福建省届高考物理二轮专题总复习课件专题电场与磁场.ppt

1、第1课时 电场与磁场的比较,专题六 电场与磁场,例1：(2010福建卷)物理学中有些问题的结论不一定必须通过计算才能验证，有时只需要通过一定的分析就可以判断结论是否正确如图611所示为两个彼此平行且共轴的半径分别为R1和R2的圆环，两圆环上的电荷量均为q(q0)，而且电荷均匀分布两圆环的圆心O1和O2相距为2a， 连线的中点为O，轴线上的A点 在O点右侧与O点相距为r(ra) 试分析判断下列关于A点处电场 强度大小E的表达式(式中k为静电力常量) 正确的是(,图6-1-1,A,B,C,D,解析】选项A、C中的表达式的单位不是N/C，因而错误，当r=a时，即A与O2点重合，R2圆环具有对称性，在

2、A点产生的场强为零，因而选项D正确,判断结果是否正确，量纲检验是快速检验的方法，另外把物理量推到极值，也是重要检验的方法，若不清楚这点，则难以判断作出正确选择,例2：如图613所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源(内阻不计)连接，下极板接地一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离，则() A带电油滴将沿竖直方向向 上运动 BP点的电势将降低 C带电油滴的电势能将减小 D若电容器的电容减小，则 极板带电量将增大,图613,解析】解决此类题目关键在于弄清楚哪些是变量；哪些是不变量；哪些是自变量；哪些是因变量同时要注意对公式C 的理解，定义式适

3、用于任何电容器，而电容C与Q、U无关解题时应区分两种基本情况：一是电容器两极板间与电源相连接，则电容器两极板间的电势差U不变；二是电容器充电后与电源断开，则电容器所带的电荷量Q保持不变,解：依题意得上极板上移时电容器两板间的电压不变，由E= 可知E减小，液滴将向下运动，故A错；又因下极板接地电势为零，电场线方向向下，因此P点的电势将降低，故B对；由力的平衡得油滴带负电，P点的电势将降低，则电荷的电势能增大，故C错；由C= 可知当电压不变，C减小时，Q也减小，故D错答案选B,解此类问题的关键是弄清三点：电容器两极板是否与电源相连接？哪个极板接地？C值通过什么途径改变？若电容器充电后脱离电源，则隐

4、含“Q不改变”这个条件；若电容器始终接在电源上，则隐含“U不改变”(等于电源电动势)这个条件；若带正电极板接地，则该极板电势为零，电场中任一点的电势均小于零且沿电场线方向逐渐降低；若带负电极板接地，则该极板电势为零，电场中任一点电势均大于零,2010北京卷)用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的因素(如图614)设两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为.实验中，极板所带电荷量不变，若 ( ) A 保持S不变，增大d，则变大 B 保持S不变，增大d，则变小 C 保持d不变，减小S，则变小 D. 保持d不变，减小S，则不变,图614,解析】静电计测的是电压，保持S不变，增大d

5、，由C= 知C减小，由C= 知Q不变，U要变大，则 变大；保持d不变，减小S，则C减小，由C知Q不变，U要变大，则q变大；只有A正确 本题由电容的决定式C= 和定义式C= 结合起来分析，有的同学对这两个公式不熟悉，或者不知道静电计测的是电压，就难以选出正确选项,五、带电粒子在电场或磁场中运动的比较 此类题目一般为中等难度题，题目都要从图象中去获取一定信息用于解题，并且要着重理清电场和磁场对带电粒子的作用特点对电场而言，有直线运动：如用电场加速或减速粒子；有偏转：类平抛运动，一般分解成两个分运动求解；有圆周运动：以点电荷为圆心运动或受装置约束运动而在磁场中则应着重分析粒子的运动特点，由运动分析粒

6、子的受力情况，其运动有直线运动(当带电粒子的速度与磁场平行时)；有圆周运动(当带电粒子的速度与磁场垂直时,处理带电粒子在电场、磁场中的运动，还应画好示意图，在画图的基础上特别注意运用几何知识寻找关系另外，处理带电粒子在场中的运动问题还应注意是否考虑带电粒子的重力这要依据具体情况而定，质子、粒子、离子等微观粒子，一般不考虑重力；液滴、尘埃、小球等宏观带电物体由题设条件决定，有时还应根据题目的隐含条件来判断,例3：如图615所示，在真空中坐标xOy面的x0区域内，有磁感应强度B=0.20T的匀强磁场，方向与xOy平面垂直向里在x轴上的P(10,0)点处有一放射源，在xOy平面内向各个方向发射速率为

