2011年湖北黄冈中学高考物理第二轮专题决战资料专题三电场和磁场

1、专题三电场和磁场黄冈中学：江楚桥【方法归纳】一、场强、电势的概念1、电场强度E定义：放入电场中某点的电荷受的电场力F与它的电量q的比值叫做该点的电场强度。数学表达式：E=F/q,单位：V/m电场强度E是矢量，规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向即为该点的电场强度的方向场强的三个表达式定义式决定式关系式表达式E=F/q匚kQErE=Ud选用范围对任何电场E的大小及方向都适用。与检验电荷的电量的大小、电性及存在与否无关。q：是检验电荷只对真空的点电荷适用。Q：是场源电荷的电量。r：研究点到场源电荷的距离。只对匀强电场适用。U：电场中两点的电势差。d：两点间沿电场线方向的距离。说明电场强度是描述电

2、场力的性质的物理量。电场E与F、q无关，取决于电场本身。当空间某点的电场是由几个点电荷共同激发的，则该点的电场强度等于每个点电荷单独存在时所激发的电场在该点的场强的矢量和。比较电场中两点的电场强度的大小的方法：由于场强是矢量。比较电场强度的大小应比较其绝对值的大小，绝对值大的场强就大，绝对值小的场强就小。I在同一电场分布图上，观察电场线的疏密程度，电场线分布相对密集处，场强较大；电场较大；电场线分布相对稀疏处，场强较小。口形成电场的电荷为点电荷时，由点电荷场强公式E=母可知，电场中距这个点电荷Q较近的点的r场强比距这个点电荷Q较远的点的场强大。W匀强电场场强处处相等IV等势面密集处场强大，等势

3、面稀疏处场强小2、电势、电势差和电势能定义：电势：在电场中某点放一个检验电荷q,若它具有的电势能为E,则该点的电势为电势能与电荷的比值。电场中某点的电势在数值上等于单位正电荷由该点移到零电势点时电场力所做的功。也等于该点相对零电势点的电势差。电势差：电荷在电场中由一点A移到另一点B时，电场力做功WAB与电荷电量q的比值，称为AB两点间的电势差，也叫电压。电势能：电荷在电场中所具有的势能；在数值上等于将电荷从这一点移到电势能为零处电场力所做的定义式：U=E或UAB=WAB，单位：VABqqE=Uq单位：J说明：i电势具有相对性，与零电势的选择有关，一般以大地或无穷远处电势为零。口电势是标量，有正

4、负，其正负表示该的电势与零电势的比较是高还是低。m电势是描述电场能的物理量，关于几个关系关于电势、电势差、电势能的关系电势能是电荷与电场所共有的；电势、电势差是由电场本身因素决定的，与检验电荷的有无没有关系。电势、电势能具有相对性，与零电势的选择有关；电势差具有绝对性，与零电势的选择无关。关于电场力做功与电势能改变的关系电场力对电荷做了多少功，电势能就改变多少；电荷克服电场力做了多少功，电势能就增加多少，电场力对电荷做了多少正功，电势能就减少多少，即W=-AE。在学习电势能时可以将“重力做功与重力势能的变化”作类比。关于电势、等势面与电场线的关系电场线垂直于等势面，且指向电势降落最陡的方向，等

5、势面越密集的地方，电场强度越大。比较电荷在电场中某两点的电势大小的方法：I利用电场线来判断：在电场中沿着电场线的方向，电势逐点降低。口利用等势面来判断：在静电场中，同一等势面上各的电势相等，在不同的等势面间，沿着电场线的方向各等势面的电势越来越低。w利用计算法来判断：因为电势差U=Wb,结合abUab=Ua一Ub，若Uabq>0,则Ua>Ub，若Uab=0,则Ua=Ub；若Uab<0,则Ua<Ub比较电荷在电场中某两点的电势能大小的方法：I利用电场力做功来判断：在电场力作用下，电荷总是从电势能大的地方移向电势能小的地方。这种方法与电荷的正负无关。口利用电场线来判断：正电

6、荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减少；逆着电场线方向移动时，电势能逐渐增大。负电荷则相反。二、静电场中的平衡问题电场力（库仑力）虽然在本质上不同于重力、弹力、摩擦力，但是产生的效果是服从牛顿力学中的所有规律，所以在计算其大小、方向时应按电场的规律，而在分析力产生的效果时，应根据力学中解题思路进行分析处理。对于静电场中的“平衡”问题，是指带电体的加速度为零的静止或匀速直线运动状态，属于“静力学”的范畴，只是分析带电体受的外力时除重力、弹力、摩擦力等等，还需多一种电场而已。解题的一般思维程序为：明确研究对象将研究对象隔离出来，分析其所受的全部外力，其中电场力，要根据电荷的正负及电场的方向来判断

