2020年高考物理电磁场专题

1、2020年高考物理电磁场专题高考命题趋向在电场部分中，高考要紧考查库仑定律、点电荷的电场、场强的叠加、电势、电势差、电场线、等势面 等概念以及电荷在电场中运动的加速和偏转等咨询题，其中既有难度中、低档的选择题，也可能与其它知 识联系显现难度较大的综合性运算题。高考对磁场部分的考查侧重于磁场的差不多概念和安培力的简单应用，带电粒子在磁场中的运动的应用。带电粒子在磁场中的圆周运动咨询题，几乎年年有，同时占有较大的分值，这一部分也将是09年高考的一个重点内容。提醒注意：带电粒子在复合场中的运动咨询题，因其涉及的知识点比较多， 易于考查学生综合利用物理知识分析处理实际咨询题的能力，因此几乎是高考每年必

2、考的内容，且多以难度中等或中等偏上的运算题 显现在高考试卷中。【考点透视】电场库仑定律：FkQiQ22，r适用条件：真空中两点电荷间的相互作用力电场强度的定义式：E 有用任何电场，其方向为正电荷受力的方向。电场强度是矢量。q真空中点电荷的场强：E 埠，匀强电场中的场强：E Uord电势、电势差：U AB A B WAB O qQS电容的定义式：c 、，平行板电容器的决定式 C 。U4 kd1 2电场对带电粒子的作用：直线加速Uq mv2。偏转：带电粒子垂直进入平行板间的匀强电场将作类2平抛运动。提醒注意：应熟悉点电荷、等量同种、等量异种、平行金属板等几种常见电场的电场线和等势面，明白 得沿电场

3、线电势降低，电场线垂直于等势面。磁场磁体、电流和运动电荷的周围存在着磁场，其差不多性质是对放入其中的磁体、电流、运动电荷有力的 作用。熟悉几种常见的磁场磁感线的分布。通电导线垂直于匀强磁场放置，所受安培力的大小:F BIL ,方向：用左手定那么判定。带电粒子垂直进入匀强磁场时所受洛伦兹力的大小:F qvB,方向：用左手定那么判定。假设不计带电粒子的重力粒子将做匀速圆周运动，有RmV2 moqB【例题解析】电场【例题解析】在直线上的两b P2,I ,小为Ei ,在P2才例1 ab是长为l的平均带电细杆，Pi、P2是位于ab所aPi点，位置如下图。ab上电荷产生的静电场在 Pi处的场强大 yl&代

4、一列14处的场强大小为 E2,那么以下讲法正确的选项是 A.两处的电场方向相同，E1 E2B.两处的电场方向相反，E1 E2C.两处的电场方向相同，Ei E2D.两处的电场方向相反，Ei E2解析：设平均带电细杆带正电荷，杆Pi点左边的上和Pi点右边的L的电荷在Pi处产生的场强叠加为44I 一 3I0,细杆右边距 Pi的一到一处的电何在Pi处产生的场强为 Ei,方向水平向左，而整个杆在P2处产生的44场强e2方向水平向右，可等效为杆的右端的L部分在该点产生的场强大小与 e相等和杆左端的 L部22分该点产生的场强 E的矢量叠加，因两者方向相同，均与E1的方向相反，必有E2 Ei E，因此E6E2

5、,正确选项是D。点拨：场强是矢量，叠加遵守矢量的平行四边形定那么。对此类非点电荷场强叠加咨询题，在中学时期 常利用电荷分布的对称性、等效性来处理。例2 如下图的匀强电场中，有 a、b、c三点，ab=5cm , bc=i2cm,其中ab沿电场方向，bc和电场方 向成600角，一个电荷量为 q=4 i0 8C的正电荷从a移到b电场力做功为 Wi = 1.2 i0 7J,求:i匀强电场的场强 E=?2电荷从b移到c,电场力做功 W2=?3a、c两点的电势差Uac=?解析 ：1设ab两点间距离d, W1qUabW尸qUab, E b ,因此E W 60V/m 。dqd2设bc两点沿场强方向距离di b