7、 v= m/s的带正电粒子，粒子的质量为m= kg，粒子带电量为q= C，不计粒子的重力，求： (1)带电粒子在磁场中运动 的轨道半径； (2)y轴上能被带电粒子击中 的最低和最高位置； (3)击中y轴正向最大值的粒子， 在磁场中运动的时间,图615,解：(1)洛伦兹力提供圆周运动向心力： 解得轨道半径 (2)放射源射出粒子速度大小相同， 因此在磁场中轨道半径相同，它们 轨迹的圆心都在以P点为圆心， r=10cm为半径的圆上，如图所示,解析】这类题目解题时要充分读懂题中的信息，挖掘并充分利用已知条件，然后与圆周运动、几何知识相结合，通过作图进行解题,击中y轴正向最大值的粒子，在磁场中运动 的时

8、间得,当轨道圆心在O1处时， 粒子打在y轴的最低点：y1=-r =-10cm 当轨道圆心在O2处时， 粒子打在y轴的最高点,3)粒子在磁场中运动的周期,此题是一道典型的带电粒子在磁场中运动的问题，通常根据洛伦兹力不做功及圆周运动规律解题其思路及方法中应注意圆周运动的圆心的确定： 利用洛伦兹力的方向永远指向圆心的特点，只要找到圆周运动轨迹上两个点的洛伦兹力的方向，其延长线的交点必为圆心 利用圆上弦的中垂线必过圆心的特点找圆心 对于临界轨迹的确定： 若粒子速度大小不变，方向改变，可用旋转轨迹圆的方法来确定临界轨迹； 若粒子速度方向不变，大小改变，可用放大轨迹圆的方法来确定临界轨迹,2010厦门模拟

9、)(多选)如图616所示，宽h=2cm的有界匀强磁场的纵向范围足够大，磁感应强度的方向垂直纸面向里，现有一群带正电粒子从O点以相同的速率沿纸面不同方向进入磁场，若粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径均为r=5cm，则 ( ) A右边界：-4cmy4cm有粒子射出 B右边界：y4cm和y-4cm有粒 子射出 C左边界：y8cm有粒子射出 D左边界：0y8cm有粒子射出,图616,解析】可根据粒子运动方向不同画出一系列半径相等的动态圆帮助分析，从而找到临界和极值条件当粒子从O点沿y轴的负方向射入磁场，粒子从右边界的下方射出当所作的动态圆与右边界相切时，粒子从右边界的最上方和左边界的最上方射出，由几

10、何关系和勾股定理可知粒子射出的范围为右边界：-4cmy4cm， 左边界：0y8cm,例4：图617所示的真空管中，质量为m，电荷量为e的电子从灯丝F出发，经过电压U1加速后沿中心线射入相距为d的两平行金属板B、C间的匀强电场中，通过电场后打到荧光屏上，设B、C间电压为U2，B、C板长为l1，平行金属板右端到荧光屏的距离为l2，求： (1)电子离开BC间匀强电场时 的速度与进入时速度间的夹角 (2)电子打到荧光屏上的位置偏 离屏中心的距离,图617,解析】电子在真空管中的运动可分为三段：从F出发在电压U1作用下的加速运动；进入平行金属板B、C间的匀强电场中做类平抛运动；飞离匀强电场到荧光屏间的匀

11、速直线运动,电子离开匀强电场时竖直方向的速度vy为,电子离开电场时速度v2与进入电场时的速度v1夹 角为 (如图)，则,所以,2)电子通过匀强电场时偏离中心线的位移,电子离开电场后，做匀速直线运动射到荧光屏上，竖直方向的位移,所以电子打到荧光屏上时，偏离中心线的距离为,第2课时 带电粒子在复合场中的运动,一、带电粒子在复合场中做直线运动的问题 若电荷在匀强电场、匀强磁场和重力场共同作用下做直线运动，由于电场力和重力为恒力，洛伦兹力方向和速度方向垂直，所以只要电荷速度大小不发生变化，电荷就不会脱离原来的直线轨道，也就是说，电荷在电场力、重力和洛伦兹力共同作用下做直线运动时，一定是做匀速直线运动处

12、理这类问题，应根据受力平衡列方程求解,有时根据洛伦兹力不做功的特点，选用牛顿第二定律、动能定理、能量守恒等规律列方程求解,例1 如图所示，在相互垂直的水平匀强电场和水平匀强磁场中，有一竖直固定绝缘杆MN，小球P套在杆上，已知P的质量为m，电荷量为q，P与杆间的动摩擦因数为，电场强度为E，磁感应强度为B，小球由静止开始下滑，设电场、磁场区域足够大，杆足够长，求： (1)当下滑加速度为最大加速 度一半时的速度 (2)当下滑速度为最大下滑速 度一半时的加速度,解：(1)小球刚开始下滑时速度较小，qvBqE，则 mg-(Bqv-qE)=ma,解析】本题是带电粒子在复合场中做直线运动的经典题，要注意分析