7、。根据平衡条件FF=0或工Fx=0,ZFy=0列出方程解出方程，求出结果。三、电加速和电偏转1、带电粒子在电场中的加速在匀强电场中的加速问题一般属于物体受恒力（重力一般不计）作用运动问题。处理的方法有两种:根据牛顿第二定律和运动学公式结合求解根据动能定理与电场力做功，运动学公式结合求解基本方程：Uq二1212mv2-mv1aEqa二m在非匀强电场中的加速问题场力做功，运动学公式结合求解。22V2=Vi2as一般属于物体受变力作用运动问题。处理的方法只能根据动能定理与电.12基本万程：Uq=-mv2212-mv122、带电粒子在电场中的偏转设极板间的电压为U,两极板间的距离为d,极板长度为L。运

8、动状态分析：带电粒子垂直于匀强电场的场强方向进入电场后，受到恒定的电场力作用，且与初速度方向垂直，因而做匀变速曲线运动一一类似平抛运动如图运动特点分析：在垂直电场方向做匀速直线运动Vx二V0-V°t在平行电场方向,的匀加速直线运动做初速度为零Vy=atyat22=Uqdm通过电场区的时间：t粒子通过电场区的侧移距离:UqL22mdv2粒子通过电场区偏转角：tg1UqLmdv2带电粒子从极板的中线射入匀强电场，其出射时速度方向的反向延长线交于入射线的中点。所以侧移距离也可表示为：y=Ltg1四、电容器的动态分析这类问题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。

9、同时要注意对，,一QQ一一、,公式C=一=的理解，定义式适用于任何电容器，而电容C与Q、U无关。U：U区分两种基本情况：一是电容器两极间与电源相连接，则电容器两极间的电势差U不变；二是电容器充电后与电源断开，则电容器所带的电量Q保持不变。电容器结构变化引起的动态变化问题的分析方法平行板电容器是电容器的一个理想化模型，其容纳电荷的本领用电容C来描述，当改变两金属板间距d、正对面积S或其中的介质时，会引起C值改变。给两个金属板带上等量异号电荷QB,板间出现匀强电场E,存在电势差U。若改变上述各量中的任一个，都会引起其它量的变化。若两极板间一带电粒子，则其受力及运动情况将随之变化，与两极板相连的静电

10、计也将有显不等等。Q解此类问题的关键是：先由电谷定乂式C=一、平行板电容器电容的大小C与板距d、正面积S、USUSU介质的介电常数Z的关系式COC和匀强电场的场强计算式E=导出Q=CUOC,ddd.QdQ一QQU=工，E=m等几个制约条件式备用。接着弄清三点：电容器两极板是否与电源CSCdS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，则该极板电势为零度，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

11、大于零。五、带电粒子在匀强磁场的运动1、带电粒子在匀强磁场中运动规律初速度的特点与运动规律V0=0f洛=0为静止状态vBf洛=0则粒子做匀速直线运动v_Bf洛=BqWU粒子做匀速圆周运动，其基本公式为:2向心力公式：Bqv=mR运动轨道半径公式：R=mv；Bq,2-m运动周期公式：T=Bq动能公式:Ek12一mv2_2(BqR)2mT或f、切的两个特点:T、f和切的大小与轨道半径（R）和运行速率（V）无关，只与磁场的磁感应强度（B）和粒子的荷质比（q）有关。荷质比（q）相同的带电粒子，在同样的匀强磁场中，T、f和8相同。mv与B成!0（0MaM900）角，f洛=Bqv上则粒子做等距螺旋运动2、

12、解题思路及方法圆运动的圆心的确定：利用洛仑兹力的方向永远指向圆心的特点，只要找到圆运动两个点上的洛仑兹力的方向，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六、加速器问题-1|U1、直线加速器单级加速器：是利用电场加速，如图2所示。12粒子获得的能量：Ek=-mv2=Uq2缺点是：粒子获得的能量与电压有关，而电压又不能太高，所以粒子的能量受到限制。多级加速器：是利用两个金属筒缝间的电场加速。一口“L12.粒子狄得的能量：Ekmv=nUq2缺点是：金属筒的长度一个比一个长，占用空间太大。2、回旋加速器采用了多次小电压加速的优点，巧妙地利用电场对粒子加速、利用磁场对粒子偏转，实验