6、c.cos600 , U bc Ed， W22 qU bc ,即W2Eq.bc.cos600 1.44 10 7J。，一 FW1 W2，3设电荷从a移到c电场力做功为 W,那么W W1 W2 qUac，U ac 2 6.6 V。 qW=qU 与点拨：匀强电场的场强公式 E U中的d是指两点间距离在场强方向上的投影。电场力做功 d路径无关，只与初末位置间的电势差有关，注意明白得第三咨询的求解思路。例3 一束质量为m、电荷量为q的带电粒子以平行于两极板的强电场，如下图。假如两极板间电压为U,两极板间的距离为 d子束可不能击中极板，那么粒子从进入电场到飞出极板时电势能的粒子的重力忽略不计？解析：粒子

7、在极板间运动的时刻t ,垂直于极板方向的加速度V0F qE qUa -,因此粒子在 m m md1 c飞越极板间电场的过程中，在电场方向发生的侧移s at 21 qUl- 2 )2 mdv0电场力对粒子做的功22.2s qUl ,W qU - q一2方，因此粒子电势能的变化量d 2md2voq2U 2l22md2v2点评：此题未讲明粒子射入的位置，但从 粒子束可不能击中极板的题设条件，可知凡是能穿越电场的粒子，发生的侧移距离都相等，电势能的变化量都相等，而与粒子的射入位置无关。由此可见，认真阅 审题，领会一些关键句子的意义，具有决定性的意义。顺便指出，粒子射出电场后将作匀速直线运动。磁场例4

8、在水平面上平行放置着两根长度均为L的金属导轨 MN和PQ,导轨间距为d ,导轨和电路的连接如下图。在导轨的MP端放置着一根金属棒，与导轨垂直且接触良好。空间中存在方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B。将开关S闭合，S2断开，电压表和电流表的示数分不为 U1和I1,金属棒仍处于静止状态；再将开关 S2闭合，电压表和电流表的示数分金属棒在导轨上由静止开始运动，运动过程中金属棒始终 金属棒的质量为m,金属棒与导轨之间的动摩擦因数为 以及金属棒运动过程中产生的感应电动势，重力加速度为不为U 2和12 ,与导轨垂直。设 忽略导轨的电阻g。求：1金属棒到达NQ端时的速度大小。2金属棒在导轨上运动的过程中

9、，电流在金属棒中产生的热量。解析：1当通过金属棒的电流为 I2时，金属棒受恒定的安培力和滑动摩擦力，在导轨上做匀加速运动，设加速度为a,金属棒到达端 NQ时的速率为v,由牛顿第二定律得 BdI2 mg ma,依照运动学公式 v2 2aL 有 v |2(BdI2一mg匹。 、 m2开关&闭合，S2断开，当金属棒静止不动，其电阻为r U1；设金属棒在导轨上运动的时刻为112vt,电流在金属棒中产生的热量为 Q,依照焦耳定律Q I；rt和运动学公式L t得2.9.I2U12LmQ 1I1 BdI2 mg点拨：关于磁场对电流的作用力咨询题，往往都会与其它力学或电学知识相联系，这就要求考生有一定的综合能

10、力，能对所遇咨询题进行具体分析，弄清其中的物理状态，物理过程，找出其中起重要作用的因 素及有关条件。存在磁感应强度 不计重力的带电 场，恰好从磁场度的大小变为例5在以坐标原点O为圆心、半径为r的圆形区域内， 大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，如下图。一个 粒子从磁场边界与 x轴的交点A处以速度v沿-x方向射入磁 边界与y轴的交点C处沿+y方向飞出。1请判定该粒子带何种电荷，并求出其比荷q-;m2假设磁场的方向和所在空间范畴不变，而磁感应强60 角，电。子轨迹半径B ,该粒子仍从 A处以相同的速度射入磁场，但飞出磁场时的速度方向相关于入射方向改变了求磁感应强度 B多大？此次粒子在磁场中运动

