（全国通用）高三物理二轮复习 专题六 电场和磁场课件.ppt

专题六电场和磁场专题六电场和磁场2021/8/11 星期三1展示考纲展示考纲明晰考向明晰考向方法归纳方法归纳重点点拨重点点拨锁定考点锁定考点高效突破高效突破2021/8/11 星期三2展示考纲展示考纲明晰考向明晰考向重要考点重要考点考题预测考题预测1.1.库仑库仑定律定律.().()2.2.电场电场强强度、点度、点电电荷的荷的场场强强.().()3.3.电势电势差差.().()4.4.带电带电粒子在匀粒子在匀强强电场电场中的运中的运动动.().()5.5.匀匀强强磁磁场场中的安培力中的安培力.().()6.6.洛洛伦兹伦兹力公式力公式.().()7.7.带电带电粒子在匀粒子在匀强强磁磁场场中的运中的运动动.().()带电带电粒子在粒子在电场电场中的运中的运动动和磁和磁场场中的偏中的偏转转是命是命题题的的热热点点.20162016年高考年高考对带电对带电粒子在粒子在电场电场和磁和磁场场中的运中的运动动仍以仍以选择题选择题的的形式考形式考查查的可能性的可能性较较大大,往往往往与牛与牛顿顿运运动动定律、功能关系、定律、功能关系、平抛运平抛运动动和和圆圆周运周运动动等知等知识结识结合命合命题题.2021/8/11 星期三3方法归纳方法归纳重点点拨重点点拨一、电场力做功的求解方法一、电场力做功的求解方法1.1.利用电功的定义式利用电功的定义式W=Flcos W=Flcos 来求来求.2.2.利用结论利用结论“电场力做功等于电势能增量的负值电场力做功等于电势能增量的负值”来求来求,即即W=-EW=-Ep p.3.3.利用利用W WABAB=qU=qUABAB来求来求.4.4.对只在电场力作用下运动的带电体对只在电场力作用下运动的带电体W=EW=Ek k.2021/8/11 星期三4二、带电粒子的二、带电粒子的“磁偏转磁偏转”和和“电偏转电偏转”的比较的比较2021/8/11 星期三52021/8/11 星期三6锁定考点锁定考点高效突破高效突破考点一考点一电场性质的应用电场性质的应用备选例题备选例题2021/8/11 星期三7思路探究思路探究(1)(1)匀强电场的等势面具有什么特点匀强电场的等势面具有什么特点?答案答案:匀强电场的等势面为与电场线垂直的一簇平行直线匀强电场的等势面为与电场线垂直的一簇平行直线.(2)(2)由由W WMNMN=W=WMPMP可得出什么结论可得出什么结论?答案答案:说明说明U UMNMN=U=UMPMP,进而可得出进而可得出N N=P P,从而可以得出从而可以得出N,PN,P两点在同一等势面上两点在同一等势面上.(3)(3)如何确定电场力做功的正负如何确定电场力做功的正负?答案答案:可根据力的方向与位移方向的夹角来判断可根据力的方向与位移方向的夹角来判断,也可应用也可应用W WABAB=qU=qUABAB来判断来判断.解析解析:由电子从由电子从M M点分别运动到点分别运动到N N点和点和P P点的过程中点的过程中,电场力所做的负功相电场力所做的负功相等可知等可知,M M N N=P P,故过故过N,PN,P点的直线点的直线d d位于某一等势面上位于某一等势面上,则与直线则与直线d d平行的平行的直线直线c c也位于某一等势面上也位于某一等势面上,选项选项A A错误错误,B,B正确正确;M M=Q Q,则电子由则电子由M M点运动到点运动到Q Q点点,电场力不做功电场力不做功,选项选项C C错误错误;由于由于P P M M=Q Q,电子由电子由P P点运动到点运动到Q Q点点,电势能电势能减小减小,电场力做正功电场力做正功,选项选项D D错误错误.答案答案:B B2021/8/11 星期三8通关演练通关演练1.1.电场力做功与电势能变化电场力做功与电势能变化如图如图(a)(a)所示所示,光滑绝缘水平面上有甲、乙两个带电小球光滑绝缘水平面上有甲、乙两个带电小球.t=0.t=0时时,乙球以乙球以6 6 m/sm/s的初速度向静止的甲球运动的初速度向静止的甲球运动.之后之后,它们仅在电场力的作用下沿同一它们仅在电场力的作用下沿同一直线运动直线运动(整个运动过程中没有接触整个运动过程中没有接触).).它们运动的它们运动的v v-t-t图像分别如图图像分别如图(b)(b)中甲、乙两曲线所示中甲、乙两曲线所示.由图线可知由图线可知()A.A.