物理备课资料 五 电场和磁场 第1讲 电场及带电粒子在电场中的运动

专题五电场和磁场专题五电场和磁场定位定位 五年考情分析五年考情分析20172017年年20162016年年20152015年年20142014年年20132013年年卷卷T16(T16(带电粒子在复带电粒子在复合场中的运动合场中的运动) )T19(T19(电流磁效应、电流磁效应、安培力、安培定则安培力、安培定则) )T20(T20(电场强度、电电场强度、电势差、电场力做功势差、电场力做功) )T25(T25(带电粒子在复带电粒子在复合场中的运动合场中的运动) )T14(T14(平行平行板电容器板电容器所带电荷所带电荷量、板间量、板间电场强度电场强度) )T20(T20(带电带电体在匀强体在匀强电场中的电场中的运动运动) )T14(T14(带电粒子带电粒子在两个磁场中在两个磁场中的运动的运动) )T15(T15(电场力做电场力做功特点功特点) )T24(T24(安培力、安培力、闭 合 电 路 欧闭 合 电 路 欧 姆 定 律 、 力姆 定 律 、 力 的平衡的平衡) )T15(T15(磁场磁场对 通 电 导对 通 电 导体的作体的作 用力用力) )T21(T21(点电点电荷电场的荷电场的特点特点, ,电场电场力做功力做功) )T15(T15(电场的电场的叠加叠加) )T18(T18(带电粒带电粒子在圆形磁子在圆形磁场中的运动场中的运动) )卷卷T18(T18(带电粒子在圆形磁场带电粒子在圆形磁场中的运动中的运动) )T21(T21(通电导线在磁场中受通电导线在磁场中受安培力的作用安培力的作用) )T25(T25(带电粒子在复合场中带电粒子在复合场中的运动的运动) )T15(T15(点电荷电场点电荷电场特点、曲线运动特点、曲线运动轨迹与受力、电轨迹与受力、电场力做功场力做功) )T18(T18(带电粒子在带电粒子在有界磁场中的偏有界磁场中的偏转、曲线运动转、曲线运动) )T18(T18(地磁场、磁地磁场、磁场 的 性 质 及 安场 的 性 质 及 安 培力培力) )T19(T19(带电粒子在带电粒子在两 个 磁 场 中 的两 个 磁 场 中 的 运动运动) )T24(T24(带电粒子在带电粒子在电场中的类平抛电场中的类平抛运动、速度的分运动、速度的分解、动能定理解、动能定理) )T19(T19(电场电场强度和强度和 电势电势) )T20(T20(正、正、负带电粒负带电粒子在磁场子在磁场中的运动中的运动) )T17(T17(带电带电粒子在圆粒子在圆柱形磁场柱形磁场中的运动中的运动) )T18(T18(带电带电小球平衡小球平衡) )T24(T24(带电带电粒子在电粒子在电场中的圆场中的圆周运动周运动) )卷卷T18(T18(通电导线所产生的通电导线所产生的 磁场、右手定则、磁场的磁场、右手定则、磁场的叠加叠加) )T21(T21(匀强电场的场强、电匀强电场的场强、电势、电势能、电场力的功势、电势能、电场力的功) )T24(T24(带电粒子在磁场中的带电粒子在磁场中的运动运动) )T15(T15(等势面的等势面的 特点特点) )T18(T18(带电粒子在带电粒子在有 界 磁 场 中 的有 界 磁 场 中 的 运动运动) )专专题题定定位位本专题是电场和磁场本专题是电场和磁场, ,无论是全国无论是全国卷卷, ,还是全国还是全国卷、全国卷、全国卷卷, ,电场和磁场是电场和磁场是高考的重点和热点之一高考的重点和热点之一, ,试卷的考查点几乎相同试卷的考查点几乎相同, ,特别是特别是20172017年三套卷考查知识点年三套卷考查知识点都有所增加都有所增加; ;考查形式以选择题和计算题为主考查形式以选择题和计算题为主, ,计算题还常常成为压轴题计算题还常常成为压轴题; ;高考对高考对电场和磁场的考查主要有两部分电场和磁场的考查主要有两部分, ,电场部分电场部分: :以带电粒子运动轨迹与电场线或等势以带电粒子运动轨迹与电场线或等势面间的关系为核心面间的关系为核心, ,考查电场的力的性质和能的性质考查电场的力的性质和能的性质, ,带电粒子在匀强电场中的加带电粒子在匀强电场中的加速、偏转为考查重点速、偏转为考查重点, ,兼顾带电粒子在非匀强电场中的偏转轨迹分析兼顾带电粒子在非匀强电场中的偏转轨迹分析; ;磁场部分磁场部分: :以考查带电粒子在磁场中的圆周运动为主以考查带电粒子在磁场中的圆周运动为主, ,其次是通电导线在磁场中受安培力作其次是通电导线在磁场中受安培力作用问题用问题. .