11、所用时刻t是多少？对圆心角为解析：1依照左手定那么，由粒子的飞行轨迹可知该粒子带负 粒子由A点射入，由C点飞出了其速度方向改变了 900,那么粒2mv,、， 一 qvR r ,而qvB ，粒子的比荷。Rm Brmv qB2粒子从D点飞出磁场速度方向改变了600角，故AD弧所600,粒子做圆周运动的半径R rcot300 J3r ,而R-3 - j 一一 T 1 2 m3 rB B。粒子在磁场中飞行时亥U t 。36 6 qB3v用勾股定理点评：带电粒子在磁场中的圆周运动的咨询题，往往是确定圆心、半径、运动时刻。确定方法分不是: 圆周轨迹上任意两点的速度的方向垂线的交点或者一条速度的方向垂线和圆

12、的某条弦的中垂线的交点， 确实是圆心；圆心确定后，画出半径，依照平面几何知识大多去求解半径；先求出运动轨迹所对应的圆心角，然后依照公式T为运动周期就可求得运动时刻。例6如下图，在x0的区域中，存在磁感应强度大小分不为B1与B2的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸而向里，且 BiB2。一个带负电荷的粒子从坐标原点O以速度v沿x轴负方向射出，要使该粒了通过一段时刻后又通过 。点，B1与B2的比值应满足什么条件？解析：粒子在整个过程中的速度大小恒为v,交替地在xy平磁场区域中做匀速圆周运动，轨道差不多上半个圆周。设粒子的大小分不为m和q ,圆周运动的半径分不为r1和r2 ,由ri -mv-,2 巴工,粒子

13、的运动轨迹如下图。在 xy平面内粒qBiqB2面内Bi与B2的 质量和电荷量的2vqvB m 得r子先沿半径为ri的半圆Ci运动至y轴上距。为2ri的A点，接着沿半径为2的半圆Di运动至y轴下方的01点，OO1距离为d 2（上r1），此后，粒子每通过一次 回旋即从 y轴动身沿半径为 口的半圆和沿半径 万为的半 圆回到原点下方的 y轴上，与入射相比，粒子的y坐标就降低d。设粒子通过n次 回旋后通过 On点,r n假设OOn间的距离即nd满足nd 2r1，那么粒子再通过半个圆 Cn i就能通过原点，因此 r2 n iBen整理得 ，其中n i、2、3为 回旋次数。Bi n i点拨：处理带电粒子在两

14、单一磁场中的组合咨询题，关键是尽可能准确地画出粒子的运动轨迹，通过轨迹查找半径与其他量间的关系，进而确定磁场间的关系。三复合场例7如下图，一质量为m的带电液滴在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中运动，电场强度的大小为 E,方向竖直向下，磁感应强度为 B,方向垂直纸面向里，假设此液滴在 度的平面内，做半径为 R的匀速圆周运动，求：i液滴的速度大小 倘假设液滴运行到轨迹最低点 A时，分裂成大小相同的两滴， 其中一面内做半径为R, 3R的圆周运动，绕行方向不变，且此圆周的最低液滴将如何运动？解析：i因液滴做匀速圆周运动，必定有重力与电场力平稳滴带的是负电，由qvBmvgBR垂直于磁感应强 和绕行方向；2

15、 个液滴仍在原先点也是A,另一其方向为顺时针围绕。mg Eq ,故液2分裂成大小相同的两个液滴后，由于一个液滴仍做匀速圆周运动，因此两个液滴各自所受电场力仍与重力平稳。设按原绕行方向做半径为R1运动的液滴速度为v1 ,由1的解法可知v1史0 3v ；E1 1一 _因分裂刖后动重寸恒 mv mv1 mv2，得v2 2v v1v。讲明另一披滴速度与原放滴速度大小相2 2等、方向相反，因此这该液滴仍以R为半径做圆周运动，其轨迹最高点为A,绕行方向也为顺时针。点拨：微粒在复合场中运动时， 应注意对微粒运动过程及运动状态的变化分析，据此推断应遵守的物理规律，找到物理量间的联系。微粒在复合场是否计重力的判