13、对粒子加速。回旋加速器使粒子获得的最大能量：mv在粒子的质量m、电量q,磁感应强度b、d型盒的半径R一定的条件下，由轨道半径可知，R=BqB2q2R22m即有，vmax=BqR，所以粒子的最大能量为m二2Emaxmvmax2由动能定理可知，nUq=Emax,加速电压的高低只会影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出时的最大速度和相应的最大能量。回旋加速器能否无限制地给带电粒子加速？回旋加速器不能无限制地给带电粒子加速，在粒子的能量很高时，它的速度越接近光速，根据爱因斯坦的狭义相对论，这里粒子的质量将随着速率的增加而显著增大，从而使粒子的回旋周期变大（频率变小）这样交变电场的周期难以与回旋周期一致

14、，这样就破坏了加速器的工作条件，也就无法提高速率了。七、粒子在交变电场中的往复运动当电场强度发生变化时，由于带电粒子在电场中的受力将发生变化，从而使粒子的运动状态发生相应的变化，粒子表现出来的运动形式可能是单向变速直线运动，也可能是变速往复运动。带电粒子是做单向变速直线运动，还是做变速往复运动主要由粒子的初始状态与电场的变化规律（受力特点）的形式有关。3的电压，粒子做单1、若粒子（不计重力）的初速度为零，静止在两极板间，再在两极板间加上图向变速直线运动；若加上图4的电压，粒子则做往复变速运动。BAq,m?0二UAitT/21iT图3UAT/2T2、若粒子以初速度为Vo从B板射入两极板之间，并且

15、电场力能在半个周期内使之速度减小到零，则图1的电压能使粒子做单向变速直线运动；则图2的电压也不能粒子做往复运动。所以这类问题要结合粒子的初始状态、电压变化的特点及规律、再运用牛顿第二定律和运动学知识综合分析。八、粒子在复合场中运动1、在运动的各种方式中，最为熟悉的是以垂直电磁场的方向射入的带电粒子，它将在电磁场中做匀速直线运动，那么，初速V0的大小必为E/B,这就是速度选择器模型，关于这一模型，我们必须清楚，它只能选取择速度，而不能选取择带电的多少和带电的正负，这在历年高考中都是一个重要方面。2、带电物体在复合场中的受力分析：带电物体在重力场、电场、磁场中运动时，其运动状态的改变由其受到的合力

16、决定，因此，对运动物体进行受力分析时必须注意以下几点：受力分析的顺序：先场力（包括重力、电场力、磁场力）、后弹力、再摩擦力等。重力、电场力与物体运动速度无关，由物体的质量决定重力大小，由电场强决定电场力大小；但洛仑兹力的大小与粒子速度有关，方向还与电荷的性质有关。所以必须充分注意到这一点才能正确分析其受力情况，从而正确确定物体运动情况。3、带电物体在复合场的运动类型：匀速运动或静止状态：当带电物体所受的合外力为零时匀速圆周运动：当带电物体所受的合外力充当向心力时非匀变速曲线运动；当带电物体所受的合力变化且和速度不在一条直线上时4、综合问题的处理方法（1）处理力电综合题的的方法处理力电综合题与解

17、答力学综合题的思维方法基本相同，先确定研究对象，然后进行受力分析（包括重力）、状态分析和过程分析，能量的转化分析，从两条主要途径解决问题。用力的观点进解答，常用到正交分解的方法将力分解到两个垂直的方向上，分别应用牛顿第三定律列出运动方程，然后对研究对象的运动进分解。可将曲线运动转化为直线运动来处理，再运用运动学的特点与方法，然后根据相关条件找到联系方程进行求解。用能量的观点处理问题对于受变力作用的带电体的运动，必须借助于能量观点来处理。即使都是恒力作用的问题，用能量观点处理也常常显得简洁，具体方法有两种：i用动能定理处理，思维顺序一般为：a.弄清研究对象，明确所研究的物理过程b.分析物体在所研

18、究过程中的受力情况，弄清哪些力做功，做正功还是负功c.弄清所研究过程的始、末状态（主要指动能）ii用包括静电势能和内能在内的能量守恒定律处理，列式的方法常有两种：a从初、末状态的能量相等（即E1二E2）列方程b从某些能量的减少等于另一些能量的增加（即AE=AE'）列方程c若受重力、电场力和磁场力作用，由于洛仑兹力不做功，而重力与电场力做功都与路径无关，只取决于始末位置。因此它们的机械能与电势能的总和保持不变。（2）处理复合场用等效方法：各种性质的场与实物（由分子和原子构成的物质）的根本区别之一是场具有叠加性。即几个场可以同时占据同一空间，从而形成叠加场，对于叠加场中的力学问题，可以根据

19、力的独立作用原理分别研究每一种场力对物体的作用效果；也可以同时研究几种场力共同作用的效果，将叠加紧场等效为一个简单场，然后与重力场中的力学问题进行类比，利用力学的规律和方法进行分析与解答。【典例分析】【例11如图5所示，AB是一个接地的很大的：；薄金属板，其右侧P点有带量为Q的正电荷，N为金属板外表面上A3的一点，P到金属板的垂直距离PN=d,M为PN连线的中点，关于M、N两点的场强和电势，+Q有如下说法：|NMM点的电势比N点电势高，M点的场强比N点的场强大一2:'m点的场强大小为4kQ/d-BBbIIN点的电势为零，场强不为零N点的电势和场强都为零团c图5上述说法中正确的是（）A.