应应考考建建议议20182018年高考仍会在以下四个方面命题年高考仍会在以下四个方面命题: :一是电场的性质一是电场的性质; ;二是带电粒子在电场中的二是带电粒子在电场中的运动运动, ,三是磁场对通电导体的作用力三是磁场对通电导体的作用力; ;四是带电粒子在磁场中的运动四是带电粒子在磁场中的运动. .在复习本部在复习本部分内容时可以从以下方面进行备考分内容时可以从以下方面进行备考: :熟悉各种电场的电场线、等势面分布特点熟悉各种电场的电场线、等势面分布特点, ,运运用动力学方法、功能关系解决带电粒子的运动轨迹和能量变化问题用动力学方法、功能关系解决带电粒子的运动轨迹和能量变化问题; ;对于带电粒对于带电粒子在电场、磁场中的运动问题子在电场、磁场中的运动问题, ,要善于联系力学中运动模型要善于联系力学中运动模型( (类平抛运动和匀速圆类平抛运动和匀速圆周运动周运动),),从受力情况、运动规律、能量转化等角度分析从受力情况、运动规律、能量转化等角度分析, ,综合运用动力学方法和综合运用动力学方法和功能关系加以解决功能关系加以解决. .第第1 1讲电场及带电粒子在电场中的运动讲电场及带电粒子在电场中的运动整整 合合突突 破破实实 战战整合整合 网络要点重温网络要点重温【网络构建网络构建】【要点重温要点重温】 1.1.电场力的性质电场力的性质(1)(1)电场强度的定义式电场强度的定义式: : . .(2)(2)真空中点电荷的电场强度公式真空中点电荷的电场强度公式: : . .(3)(3)匀强电场的电场强度与电势差的关系式匀强电场的电场强度与电势差的关系式: : . .2.2.电场能的性质电场能的性质(1)(1)电势差的定义式电势差的定义式: : . .(2)(2)电势差的定义式电势差的定义式: : . .(3)(3)电势差与电势的关系式电势差与电势的关系式: : . .(4)(4)电场力做功与电势能的关系式电场力做功与电势能的关系式: : . .W WABAB= =E EpApA-E-EpBpB突破突破 热点考向聚焦热点考向聚焦热点考向一电场性质的理解与应用热点考向一电场性质的理解与应用【核心提炼核心提炼】由电场中的由电场中的“点、线、面、迹点、线、面、迹”判断相关问题判断相关问题(1)(1)由轨迹向合外力的方向弯曲由轨迹向合外力的方向弯曲, ,确定粒子所受电场力方向确定粒子所受电场力方向. .(2)(2)根据粒子电性判断电场线方向根据粒子电性判断电场线方向. .(3)(3)根据根据“沿电场线方向电势降低沿电场线方向电势降低”判断电势高低判断电势高低. .(4)(4)根据公式根据公式EpEp=q (=q (代入正负号代入正负号) )判断电势能大小判断电势能大小. .(5)(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)(6)根据电场线或等差等势面疏密判断加速度大小根据电场线或等差等势面疏密判断加速度大小. .【典例典例1 1】 (2017(2017福建漳州模拟福建漳州模拟) )两个等量同种电荷固定于光滑水平面上两个等量同种电荷固定于光滑水平面上, ,其其连线中垂线上有连线中垂线上有A,B,CA,B,C三点三点, ,如图如图( (甲甲) )所示所示, ,一个电荷量为一个电荷量为2C2C、质量为、质量为1 kg1 kg的小的小物块从物块从C C点静止释放点静止释放, ,其运动的其运动的v v- -t t图像如图图像如图( (乙乙) )所示所示, ,其中其中B B点处为整条图线切点处为整条图线切线斜率最大的位置线斜率最大的位置( (图中标出了该切线图中标出了该切线).).