不能确定A点和B点的电势的高低，故B项错误；从A到B的过程中，电场力对粒子做负功，粒子的电势能增大，故C项正确；从A到B的过程中，只有电场力做负功，动能减小，电势能增加，电势能和动能之和保持不变，故D项正确。答案CD3.如图7所示，两个带等量正电的点电荷分别固定于P、Q两点，它们连线的中点是O，A、B是P、Q连线的中垂线上的两点，OAON，可判定带正电的点电荷在M点时的电势能最大，B正确；从M点到O点，电势是降低的，故电场力对带电荷量为q的点电荷做负功，则电势能增加，C错；从N点到O点，电势是升高的，故电场力对带电荷量为q的点电荷做正功，则电势能减少，D错。答案B4.如图4所示，半径为R的圆形区域里有磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，M、N是磁场边界上两点且M、N连线过圆心，在M点有一粒子源，可以在纸面内沿各个方向向磁场里发射质量为m、电荷量为q、速度大小均为v的带正电粒子，不计粒子的重力，若某一个粒子在磁场中运动的时间为t，则该粒子从M点射入磁场时，入射速度方向与MN间夹角的正弦值为()图4A. B. C. D.解析粒子在磁场中运动轨迹半径r，由于该粒子在磁场中运动的时间tT，因此该粒子在磁场中运动的轨迹如图所示，由几何关系可知，MOP为正三角形，粒子从M点射出的速度方向与MN的夹角为30，夹角正弦值为，A正确。答案A5.如图5所示，两平行导轨与水平面成37角，导轨间距为L1.0 m，匀强磁场的磁感应强度可调，方向垂直导轨所在平面向下。一金属杆长也为L，质量m0.2 kg，水平放在导轨上，与导轨接触良好而处于静止状态，金属杆与导轨间的动摩擦因数0.5，通有图示方向的电流，电流强度I2.0 A，令最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则磁感应强度的最大值和最小值分别为()图5A1.0 T0 B1.0 T0.6 TC1.0 T0.2 T D0.6 T0.2 T解析由左手定则知安培力沿斜面向上，因mgsin 1.2 N、fmmgcos 0.8 N，所以当磁感应强度B最小时，安培力F1BminIL0.4 N，即Bmin0.2 T；当B最大时，安培力F2BmaxIL2.0 N，即Bmax1.0 T，C对。答案C6.在真空中某区域有一电场，电场中有一点O，经过O点的一条直线上有P、M、N三点，到O点的距离分别为r0、r1、r2，直线上各点的电势分布如图6所示，r表示该直线上某点到O点的距离，下列说法中正确的是()图6AO、P两点间电势不变，O、P间场强一定为零BM点的电势低于N点的电势CM点的电场强度大小小于N点的电场强度大小D在将正电荷沿该直线从M移到N的过程中，电场力做负功解析O、P两点间的各点电势不变，各点间电势差为零，移动电荷时电场力不做功，O、P间场强一定为零，选项A正确；由图象可知，M点的电势高于N点的电势，B错误；电势变化越快的地方场强越大，根据图线斜率可以得出，M点的电场强度大小大于N点的电场强度大小，选项C错误；在将正电荷沿该直线从M移到N的过程中，电势降低，电势能减小，电场力做正功，选项D错误。答案A7.如图7所示，a、b、c、d、O五点均在匀强电场中，它们刚好是一个半径为R0.2 m的圆的四个等分点和圆心O，b、c、d三点的电势如图所示。已知电场线与圆所在平面平行，关于电场强度的大小和方向，下列说法正确的是()图7A电场强度的方向由O指向b点B电场强度的方向由O指向d点C电场强度的大小为10 V/mD电场强度的大小为10 V/m解析由匀强电场中平行线上等间距点间的电势差相等可得，O点的电势为6 V，O、d连线的中点e处的电势为8 V，连接c、e，过O作ce的垂线交ce于f，则ce为等势线，电场线垂直于ce向下，即电场强度的方向由f指向O点，连接c、O，计算得Of长为R，O、f间的电势差为2 V，则电场强度E10 V/m，选项D正确。答案D8.一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，在两极板间有一带正电小球(电荷量很小)固定在P点，如图8所示。以U表示两极板间的电压，E表示两极板间的场强，Ep表示该小球在P点的电势能，若保持负极板不动，而将正极板移至图中虚线所示位置，则()图8AU变小BU不变CE变大DEp不变解析根据电容器充电后与电源断开可知，Q不变，将正极板移至图中虚线所示位置，间距d减小，由C，知电容C增大，又U，电压U减小，因E，E不变，P点到下极板的距离不变，则P点与下极板的电势差不变，P点的电势不变，P点电势能Epq不变，选项A、D正确。答案AD9.如图9所示，直线MN与水平方向成60角，MN的右上方存在垂直纸面向外的匀强磁场，左下方存在垂直纸面向里的匀强磁场，两磁场的磁感应强度大小均为B。一粒子源位于MN上的a点，能水平向右发射不同速率、质量为m(重力不计)、电荷量为q(q0)的同种粒子，所有粒子均能通过MN上的b点，已知abL，则粒子的速度可能是()图9A. B.C. D.解析由题意可知粒子可能的运动轨迹如图所示，所有圆弧的圆心角均为120，所以粒子运动的半径为r(n1，2，3，)，由洛伦兹力提供向心力得Bqvm，则v(n1，2，3，)，所以A、B对。答案AB10.如图10所示，两个等量异种点电荷A、B固定在一条水平直线上，O点为A、B的中点，a点在连线的中垂线上，若在a点以一定初速度v0沿aO方向发射一质量为m的电子(重力不计)，电子运动到距离正点电荷最近时具有的速度是初速度的3倍(取无穷远处电势能为零)，则下列说法正确的是()图10A电子可能沿直线aO匀速运动B电子一定先加速再减速，最后匀速C电子在运动中具有的最小电势能为4mvD电子最终的速率一定大于v0解析由等量异种点电荷电场的电场线分布情况可知，A、B两点电荷连线的中垂线上各点的电场强度方向均水平向右，发射的电子在电场力作用下必做曲线运动，A项错误；在电子运动到距离正点电荷最近的过程中，电场力对电子做正功，电势能减小，动能增加，之后电场力对电子做负功，电子运动到足够远处时，其电势能为零，由能量守恒定律知其动能不变，所以粒子做匀速运动，B项正确；在电子运动到距离正点电荷最近的过程中，由能量守恒定律知电势能的减少量等于动能的增加量，所以电子的最小电势能为Epm(3v0)2mv4mv(电子在a点的电势能为零)，C项正确；由能量守恒及电子在无穷远处电势能为零可知，电子最终的速率一定等于v0，D项错误。答案BC11.如图11所示的虚线为电场中的三条等势线