20、B.C.D.【例2】如图6所示，两根长为l的绝缘细线上端固定在。点，下端各悬挂质量为m的带电小球A、B,A、B带电分另I为+q、-q,今在水平向左的方向上加匀强电场，场强E,使连接AB长为l的绝缘细线拉直，并使两球处于静止状态，问，要使两小球处于这种状态，外加电场E的大小为多少？-O【例3】如图7所示，是示波管工作原理示意图，电子经加速电压U1加速后垂直进入偏转电场，离开偏转电场时的偏转量为h,两平行板间的距离为d,电势差为U2,板长为l,为了提高示波管的灵敏度（单位偏转电压引起的偏转量）可采取哪些措施？一>V0一-hdU2<JU1，图7【例4】（2001年，安徽高考题）一平行板电

21、容器，两板间的距离d和两板面积S都可调节，电容器两极板与电池相连接，以Q表示电容器的电量,E表示两极间的电场强度，则下列说法中正确的是（）A.当d增大，S不变时，Q减小E减小B.当S增大，d不变时，Q增大E增大C.当d减小，S增大时，Q增大E增大D.当S减小，d减小时，Q不变E不变【例5】如图8所示，在S点的电量为q,质量为m的静止带电粒子，被加速电压为U,极板间距离为d的匀强电场加速后，从正中央垂直射入电压为U的匀强偏转电场，偏转极板长度和极板距离均为L,带电粒子离开偏转电场后即进入一个垂直纸面方向的匀强磁场，其磁感应强度为Bo若不计重力影响，欲使带电粒子通过某路径返回S点，求：（1）匀强磁

22、场的宽度D至少为多少？（2）该带电粒子周期性运动的周期T是多少？偏转电压正负极多长时间变换一次方向？图8；一串，如图9所示（图中只画出4个圆筒,U的正弦交流电源的两端，整个装置放在高度q、质量为m的正离子沿轴线射入圆筒，并将在【例6】N个长度逐个增大的金属筒和一个靶沿轴线排列成作为示意），各筒和靶相间地连接到频率为f,最大电压值为真空容器中，圆筒的两底面中心开有小孔，现有一电量为<,缝隙的宽度很小，离子穿过圆筒间及圆筒与靶间的缝隙处受到电场力作用而加速（设圆筒内部没有电场）缝隙的时间可以不计，已知离子进入第一个圆筒左端的速度为v1,且此时第一、二两个圆筒间的电势差U1-U2=-U,为使打

23、到靶上的离子获得最大能量，各个圆筒的长度应满足什么条件？并求出在这种情况下打到靶上的离子能量。【例7】一水平放置的平行板电容器置于真空中，开始时两极板的匀电场的场强大小为El,这时一带电粒子在电场的正中处于平衡状态。现将两极板间的场强大小由Ei突然增大到E2,但保持原来的方向不变，持续一段时间后，突然将电场反向，而保持场强的大小E2不变，再持续一段同样时间后，带电粒子恰好回到最初的位置，已知在整个过程中，粒子并不与极板相碰，求场强E1的值。【例8】如图10所示，在xOy平面内，有场强E=12N/C,方向沿x轴正方向的匀强电场和磁感应强度大小为B=2T、方向垂直xOy平面指向纸里的匀强磁场.一个

24、质量m=4X10-5kg,电量q=2.5X10-5C带正电的微粒，在xOy平面内做匀速直线运动，运动到原点O时，撤去磁场，经一段时间后，带电微粒运动到了x轴上的P点.求：（1）P点到原点。的距离；（2）带电微粒由原点O运动到P点的时间.B-Xx?二Ip图10【跟踪练习】1 .如图11所示，P、Q是两个电量相等正的电荷，它们连线的中点是O,a、b是中垂线上的两点，Oa<Ob,用Ea、Eb、Ua、Ub分别表示a、b两点的场强和电势，则（）A.Ea一定大于Eb,Ua一定大于Ubb. Ea不一定大于Eb,Ua一定大于Ub?bI-I?aababP?图0?Qc. Ea一定大于Eb,Ua不一定大于Ub