则下列说法正确的是则下列说法正确的是( ( ) )A.BA.B点为中垂线上电场强度最大的点点为中垂线上电场强度最大的点, ,场强场强E=1 V/mE=1 V/mB.B.由由C C到到A A的过程中物块的电势能先减小后变大的过程中物块的电势能先减小后变大C.C.由由C C点到点到A A点电势逐渐升高点电势逐渐升高D.A,BD.A,B两点间的电势差两点间的电势差U UABAB=5 V=5 VA A【预测练习预测练习1 1】 (2017(2017天津模拟天津模拟)()(多选多选) )如图如图, ,匀强电场平行于以匀强电场平行于以O O为圆心的圆为圆心的圆所在的平面所在的平面, ,ac,bdac,bd为两条互相垂直的直径为两条互相垂直的直径, ,圆的半径为圆的半径为10 cm.10 cm.已知圆心已知圆心O O点的点的电势为零电势为零,a,a点电势为点电势为-10 V,-10 V,一带负电的粒子仅在电场力作用下运动一带负电的粒子仅在电场力作用下运动, ,经过经过b b点点和和d d点时的速率相等点时的速率相等, ,则下列判断正确的是则下列判断正确的是( ( ) )A.A.电场强度大小为电场强度大小为100 V/m100 V/mB.cB.c点的电势为点的电势为10 V10 VC.bC.b点的电势可能为点的电势可能为5 V5 VD.D.从从b b点到点到d d点粒子可能做圆周运动点粒子可能做圆周运动ABAB热点考向二电场中的平行板电容器问题热点考向二电场中的平行板电容器问题【核心提炼核心提炼】平行板电容器的动态分析平行板电容器的动态分析(1)(1)在电荷量保持不变的情况下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极板间电场强度与板间的距离无关. .【典例【典例2 2】 (2017(2017海南卷海南卷,4),4)如图如图, ,平行板电容器的两极板竖直放置并分别与平行板电容器的两极板竖直放置并分别与电源的正负极相连电源的正负极相连, ,一带电小球经绝缘轻绳悬挂于两极板之间一带电小球经绝缘轻绳悬挂于两极板之间, ,处于静止状态处于静止状态. .现保持右极板不动现保持右极板不动, ,将左极板向左缓慢移动将左极板向左缓慢移动. .关于小球所受的电场力大小关于小球所受的电场力大小F F和绳和绳子的拉力大小子的拉力大小T,T,下列判断正确的是下列判断正确的是( ( ) )A.FA.F逐渐减小逐渐减小,T,T逐渐减小逐渐减小B.FB.F逐渐增大逐渐增大,T,T逐渐减小逐渐减小C.FC.F逐渐减小逐渐减小,T,T逐渐增大逐渐增大D.FD.F逐渐增大逐渐增大,T,T逐渐增大逐渐增大A A【拓展延伸拓展延伸】 在在“典例典例2”2”中中, ,若平行板电容器的两极板充电后与电源断开若平行板电容器的两极板充电后与电源断开, ,保持右极板不动保持右极板不动, ,将左极板向左缓慢移动将左极板向左缓慢移动. .关于小球所受的电场力大小关于小球所受的电场力大小F F和绳和绳子的拉力大小子的拉力大小T,T,又将如何变化又将如何变化? ?答案答案: :F F不变不变T T不变不变【预测练习预测练习2 2】 (2017(2017山东青岛模拟山东青岛模拟)()(多选多选) )如图所示如图所示, ,平行板电容器两极板平行板电容器两极板水平放置水平放置, ,现将其与二极管串联接在电动势为现将其与二极管串联接在电动势为E E的直流电源上的直流电源上, ,电容器下极板接电容器下极板接地地, ,静电计所带电荷量可忽略静电计所带电荷量可忽略, ,二极管具有单向导电性二极管具有单向导电性. .闭合开关闭合开关S,S,一带电油滴一带电油滴恰好静止于两板间的恰好静止于两板间的P P点点, ,现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离离, ,则下列说法正确的是则下列说法正确的是( ( ) )A.A.平行板电容器的电容将变大平行板电容器的电容将变大B.B.静电计指针张角变小静电计指针张角变小C.C.带电油滴的电势能将减小带电油滴的电势能将减小D.D.