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2011高考物理复习指导（三） 电场和磁场一、归纳 1、电场和磁场的比较2、电场中的知识点3、磁场中的概念4、带电粒子在电场、磁场中的运动 带电粒子在电场、磁场、重力场中的运动，简称带电粒子在复合场中的运动，一般具有较复杂的运动图景。这类问题本质上是一个力学问题，应顺应力学问题的研究思路和运用力学的基本规律。 分析带电粒子在电场、磁场中运动，主要是两条线索： (1)力和运动的关系。根据带电粒子所受的力，运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解。 (2)功能关系。根据场力及其它外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系，从而可确定带电粒子的运动情况，这条线索不但适用于均匀场，也适用于非均匀场。因此要熟悉各种力做功的特点。 处理带电粒子在场中的运动问题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、小球等宏观带电粒子由题设条件决定，一般把装置在空间的方位介绍的很明确的，都应考虑重力，有时还应根据题目的隐含条件来判断。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。二、趋势 电磁场是历年高考的一个重点。带电粒子在电场、磁场中的运动问题对学生的空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力有较高的要求，是考查考生多项能力的极好载体，是高考的热点，特别要在理解和掌握分析处理此类问题的方法上多下功夫。包括磁场在内的复合场中运动的问题，因其涉及的知识点多，易于考查学生综合运用物理知识分析处理实际问题的能力，所以该专题知识是每年高考必考的内容，且多以难度中等或中等偏上的计算题出现。力电综合问题可以巧妙地把电场、磁场和牛顿定律、动能定理和动量定理、能量守恒和动量守恒等知识有机地结合在一起。除此之外，电场、磁场问题与生产技术、生活实际和科学研究等的知识联系也很多，这些都是命题的新动向。三、基本方法1方法与技巧：电磁学的不同部分都有它自己的特殊的内容，包括概念、规律、理论和研究方法，但它们又有共同的规律，一般的方法是相通的。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，从三条主要途径解决问题。 力的观点：常用牛顿定律和运动学的基本规律列方程。遇到曲线运动则用正交分解的方法将曲线运动转化为直线运动来处理。 能量的观点：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()列方程b从某些能量的减少等于另一些能量的增加（即)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。 动量的观点：包括动量定理和动量守恒定律 2解题注意点： 既要重视每一部分知识的自身规律，熟知和深刻理解概念、定理、定律的内容和限定条件，又要提炼出对不同的知识内容都适宜的思考和处理问题的方法。以上提出的三个方面就可以作为思考和处理不同内容的问题的切入点，这是指导思想。这种思想不仅仅对单一的电场或磁场中的问题是适宜的，对那些电场、磁场、重力场共存的情况也非常重要。四、基本题型 1、电场相关的概念问题 (1)电场强度是描述电场力的性质的物理量。场强E与F、q无关，由电场本身决定。 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。 (2)比较电场中两点的电场强度的大小的方法： 场强是矢量。比较电场强度的大小应比较其绝对值的大小。 I在同一电场分布图上，电场线分布相对密集处，场强较大；电场线分布相对稀疏处，场强较小。 等势面密集处场强大，等势面稀疏处场强小点电荷的电场，由可知，电场中距这个点电荷Q较近的点的场强较大。匀强电场，场强处处相等(3)电势、电势差、电势能的关系：电势能是电荷与电场所共有；电势、电势差由电场本身决定。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。(4)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。（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。） (5)电势、等势面与电场线的关系：电场线垂直于等势面，且指向电势降落最快的方向；等势面越密集的地方，电场强度越大。2、带电粒子在匀强电场中的运动(1)等效“重力场”：(2)加速：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，适用匀强电场。有：,根据动能定理与电场力做功求解，适用任何电场。基本方程：,(3)偏转：设极板间的电压U恒定，两极板间的距离为d，极板长度为L。 受力分析：带电粒子垂直于匀强电场的场强方向进入电场后，受恒定的电场力作用，且与初速度方向垂直，因而做匀变速曲线运动类平抛运动，如图。运动分析：垂直电场方向匀速直线：,平行电场方向初速度为零的匀加速直线：,粒子通过电场区的侧移距离：，粒子通过电场区偏转角：。粒子从极板中线射入匀强电场，出射时速度的反向延长线必交于入射线的中点；侧移也可表示为：。