25、d. Ea不一定大于Eb,Ua不一定大于Ub一一-5八,一一一一3.2.一个电量为1M10C的正电荷从电场外移到电场里的A点，电场做功一6父10J，则A点的电势Ua等于多少？如果此电荷移到电场里的另一点B,电场力做功2X10-3,则A、B两点间的电势差UAB等于多少？如果有另一电量是q'=2M10*C的负电荷从A移到B,则电场力做功为多少？3.如图12所示，质量为m的小球B,带电量为q,用绝缘细线悬挂在O点，球心到。点的距离为l,在。点的正下方有一个带同种电荷的小球a固定不动，A的球心到O点的距离也为l,改变A球的带电量，B球将在不同的位置处于平衡状态。当A球带电量为Q1,B球平衡时，

26、细线受到的拉力为T1;若A球带的电量为Q2=2Q1,B球平衡时，细线受到的拉力为T2,则T1a. T2>Tib. T2<Ti与丁2的关系为（）c.T2=T1d.T2=T1=mg4.有三根长度皆为l=1.00m的不可伸长的绝缘轻线，其中两根的一端固定在天花板上的。点，另一端分别拴有质量皆为m=1.00Ml0，kg的带电小球a和B,它们的电量分别为一q和+q,76.q=1.0010C0A、B之间用第三根线连接起来。空间中存在大小为E=1.00M106N/C的匀强电场，场强方向沿水平向右，平衡时A、B球的位置如图13所示。现将O、B之间的线烧断，由于有空气阻力，A、B球最后会达到新的平衡

27、位置。求最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比改变了多少。（不计两带电小球间相互作用的静电力）5.如图14所示，电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为U2的两平行极板间的电场中，射入方向与极板平行，整个装置处在真空中，重力可忽略，在满足电子能射出平行板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角日变大的是(A.Ui变大，U2变大B.Ui变小，5变大C.Ui变大，U2变小D.U1变小，U2变小6. (1997年，全国题)如图15(1)所示，真空室中电极K发出的电子(初速不计)经过U0=1000伏的加速电场后，由小孔S沿两水平金属板A、B间的中防线射入，A、B板长l

28、=0.02米，相距d=0.020米，加在A、B两板间的电压u随时间t变化ut图线如图15(2)所示，设A、B间的电场可看作是均匀的，且两板外无电场，在每个电子通过电场区域的极短时间。内，电场可视作恒定的。两板右侧放一记录圆筒，筒的左侧边缘与极右端距离b=0.15米，筒绕其竖直轴匀速转动，周期T=0.20秒，筒的周长S=0.20米，筒能接收到通过A、B板的全部电子。(1)以t=0时见图15(2),此时u=0,电子打到圆筒记录纸上的点作为xy坐标系的原点，并取y轴竖直向上，试计算电子打到记录纸上的最高点的y坐标和x坐标。(不计重力作用)(2)在给出的坐标纸图15(3)上定量地画出电子打到记录纸上的

29、点形成的图线。图15(2)图15(3)7. （1997年，全国题）在图16中所示的实验装置中，平行板电容器的极板A与灵敏的静电计相接，极板B接地，若极板B稍向上移动一点，由观察到的静电计指针变化作出平行板电容器电容变小的结论，其依据是（）A.两极板间的电压不变，极板上的电量变小_L_乱8. 两极板间的电压不变，极板上的电量变大一图16一C.极板上的电量几乎不变，两极板间的电压变小D.极板上的电量几乎不变，两极板间的电压变大8.如图17所示，已充电的平行板电容器，带正电的极板接地，两极板间于P点处固定一负的点电荷，若将上极板下移至虚线位置，则下列说法中正-II确的是（）I1A.两极间的电压和板间

30、场强都变小”、？P8 .两极间的电压变小，但场强不变十II_.C.P点的电势升高，点电荷的电势能增大I图17D.P点的电势不变，点电荷的电势能也不变一9 .如图18所示，在x轴上方有匀强磁场（磁感强度为B）,一个质量为m,带电量为q的粒子以速度v0从坐标原点O射入磁场,v0与x轴的负方向夹角为日，不计重力，求粒子在磁场中飞行的时间和飞出磁场的坐标（磁场垂直纸面，不考虑粒子的重力）图1810 .如图19所示，x轴上方有匀强磁场，磁感应强度为B,方向如图所示，下方有匀强电场，场强为E，今有电量为q,质量为m的粒子位于y轴N点坐标（0,b）。不计粒子所受重力。在x轴上有一点M（L,0）。若使上述粒子

31、在y轴上的N点由静止开始释放在电磁场中往返运动，刚好能通过M点。已知OM=L。求:粒子带什么电？释放点N离O点的距离须满足什么条件？从N到M点粒子所用最短时间为多少？11 .图20中，A、B是一对平行的金属板。在两板间加上一周期为T的交变电压UoA板的电势UA=0,B板的电势Ub随时间的变化规律为，在0到T/2的时-B间内，Ub=Uo（正常数）；在T/2到达T的时间内，UB=一Uo;在T到3T/2的时间内，UB=U0；在3T/2l到2T的时间，Ub=Uo,现有一电子从A板上的1A20小孔进入两板间的电场区内，设电子的初速度和重20力影响均可忽略，则（）A.若电子在t=0时刻进入，它将一直向B板