16、定：关于微观粒子，重力通常被忽略，对质量 较大的油滴或固体微粒，那么重力一样不能忽略。例8如下图，电容量为 C的平行板电容器的极板 A和B水平放置，相距为d,与电动势为 、内阻可 不计的电源相连。设两板之间只有一个质量为m的导电小球，小球可视为质点。：假设小球与极板发生碰+ A 改变后，土d -d 速度为一 B至少应大于多少？撞，那么碰撞后小球的速度赶忙变为零，带电状态也赶忙改变，小球所带电荷符号与该极板相同，电量为极板电量的倍1。不计带电小球对极板间匀强电场的阻碍。重力加g。1欲使小球能够不断地在两板间上下往返运动，电动势2设上述条件已满足，在较长的时刻间隔T内小球做了专门多次往返运动。求在

17、T时刻内小球往返运动的次数以及通过电源的总电量。解析：1用Q表示极板电荷量的大小， q表示碰后小球电荷量的大小。要使小球能不停地往返运动，小球所受的向上的电场力至少应大于重力，即q mg ,其中q Q ,又有Q C ,由以上三式有da1表本其加速度，t1表在T时刻内通过电源的总电量Q2nq2当小球带正电时，小球所受电场力与重力方向相同，向下做加速运动。以12不从A板到B板所用的时刻，那么有 q mg ma1, d -a1t1 ,当小球带负电时，小球所受电场力 d2与重力方向相反，向上做加速运动，以a2表示其加速度，t2表示从B板到A板所用的时刻，那么有12 q mg ma2，d a2t2，小球

18、往返一次共用时刻为t+t2，故小球在 T时刻内往返的次数d2n ,由以上关系式得 nT-,小球往返一次通过的电量为2q,t1 t22md22md2,C 2 mgd 工 C 2 mgd2 C T2md22md2C 2 mgd I C 2 mgd点拨：处理此类带电粒子在复合场中的运动咨询题时，要认真审题，弄清关键词语的含义，如此题中的电源内阻不计板间场强恒定、上下往返运动F电 G、较长时刻n等。还要弄清t t2在不同物理过程中小球的运动情形和受力情形，查找不同物理过程对应的规律，才能正确解题。例9如下图，在xoy平面内，MN和x轴之间有平行于 y轴的匀强电场和垂直于 xoy平面的匀强磁场, y轴上

19、离坐标原点 4L的A点处有一电子枪，能够沿+ x方向射出速度为Vo的电子质量为m,电量为e。假如电场和磁场同时存在，电子将做匀速直线运动。假如撤去电场，只保留磁场，电子将从 原点3L的C点离开磁场。不计重力的阻碍， 求：1磁感应强度B大小和方向；2假如撤去磁场，只保留电场，电子将从D点图电场，求D点的坐标；3电子通过D点时的动能。观|解析：1只有磁场时，电子运动轨迹如右图所示，洛仑兹力12 mv0 ev0 B R .一222x轴上距坐标 和电场强度E的 中未标出离开8mv025eL向垂直纸面向里。由电子做匀速直线运动得Ee ev0 B ,因此28mv025eL向沿y轴负方向。2只有电场时，电子

20、从 MN上的D点离开电场，如右图。点横坐标为x vt ,电子在竖直方向上的位移 2LeE 2t ,有x2m5 2L故D点横坐标由几何关系可得R (3L)(4L R),3从A点到D点，由动能定理得Ee2LEKD-mv0 2EKD572mv0 。50点拨：带电粒子在复合场中的运动往往只是一些咨询题的组合,从内心上对此类咨询题要充满自信,要恐惧，只要一个咨询题一个地认真分析，顺藤摸瓜，并抓住物理量间联系咨询题依旧专门容易得到解决的。即使不能完全作正确，也应进行一些差不多推断，力求对基础咨询题给出合理的解答。【专题训练与高考推测】1 . 一带负电小球在从空中的 a点运动到b点的过程中，受重力、空气阻力