甲、乙两球一定带异种电荷甲、乙两球一定带异种电荷B.tB.t1 1时刻两球的电势能最小时刻两球的电势能最小C.0C.0t t2 2时间内时间内,两球间的库仑力先增大后减小两球间的库仑力先增大后减小D.0D.0t t3 3时间内时间内,甲球的动能一直增大甲球的动能一直增大,乙球的动能一直减小乙球的动能一直减小C C2021/8/11 星期三9解析解析:由由0 0t t1 1时间内时间内,甲球加速、乙球减速可知甲球加速、乙球减速可知,甲、乙两球相互甲、乙两球相互排斥排斥,带同种电荷带同种电荷,选项选项A A错误错误;t;t1 1时刻两球相距最近时刻两球相距最近,此时系统库仑此时系统库仑力做负功最多力做负功最多,电势能最大电势能最大,选项选项B B错误错误;0;0t t1 1时间内时间内,间距减小间距减小,库库仑力增大仑力增大,t,t1 1t t2 2时间内间距增大时间内间距增大,电场力减小电场力减小,选项选项C C正确正确;0;0t t2 2时时间内间内,乙球动能一直减小到零乙球动能一直减小到零,在在t t2 2t t3 3时间内时间内,乙球动能增大乙球动能增大,选项选项D D错误错误.2021/8/11 星期三10AD AD 2021/8/11 星期三112021/8/11 星期三12C C 2021/8/11 星期三132021/8/11 星期三14方法总结方法总结 判断电场性质的常用方法判断电场性质的常用方法2021/8/11 星期三15考点二考点二带电体在电场中的运动带电体在电场中的运动典例典例 (2015 (2015四川理综四川理综)如图所示如图所示,粗糙、绝缘的直轨道粗糙、绝缘的直轨道OBOB固定在水平桌面固定在水平桌面上上,B,B端与桌面边缘对齐端与桌面边缘对齐,A,A是轨道上一点是轨道上一点,过过A A点并垂直于轨道的竖直面右侧点并垂直于轨道的竖直面右侧有大小有大小E=1.510E=1.5106 6 N/C,N/C,方向水平向右的匀强电场方向水平向右的匀强电场.带负电的小物体带负电的小物体P P电荷电荷量是量是2.0102.010-6-6C,C,质量质量m=0.25 kg,m=0.25 kg,与轨道间动摩擦因数与轨道间动摩擦因数=0.4.P=0.4.P从从O O点由静点由静止开始向右运动止开始向右运动,经过经过0.55 s0.55 s到达到达A A点点,到达到达B B点时速度是点时速度是5 m/s,5 m/s,到达空间到达空间D D点时速度与竖直方向的夹角为点时速度与竖直方向的夹角为,且且tan=1.2.Ptan=1.2.P在整个运动过程中始终在整个运动过程中始终受到水平向右的某外力受到水平向右的某外力F F作用作用,F,F大小与大小与P P的速率的速率v v的关系如表所示的关系如表所示.P.P视为质视为质点点,电荷量保持不变电荷量保持不变,忽略空气阻力忽略空气阻力,取取g=10 m/sg=10 m/s2 2.求求:v/(msv/(ms-1-1)0v20v22v52v0)q(q0)的粒子在的粒子在匀强电场中运动匀强电场中运动,A,B,A,B为其运动轨迹上的两点为其运动轨迹上的两点.已知该粒子在已知该粒子在A A点的速度点的速度大小为大小为v v0 0,方向与电场方向的夹角为方向与电场方向的夹角为60;60;它运动到它运动到B B点时速度方向与电点时速度方向与电场方向的夹角为场方向的夹角为30.30.不计重力不计重力.求求A,BA,B两点间的电势差两点间的电势差.2021/8/11 星期三272021/8/11 星期三28考点三考点三安培力作用下的平衡与运动问题安培力作用下的平衡与运动问题典例典例 如图所示如图所示,两平行金属导轨间的距离两平行金属导轨间的距离L=0.40 m,L=0.40 m,金属导轨所在的平面金属导轨所在的平面与水平面夹角与水平面夹角=37,=37,在导轨所在平面内在导轨所在平面内,分布着磁感应强度分布着磁感应强度B=0.50 T,B=0.50 T,方方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场向垂直于导轨所在平面的匀强磁场,金属导轨的一端接有电动势金属导轨的一端接有电动势E=4.5 VE=4.5 V、内阻内阻r=0.50 r=0.50 的直流电源的直流电源.现把一个质量现把一个质量m=0.04 kgm=0.04 kg的导体棒的导体棒abab放在金属放在金属导轨上导轨上,导体棒恰好静止导体棒恰好静止.