3、带电粒子在交变电场中的运动 当电场强度发生变化时，带电粒子在电场中的受力将变化，从而使粒子的运动状态发生相应的变化，粒子可能单向变速直线运动，也可能变速往复运动（主要与粒子的初始状态和电场的变化规律、受力特点等有关。） a若粒子（不计重力）初速度为零，静止在两极板间，再两极板间加左图电压，粒子做单向变速直线运动；若加右图电压，粒子则做往复变速运动。b若粒子以初速度为从B板射入（设B有一小孔）两极板之间，并且电场力能在第一个半个周期内使之速度减小到零，则左图的电压能使粒子做单向变速直线运动；右图的电压粒子就不能做往复运动了。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。4、磁场相关的概念问题(1)电流磁场的方向判断：安培右手定则，应用：直导线、环型电流、通电螺线管(2)磁感线：一定要熟悉五种典型磁场的磁感线空间分布（这是正确分析解答问题的关健）：(3)磁感应强度（也叫磁通密度）B：B是矢量，是磁场本身特性的物理量，由磁场本身决定，与I大小、导线的长短L，受力F都无关。定义式：当时，（B，I平面）。磁场的叠加：空间某点如果同时存在两个以上电流或磁体激发的磁场，则该点的磁感应强度是各电流或磁体在该点激发的磁场的磁感应强度的矢量和，满足矢量运算法则。 (4)安培力F：磁场对电流的作用力，是宏观力。大小：当时，F=BIL方向：左手定则。(5)磁通量：标量，定义式：的物理意义：穿过某一面积的磁感线条数，也叫做穿过这个面积的磁通量。注意：是特殊的标量。对某一面积的磁通量，一定要指明“是哪一个面的、方向如何”。(6)洛仑兹力：磁场对运动电荷的作用力，是微观力。大小：当时， 方向：左手定则。6、带电粒子在复合场中的运动：(1)常见运动类型：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为洛仑兹力时 (2)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（g定），由电场强度决定电场力大小（q定）；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。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)善于应用模型求解： 匀速直线运动模型：“两场”时两力平衡，“三场”时三力平衡匀速圆周运动模型：洛伦兹力提供向心力，电场力和重力平衡。7、电容器(1)电容定义式：，适用于任何电容器，而电容C与Q、U无关，由电容器自身构造决定。 (2)平行板电容器：电容器的一个理想化模型。其决定式： (3)动态分析：分清哪些是变量；哪些是不变量；哪些是自变量；哪些是因变量。 电键K保持闭合，则电容器两端的电压保持不变（等于电源电动势）：带电量而，。充电后断开K，则电容器带电量Q保持不变：这种情况下，。8、应用(1)示波器构造：主要由电子枪、竖直偏转电极和水平偏转电极、荧光屏组成 原理：两电极都不加偏转电压时，由电子枪产生的高速电子做直线运动，打在荧光屏中心，形成一个亮点。这时如果在水平偏转电极上加上随时间均匀变化的电压，则电子因受偏转电场的作用，打在荧光屏上的亮点便沿水平方向匀速移动；如果再在竖起偏转电极上，加上一随时间变化的信号电压，则亮点在竖直方向上也要发生偏移，偏移的大小与所加信号电压的大小成正比。这样，亮点一方面随着时间的推移在水平方向匀速移动，一方面又正比于信号电压在竖直方向上产生偏移。于是在荧光屏上便形成一波形曲线，此曲线反映出信号电压随时间变化的规律。 (2)加速器 直线加速器 a单级加速器：是利用电场加速，如图。粒子获得的能量：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。b多级加速器：是利用两个金属筒缝间的电场加速。粒子获得的能量：缺点是：金属筒的长度一个比一个长，占用空间太大。回旋加速器：采用电场对粒子加速、用磁场对粒子偏转。优点是：用小电压多次加速，获得大速度。a回旋加速器使粒子获得的最大能量： 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：轨道半径，即，所以粒子的最大能量为。由动能定理有：，由此可知：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。 b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，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，破坏了加速器的工作条件，也就无法提高速率了。 (3)速度选择器：带电粒子以垂直电磁场的方向射入电磁场中做匀速直线运动：，。 注意：速度选择器只能选择速度，而不能选择带电的多少和带电的正负。 (4)磁流体发电机 如图所示，由燃烧室O燃烧电离成的正、负离子（等离子体）以高速喷入偏转磁场B中。在洛伦兹力作用下，正、负离子分别向上、下极板偏转、积累，从而在板间形成一个向下的电场，两板间形成一定的电势差。当时电势差稳定，这就相当于一个可以对外供电的电源。 (5)电磁流量计： 原理：一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动。 导电液体中的自由电荷（正负离子）在洛仑兹力的作用下横向偏转，a、b间出现电势差。当自由电荷所受的电场力和洛仑兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定。有，可得。则流量：(6)质谱仪如图所示组成：离子源O，加速场U，速度选择器（E，B），偏转场B2，胶片。原理：加速场中选择器中：偏转场中：，比荷：质量作用：主要用于测量粒子的质量、比荷、研究同位素。