油滴仍将保持静止油滴仍将保持静止CD CD 热点考向三带电粒子热点考向三带电粒子( (带电体带电体) )在电场中的运动在电场中的运动【核心提炼核心提炼】带电粒子在电场中运动问题的分析思路带电粒子在电场中运动问题的分析思路(1)(1)首先分析粒子的运动规律首先分析粒子的运动规律, ,区分是在电场中的直线运动还是偏转运动问题区分是在电场中的直线运动还是偏转运动问题. .(2)(2)对于直线运动问题对于直线运动问题, ,可根据对粒子的受力分析与运动分析可根据对粒子的受力分析与运动分析, ,从以下两种途径进行处理从以下两种途径进行处理: :如果是带电粒子受恒定电场力作用下的直线运动问题如果是带电粒子受恒定电场力作用下的直线运动问题, ,应用牛顿第二定律找出加速度应用牛顿第二定律找出加速度, ,结合结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等运动学公式确定带电粒子的速度、位移等. .如果是非匀强电场中的直线运动如果是非匀强电场中的直线运动, ,一般利用动能定理研究全过程中能的转化一般利用动能定理研究全过程中能的转化, ,研究带电粒子研究带电粒子的速度变化、运动的位移等的速度变化、运动的位移等. .(3)(3)对于曲线运动问题对于曲线运动问题, ,一般是类平抛运动模型一般是类平抛运动模型, ,通常采用运动的合成与分解方法处理通常采用运动的合成与分解方法处理. .通过对通过对带电粒子的受力分析和运动规律分析带电粒子的受力分析和运动规律分析, ,借助运动的合成与分解借助运动的合成与分解, ,寻找两个分运动寻找两个分运动, ,再应用牛顿再应用牛顿运动定律或运动学方程求解运动定律或运动学方程求解. .(4)(4)当带电粒子从一个电场区域进入另一个电场区域时当带电粒子从一个电场区域进入另一个电场区域时, ,要注意分析带电粒子的运动规律的变要注意分析带电粒子的运动规律的变化及两区域电场交界处的有关联的物理量化及两区域电场交界处的有关联的物理量, ,这些关联量往往是解决问题的突破口这些关联量往往是解决问题的突破口. .【典例典例3 3】 (2017 (2017山西模拟山西模拟) )如图所示如图所示, ,质量为质量为m m、带电荷量为、带电荷量为+q+q的小球从距地的小球从距地面高度面高度h h处以一定的初速度处以一定的初速度v v0 0水平抛出水平抛出, ,在距抛出点水平距离为在距抛出点水平距离为L L处处, ,有一根管有一根管口比小球直径略大的竖直细管口比小球直径略大的竖直细管, ,管的上口距地面为管的上口距地面为 , ,为使小球无碰撞地通过为使小球无碰撞地通过管子管子, ,可在管子上方整个区域内加一场强方向向左的匀强电场可在管子上方整个区域内加一场强方向向左的匀强电场. .求求: :(1)(1)小球的初速度小球的初速度v v0 0; ;(2)(2)电场强度电场强度E E的大小的大小; ;(3)(3)小球落地时的动能小球落地时的动能. .2h审题突破审题突破(1)(1)电子通过偏转极板的时间电子通过偏转极板的时间t;t;答案答案: :(1)T(1)T(2)(2)偏转极板之间的最小距离偏转极板之间的最小距离; ;答案答案: :(2)L(2)L(3)(3)当偏转极板间的距离为最小值时当偏转极板间的距离为最小值时, ,荧光屏如何放置时电子击中的范围最小荧光屏如何放置时电子击中的范围最小, ,最小范围的长度是多大最小范围的长度是多大? ?实战实战 高考真题演练高考真题演练1.1. 平行板电容器的动态分析平行板电容器的动态分析 (2016(2016全国全国卷卷,14),14)一平行板电容器两极板一平行板电容器两极板之间充满云母介质之间充满云母介质, ,接在恒压直流电源上接在恒压直流电源上. .若将云母介质移出若将云母介质移出, ,则电容器则电容器( ( ) )A.A.极板上的电荷量变大极板上的电荷量变大, ,极板间电场强度变大极板间电场强度变大B.B.极板上的电荷量变小极板上的电荷量变小, ,极板间电场强度变大极板间电场强度变大C.C.极板上的电荷量变大极板上的电荷量变大, ,极板间电场强度不变极板间电场强度不变D.D.