32、运动B.若电子是在t=T/8时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动，最后打在B板上C.若电子是在t=3T/8时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动，最后打在B板上D.若电子是在t=T/2时刻进入的，它可能时而向B板，时而向A板运动12. （2003.江苏）串列加速器是用来产生高能离子的装置。图21中虚线框内为其主体的原理示意图，其中加速管的中部b处有很高的正电势U,a、c两端均有电极接地（电势为零），现将速度很低的负一价碳离子从a端输入，当离子到达b处时，可被设在b处的特殊装置将其电子剥离，成为n价正离子，而不改变其速度大小。这些正n价碳离子从c端飞出后进入一与其速度方向垂

33、直的、磁感应强度为B的匀强磁场中，在磁场中做半径为R的圆周运动。已知碳离子的质量m=2.0M1046kg,U=7.5M105V,B=0.50T,n=2,元电荷e=1.610"19C,求半径R。13. 如图22所示为一种获得高能粒子的装置。环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调的匀强磁场。质量为m,电量为十q的粒子在环中作半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔的极板。原来电势都是零，每当粒子飞经A板时，A板电势升高为十U,B板电势仍保持为零，粒子在两板间电场中得到加速。每当粒子离开B板时，A板电势又降为零。粒子在电场一次次加速下动能不断增大，而绕行半径不变。(1)设t=0时粒子静止

34、在A板小孔处，在电场作用下加速，并绕行第一圈。求粒子绕行n圈回到A板时获得的总动能Eno(2)为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动，磁场必须周期性递增。求粒子绕行第n圈时的磁感应强度Bn。(3)求粒子绕行n圈所需要的总时间tn(设极板间距离远小于R)o(4)在图22(2)中画出A板电势u与时间t的关系(从t=0起画到粒子第四次离开B板时即可)(5)在粒子绕行的整个过程中，A板电势是否可始终保持为十U?为什么？图22(2)图22(1)14. （2002年，广东题）如图23（a）所示，A、B为水平放置的平行金属板，板间距离为d（d远小于板的长度和宽）,在两板之间有一带负电的质点P,已知若在A、

35、B间加电压Uo,则P点可以静止平衡，现在A、B间加上图（b）所示的随时间t变化的电压U,在t=0时，质点P位于A、B的中点处且初速度为零，已知质点P能在A、B间以最大的幅度上下运动，而又不与两极板相碰，求图（b）中U改变的各时刻ti,t2,t3及tn的表达式（质点开始从中点上升到最高点，及以后每次从最高点到最低点或从最低点到最高点的过程，电压只改变一次）。(a)(b)图2315.如图24所示，彳i角为30°的直角三角形底边长为21,底边外在水平位置，斜边为光滑绝缘导轨，现在底边中点O处固定一正电荷Q,让一个质量为m的带正电荷q从斜面顶端A沿斜面滑下（始终不脱离斜面），已测得它滑到仍在

36、斜边上的垂足D处的速度为v,加速度为a,方向沿斜面向下，问该质点滑到斜边底端C点时的速度和加速度各为多少？图24专题三电场和磁场典型例题例1解析：A点拨：电场线从+Q发出，到接地的很大的薄金属板，并与金属板垂直。根据电场线可判断正确，M点的电场是+Q的电场与金属板的感应电荷的电场的叠加，故错误；N点与金属板接地,所以电势为零，但电场强度不为零，故正确，错误。【例2】解析：对A进行受力分析，设悬线的拉力为T,水平线的拉力为T',在竖直方向上受重力和悬线的拉力而平衡:Tcos300=mg在水平方向上，小球受电场力、电荷间的为库仑力、悬线的水平拉力和水平线的拉力而平衡:2Eq=Tsin300

37、kqrTl2要两球处于题设条件的平衡状态，则对水平线的受力要求为:T'之0联解得到：E_»-kq3ql2【例3】解析：电子经U1加速后，设以V0的速度垂直进入偏转电场，由动能定理得:12mv0-0=eU12电子在偏转电场中运动的时间t为：t=-LV。U2e电子在偏转电场中的加速度a为：a=一dm1,2电子在偏转电场中的偏转重h为：h=at2hhl由以上四式联解得到示波管的灵敏度一h-为：旦=U2U24dUi可见增大l、减小Ui或d均可提高示波管的灵敏度。【例4】解析：由于电容器与电源相连，则电容器两极板的电压不变，根据平行板电容器电容CsC=可知，当d增大s不变时，电容4kd