21、和电场力作用，小球克服重 力做功5J,小球克服空气阻力做功 1J,电场力对小球做功 2J,那么以下讲法正确的选项是A.小球在 B.小球在 C.小球在 D.小球在a点的重力势能比在 b点的大5Ja点的机械能比在b点的大1 Ja点的电势能比在b点的多2Ja点的动能比在b点的多4 J2 .如下图，在竖直放置的铅屏A的右表面上贴着射线放射源 P,电子流，放射源放出粒子的速度v0 1.0 107 m/s。足够大的荧光屏放置，相距d 2.0 10 2m,其间有水平向左的匀强电场，电场强度大线实质为高速与铅屏A平行5 2L x ,纵坐标 y 6L。2E 2.5 104N/C。电子电量e 1.6 10 19C

22、 ,电子质量取 m 9.0 1031kg。求1电子到达荧光屏E,磁感应强度为M上的动能；2荧光屏上的发光面积。3 .如下图，在空间存在着水平方向的匀强磁场和竖直方向的匀强电场，电场强度为个原先处于 液滴a质量 倍，求两液B,在某点由静止开释一个带电液滴 a,它运动到最低点处， 恰与一 静止的液滴b相撞，撞后两液滴合为一体， 沿水平方向做直线运动， 是液滴b质量的2倍，液滴a所带电荷量是液滴b所带电荷量的4 滴初始位置之间的高度差 h设a、b之间的静电力能够不计。右两边磁场原点O处有量沿x轴正 子在第4次不计a、b4 .空间中存在着以X 0平面为理想分界面的两个匀强磁场，左 的磁感强度分不为 B

23、1和B2，且B1: B2 =4： 3,方向如下图，现在带等量异号电荷的二个带电粒子a、b ,分不以大小相等的水平初动向和负向同时在磁场中开始运动，且a带正电，b带负电，假设a粒通过y轴时，恰与b粒子相遇，试求a粒子和b粒子的质量比 ma : mb粒子的重力。5 .如下图，坐标平面的第I象限内存在大小为 E、方向水平向左的匀强电场，足够长的挡板MN垂直x轴放置且距离点 。为d,第II象限内存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为 Bo 一质量为m,带电量为一q的粒子重力忽略不计假设自距原点。为L的A点以一定的速度垂直 x轴进入磁场，那么粒场，但初速MN上，求: 角大小；场，电场强 强磁场，磁在

24、 x= 0.06m带电粒子的离。子恰好到达 O点而不进入电场。现该粒子仍从A点进入磁度大小为原先的4倍，为使粒子进入电场后能垂直到达挡板1粒子从A点进入磁场时，速度方向与 x轴正向间的夹2粒子打到挡板上时的速度大小。6.如下图，在x0的空间中，存在沿x轴方向的匀强电 度E=10N/C;在x0的空间中，存在垂直xy平面方向的匀感应强度 B=0.5T。一带负电的粒子比荷 9 160C/kg m处的d点以v0 =8m/s的初速度沿y轴正方向开始运动，不计重力。求：1带电粒子开始运动后第一次通过y轴时距O点的距2带电粒子进入磁场后经多长时刻返回电场。3带电粒子运动的周期。【参考答案】1. . C D。

25、2. 1.25 10 16J , 2.83 10 3m2。1解析：1由动能定理得 eEd Ek 1mv2, Ek 1.25 1016J；22射线在A、M间电场中被加速，除平行于电场线的电子流外，其余均在电场中偏转，其中和铅屏1 eE 2A平行的电子流在纵向偏移距离最大:dt ,该电子的竖直位移为 s vot ,在荧光屏上观看到2 m232r 2.83 10 m 。的范畴是半径r s vot 3 10 2m的圆面，面积 S3. h 空;2gB2解析：由a受洛伦兹力作曲线运动知,a带负电荷，由液滴 b原先处于静止知,b带正电荷。设a的质量为2m,带电椅量为一4q； b的质量为m,带电荷量为+1_碰刖：对a披滴有(4qE 2mg)h -(2m)v1 ,对b披滴有qEmg ,碰撞过程满足动量守恒定律2mv1 3mv2 ;碰后整体有3qE3mg3qv2 B ,整理得h3E2