极板上的电荷量变小极板上的电荷量变小, ,极板间电场强度不变极板间电场强度不变D DACACA.EA.Ea aEEb b=41=41B.EB.Ec cEEd d=21=21C.WC.WababWWbcbc=31=31D.WD.WbcbcWWcdcd=13=133.3. 匀强电场中的电场强度、电势、电势能匀强电场中的电场强度、电势、电势能 (2017(2017全国全国卷卷,21)(,21)(多选多选) )一匀一匀强电场的方向平行于强电场的方向平行于xOyxOy平面平面, ,平面内平面内a,b,ca,b,c三点的位置如图所示三点的位置如图所示, ,三点的电势三点的电势分别为分别为10 V,17 V,26 V.10 V,17 V,26 V.下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) )A.A.电场强度的大小为电场强度的大小为2.5 V/cm2.5 V/cmB.B.坐标原点处的电势为坐标原点处的电势为1 V1 VC.C.电子在电子在a a点的电势能比在点的电势能比在b b点的低点的低7 eV7 eVD.D.电子从电子从b b点运动到点运动到c c点点, ,电场力做功为电场力做功为9 eV9 eVABDABD4.4. 带电体在匀强电场中的运动带电体在匀强电场中的运动 (2017(2017全国全国卷卷,25),25)真空中存在电场强度大真空中存在电场强度大小为小为E E1 1的匀强电场的匀强电场, ,一带电油滴在该电场中竖直向上做匀速直线运动一带电油滴在该电场中竖直向上做匀速直线运动, ,速度大速度大小为小为v v0 0, ,在油滴处于位置在油滴处于位置A A时时, ,将电场强度的大小突然增大到某值将电场强度的大小突然增大到某值, ,但保持其方但保持其方向不变向不变. .持续一段时间持续一段时间t t1 1后后, ,又突然将电场反向又突然将电场反向, ,但保持其大小不变但保持其大小不变; ;再持续同再持续同样一段时间后样一段时间后, ,油滴运动到油滴运动到B B点点. .重力加速度大小为重力加速度大小为g.g.(1)(1)求油滴运动到求油滴运动到B B点时的速度点时的速度; ;解析解析: :(1)(1)设油滴质量和电荷量分别为设油滴质量和电荷量分别为m m和和q,q,油滴速度方向向上为正油滴速度方向向上为正. .油滴在电油滴在电场强度大小为场强度大小为E E1 1的匀强电场中做匀速直线运动的匀强电场中做匀速直线运动, ,故匀强电场方向向上故匀强电场方向向上. .在在t=0t=0时时, ,电场强度突然从电场强度突然从E E1 1增加至增加至E E2 2时时, ,油滴做竖直向上的匀加速运动油滴做竖直向上的匀加速运动, ,加速度方加速度方向向上向向上, ,大小大小a a1 1满足满足qEqE2 2-mg=ma-mg=ma1 1答案答案: :(1)v(1)v0 0-2gt-2gt1 1油滴在时刻油滴在时刻t t1 1的速度为的速度为v v1 1=v=v0 0+a+a1 1t t1 1 电场强度在时刻电场强度在时刻t t1 1突然反向突然反向, ,油滴做匀变速运动油滴做匀变速运动, ,加速度方向向下加速度方向向下, ,大小大小a a2 2满足满足qEqE2 2+mg=ma+mg=ma2 2 油滴在时刻油滴在时刻t t2 2=2t=2t1 1的速度为的速度为v v2 2=v=v1 1-a-a2 2t t1 1 由式得由式得v v2 2=v=v0 0-2gt-2gt1 1. . (2)(2)求增大后的电场强度的大小求增大后的电场强度的大小; ;为保证后来的电场强度比原来的大为保证后来的电场强度比原来的大, ,试给出试给出相应的相应的t t1 1和和v v0 0应满足的条件应满足的条件. .已知不存在电场时已知不存在电场时, ,油滴以初速度油滴以初速度v v0 0做竖直上抛做竖直上抛运动的最大高度恰好等于运动的最大高度恰好等于B,AB,A两点间距离的两倍两点间距离的两倍. .答案答案: :(2)(2)见解析见解析