38、知，场强E减小，故A选项正确；当S增大，d减小，S增大时，C增大，Q增大，E增大,-QLUC减小；又因C=一可得，电荷量减小；又由E=可d不变时，C增大，Q增大，E不变，所以B选项错误；当所以C选项正确；当大，Q也不一定增大，但E一定增大，所以D选项错误。可见本题s减小，d减小时，电容c不一定增AC选项正确。【例5】解析：如图所示，电场对粒子加速，由动能定理得:1mv2=Uq2v0-2Uq,m由于粒子在电场加速过程中做匀加速直线运间t1为:ti2dVo/2Vo,Uq粒子在偏转电场中做类似平抛运动，其加速度a为：a=Lm粒子通过偏转电场的时间t2为：t2-LV0粒子在偏转电场中的侧移距离y为:2

39、U1.2y=2at2侧向速度v为：v=at2=jUqyy2m则粒子射出偏转电场时的速度v为：v=、；v2+vj5U2m以速度v进入磁场做匀速度圆周运动的洛仑兹力为向心力，设运动半径为R:2vBqv=mRmvRBq_1.15UmB2q则磁场宽度D为:D=R.R2-y215Um5UmL2B-2q2B2q粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期T'为：T16Bq所以aaarctg2所以粒子在磁场中运动的时间t3为:t3T(2二-2)2m(二-arctg2)T=2t-2t2t3=4d2Uq2Lm2m(二arctg2),2UqBqBq粒子从S出发到回到S的周期T为:偏转电压正负极换向时间t为:ITct=

40、2m2m(二-arctg2):2Uq2UqBq【例6】解析：正离子每次经过缝隙时都能得到加速必须满足在筒中飞行时间所以第一个筒长度L1进入第二个筒时速度为v2,则qU2mv22mv1第二个筒长L2=v2进入第三个筒的速度为V3,则qU1=mv2imv|第三个筒长l3=v333进入第n个筒的速度vn满足qU12-2mvn4第n个筒的长度为Ln=vn解以上各式得:Ln2Vi,2(n-1)qUvf2(n-1)qUn=1,2,3由动能定理得:Ek2mv1=nqUEk=2mv；nqUn=1,2,3【例7】解析：设带电粒子带电为+q,根据题目条件可知，要使粒子平衡，则下极板带正电，上极板带负电，且有：qE

41、1=mg当电场由E1变到E2,但方向不变,时，有E2q>mg,粒子在E2的方向上做匀加速度直线运动,粒子从A运动到B,设加速所用时间为t1,此时E2反向，设粒子的速度为V1,此后粒子向上做加速度为a2减速度运动，直到速度为零，到达b点；此后粒子在电场力和重力作用下向下做初速度为零的匀加速直线运动，加速度大小为a2,回到出发点Ao设粒子从B到A的时间为t2。SAB122aiti12粒子从b点经c点回到a点，有：_S=v1t_a2t222由于vi=ati12所以有：SBA二-a1t1t2'二a2t22由题意可知：t1=t2联解得：3a1=a2即：3叫qE1)=qE2+qE1得到:E1

42、2E2【例8】分析：（1）微粒运动到O点之前要受到重力、电场力和洛仑兹力作用，如图所示.在这段时间内微粒做匀速直线运动，说明三力合力为零.由此可得出微粒运动到。点时速度的大小和方向.（2）微粒运动到。点之后，撤去磁场，微粒只受到重力、电场力作用，其合力为一恒力，与初速度有一夹角，因此微粒将做匀变速曲线运动，如图所示.可利用运动合成和分解的方法去求解.4-.解析：因为mg=410N4.电场力为：F=Eq=310N贝监：(Bqv)2=(Eq)2(mg)2所以得到：v=10m/scEq3，鼻tand=-mg4所以8=37因为重力和电场力的合力是恒力，且方向与微粒在O点的速度方向垂直，所以微粒在后一段

43、时间内的§,沿合力方向的位运动为类平抛运动.可沿初速度方向和合力方向进行分解。设沿初速度方向的位移为移为S2,则c1(Eq)(mg)2vt因为S1=vtS21-3Z-t2OP=-2mcos370所以P点到原点O的距离为15m；O点到P点运动时间为1.2s.跟踪练习1 .解析：P、Q在O点的合场强为零，沿着Oab线到无穷远处，P、Q的合场强也为零，可见沿Oab线远离O点时，合场强是先增大后减小，故Ea不一定大于Eb,而电势离电荷越远越低，必有Ua大于Ub,所以B选项正确。2 .解析：由于电荷两次都是从电场外移入电场的，故选电场外电势为零解题方便。由W=qU可得Uw0A-6102Uoa=