13、因为速度的变化而引起的洛伦兹力的变化，进而使得摩擦力发生变化,所以在a达到am之前，当a= 时,速度为v1,条件：mg2qE,在a达到am之后，当a,速度为v2,2)在a达到am后，随着v增大，a减小，当a=0时v=vm，由式可得vm,设在a到达am之前，有v,因为mgqE，故ag，这与题设矛盾，说明a=am之前速度不可能达到最大速度的一半,而应该在a=am之后则将,代入式可,解得a,在处理复合场的直线运动问题时要牢牢把握力与运动之间的关系，做好受力分析，尤其要注意洛伦兹力的变化以及摩擦力的变化然后利用牛顿第二定律进行解题,二、带电粒子在复合场中做曲线运动的问题 带电粒子在复合场中做曲线运动时

14、的分析思路： 当带电粒子所受的重力与电场力等值反向时，仅由洛伦兹力提供向心力，带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动处理这类问题，往往同时应用牛顿第二定律、动能定理列方程求解,当带电粒子所受的合外力是变力，与初速度方向不在同一直线上时，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子的运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线，一般处理这类问题，选用动能定理或能量守恒列方程求解 由于带电粒子在复合场中受力情况复杂，运动情况多变，往往出现临界问题，这时应以题目中“最大”、“最高”、“至少”等词语为突破口，挖掘隐含条件，根据临界条件列出辅助方程，再与其他方程联立求解,例2: 如图623所示，在宽度分别为l1和l2的两个

15、相邻的条形区域分别有匀强磁场和匀强电场，磁场方向垂直于纸面向里，电场方向与电、磁场分界线平行向右一带正电荷的粒子以速率v从磁场区域上边界的P点斜射入磁场，然后以垂直于电、磁场分界线的方向进入电场，最后从电场边界上的Q点射出，已知PQ垂直于电场方向，粒子轨迹与电、磁场分界线的交点到PQ的距离为d.不计重力，求电场强度与磁感应强度大小之比及粒子在磁场与电场中运动时间之比,解析】粒子在磁场中做匀速圆周运动(如图)由于粒子在分界线处的速度与分界线垂直，圆心O应在分界线上OP长度即为粒子运动的圆弧的半径R.由几何关系得,图623,粒子进入电场后做类平抛运动，其初速度为v，方向垂直于电场设粒子加速度大小为

16、a，由牛顿第二定律得qE=ma,由 式得,处理带电粒子在磁场中的圆周运动问题首先要明确圆面，确定圆心，找出半径然后由圆周运动的供求关系出发，找出力与运动之间的联系对于带电粒子在磁场中的运动，还应特别注意运用几何知识寻找关系,三、电磁场中的信息题 电磁场在科学技术中的应用，主要有两类， 一类是利用电磁场的变化将其他信号转化为电信号，进而达到转化信息或自动控制的目的； 另一类是利用电磁场对电荷或电流的作用，来控制其运动，使其平衡、加速、偏转或转动，以达到预定的目的，如示波器、电流计等讨论与电磁场有关的实际问题，首先应通过分析将其提炼成纯粹的物理问题，然后用解决物理问题的方法进行分析这里较多的是用分

17、析力学问题的方法,例3如图624所示，厚度为h、宽为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应实验表明，当磁场不太强时电势差U、电流I和B的关系为U=k,式中的比例系数k称为霍尔系数,霍尔效应可解释如下： 外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧出现多余的正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差,设电流I是由电子定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，电荷量为e，回答下列问题

18、,1)达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势_下侧面A的电势(填“高于”、“低于”或“等于”,2)电子所受的洛伦兹力的大小为_,3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受的静电力的大小为_,4)由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数 k,其中n代表导体板单位体积中电子的个数,解析】 霍尔效应对学生来说是课本里没有出现过的一个新知识，但试题给出了霍尔效应的解释，要求学生在理解的基础上，调动所学知识解决问题，这实际上是对学生学习潜能的测试，具有较好的信度和效度,1)首先分析电流通过导体板时的微观物理过程由于导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，电流是电子的定向运动形成的，电流方向

19、从左到右，电子运动的方向从右到左根据左手定则可判断电子受到的洛伦兹力的方向向上，电子向A板聚集，A板出现多余的正电荷，所以A板电势低于A板电势，应填“低于,2)电子所受洛伦兹力的大小为f=evB,3)横向电场可认为是匀强电场，电场强度E,电子所受电场力的大小为F=eE=e,4)电子受到横向静电力与洛伦兹力的作用，由二力平衡有e,evB，可得U=hvB,通过导体的电流强度微观表达式为I=nevdh,由题目给出的霍尔效应公式U=k,有 hvB=k,得k,该题是带电粒子在复合场中的运动，但原先只有磁场，电场是在通电后自行形成的，在分析其他问题时，要注意这类情况的出现联系宏观量I和微观量的电流表达式I=nevdh，此式是一个很有用的公式,2 (2010 北京卷)利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域,图625,如图625(a)，将一金属或半导体薄片垂直置于磁场B