44、0-Ua=a=l=-6102Vq10Ua=6102VUOB=0UB=WOB=2102VqUb=-2103VA、B两点间电势差：Uab=UaUb=6X102(2X103)=2.6X103V当电荷q由a移到b时电场力做功:WAB=qUAB=210”2.6103=5.210J3.解析：用相似三角形法，得到图134一答4.解析：.图134答（1）中虚线表示A、B球原来的平衡位置，实线表示烧断后重新达到平衡的T=mg,故得到T=mg与偏角无关。所以c、d选项正确。ll位置，其中0（、P分别表示细线OA、AB与竖直方向的夹角。A球受力如图134答（2）所示：重力mg,竖直向下；电场力qE,水平向左；细线O

45、A对A的拉力Ti,方向如图；细线AB对A的拉力T2,方向如图。由平衡条件：T1sina+T2sinP=qE,1cos口=mg+T2cosPB球受力如图134一答（3）所示：重力mg,竖直向下；电场力qE,水平向右；细线AB对B的拉力T2,方向如图。由平衡条件：T2sinP=qE,T2cosP=mg，联立以上各式并代入数据得a=0,P=450,由此可知，A、B球重新达到平衡的位置如图134答（4）所示。与原来位置相比，A球的重力势能减少了，EA=mgl（1-sin600）,b球的重力势能减少了EB=mgl（1-sin600十cos450），AWb=qEl(sin45°sin30

46、6;)，两种势球的电势能增加了WA=qElcos600,B球的电势能减少了能总和减少了W=WB-WA+ea+eb,代入数据解得:W=6.8X102J5.解析：设电子经电场加速后的速度为Vo1225e小mvo=eUi付到：Vo=-2;m设电子射出平行板的偏角为S,两极板间的距离为d,电子的加速度为aU2ela=而电子在平行板中运动的时间为：t=dmv0电子的偏转角e为：tganvnatVxVolU2由联解得：tgH=所以C选项正确。2dUi6.解析：（1）计算电子打到记录纸上的最高点的坐标，设Vo为电子A、B板的中心线射入电场时的初12速度，则一mVo=eUo,电子在中心线方向的运动为匀速运动，

47、设电子穿过a、b板的时间为to,则2l=Voto,电子在垂直A、B板方向的运动为匀加速直线运动，对于恰能穿过A、B板的电子，在它通过时加在两板间的电压11eUc2Uc应满足一d=to，联立上面三式得22md2d2.UC=12Uo=20V，此电子从A、上eUc,一B板射出时沿y方向的分速度为Vy=to,以后，此电子做匀速直线运动,md它打在记录纸上的点最高设纵坐标为v。由答图可得,VyVo7 .解析：静电计是用来测量带电体和大地间的电势差的，平行板电容器与电源断开，则电容器所带的Q电量几乎不变，将B板向上移动时，两极板间的正对面积减小，电容减小，由U=一可知，U增大，所C以选项D正确。S8 .解

48、析：由于平行板电容器已充电，所以电量不变，当上极板下移后，极间距离变小，根据C=4二kdQ_U一Q可知，电谷C增大，根据C=一可知，极板间电压变小；由电场强度E=和U=可知，UdC_4二kQE=,与极间距离d无关，所以电场强度E不变；由U=Ed可知，由于P点到接地板间的距S离不变，所以P点的电势不变。由电势能与电势电量的关系U=q可知，W=Uq不变。所以选项bd正确.于不知道粒不确定，但9.解析：粒子进入磁场做圆周运动，由子的带电性质和磁场的方向，因此其轨迹并只有两种情形，要么如图（甲）所示，要么如图（乙）所示,首先分析图甲：作V0的垂直线段，切取OC=0,C即为圆面积心，画出其轨迹如图，R=

49、m°。由几何关系可得NOCP=20,所以粒子在磁场中飞行的时间为qB2（二”）mqBqB2mv0p点的坐标为x=2Rsin6=sin6qB再看图乙：由几何关系得OCPP=26，粒子在磁场中飞行的时间为2umqB,P点的坐标为一2mv0x=sin6oqB10.解析（1）粒子带正电;下作初速为零的匀加速直线运动，（2）粒子由N至O到O后进入磁场后动，作半圆运动后，回到X轴进入电场，在电场力作速直线运动直至速度为零再向上作初速为零的匀加重复进行，如图所示轨迹，最后到达M点，粒子在电F0,-b1在电场力作用做匀速圆周运用下先做匀减L,0速直线运动，场中，运动距离b到达磁场区域，电场力做正功，据动能定理有:12qEb=2mv0。从磁场再次进入电场，设运动的路程为S,粒子则克服电场力做功。据动能定理有:-qES-0-场