导体棒与金属导轨垂直且接触良好导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻属导轨接触的两点间的电阻R R0 0=2.5,=2.5,金属导轨电阻不计金属导轨电阻不计,g,g取取10 m/s10 m/s2 2.已知已知sin 37=0.60,cos 37=0.80,sin 37=0.60,cos 37=0.80,求求:(1)(1)通过导体棒的电流通过导体棒的电流;2021/8/11 星期三29审题突破审题突破2021/8/11 星期三30答案答案:(1)1.5 A(1)1.5 A 2021/8/11 星期三31(2)(2)导体棒受到的安培力的大小导体棒受到的安培力的大小;(3)(3)导体棒受到的摩擦力导体棒受到的摩擦力.规范解答规范解答:(2)(2)导体棒受到的安培力导体棒受到的安培力F F安安=BIL=0.3 N.=BIL=0.3 N.(3)(3)导体棒受力如图所示导体棒受力如图所示,由于导体棒所受重力沿导轨所在平面向下的分力由于导体棒所受重力沿导轨所在平面向下的分力F F1 1=mgsin 37=0.24 NF=mgsin 37=0.24 NF安安=0.3 N,=0.3 N,故导体棒受沿导轨所在平面向下的摩擦故导体棒受沿导轨所在平面向下的摩擦力力f,f,由共点力平衡的条件得由共点力平衡的条件得F F1 1+f=F+f=F安安 所以所以f=0.06 N.f=0.06 N.答案答案:(2)0.3 N(2)0.3 N(3)0.06 N,(3)0.06 N,方向沿导轨所在平面向下方向沿导轨所在平面向下2021/8/11 星期三32以例说法以例说法 有安培力作用的力学问题解题步骤有安培力作用的力学问题解题步骤(1)(1)画好辅助图画好辅助图(如斜面如斜面),),标明辅助方向标明辅助方向(如如B B的方向、的方向、I I的方向等的方向等)是画好是画好受力分析图的关键受力分析图的关键.若是立体图若是立体图,则必须先将立体图转换为平面图则必须先将立体图转换为平面图.(2)(2)对物体受力分析对物体受力分析,要注意安培力方向的确定要注意安培力方向的确定.(3)(3)根据平衡条件或物体的运动状态列出平衡方程或牛顿第二定律方程根据平衡条件或物体的运动状态列出平衡方程或牛顿第二定律方程.(4)(4)如果用到其他规律如果用到其他规律,如闭合电路欧姆定律、运动学规律、能量的转化如闭合电路欧姆定律、运动学规律、能量的转化与守恒等与守恒等,也要列出相应的方程也要列出相应的方程.(5)(5)根据方程讨论分析、求解并验证结果根据方程讨论分析、求解并验证结果.2021/8/11 星期三33题组训练题组训练1.1.通电导体在匀强磁场中的平衡问题通电导体在匀强磁场中的平衡问题(2015(2015全国新课标理综全国新课标理综)如图如图,一长为一长为10 cm10 cm的金属棒的金属棒abab用两个完全相同用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中;磁场的磁感应强度大小为磁场的磁感应强度大小为0.1 T,0.1 T,方向方向垂直于纸面向里垂直于纸面向里;弹簧上端固定弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘下端与金属棒绝缘.金属棒通过开关与金属棒通过开关与一电动势为一电动势为12 V12 V的电池相连的电池相连,电路总电阻为电路总电阻为2.2.已知开关断开时两弹簧已知开关断开时两弹簧的伸长量均为的伸长量均为0.5 cm;0.5 cm;闭合开关闭合开关,系统重新平衡后系统重新平衡后,两弹簧的伸长量与开两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了关断开时相比均改变了0.3 cm.0.3 cm.重力加速度大小取重力加速度大小取10 m/s10 m/s2 2.判断开关闭判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向合后金属棒所受安培力的方向,并求出金属棒的质量并求出金属棒的质量.2021/8/11 星期三34解析解析:依题意依题意,开关闭合后开关闭合后,电流方向为从电流方向为从b b到到a,a,由左手定则可知由左手定则可知,金属棒金属棒所受的安培力方向为竖直向下所受的安培力方向为竖直向下.开关断开时开关断开时,两弹簧各自相对于其原长的伸长量为两弹簧各自相对于其原长的伸长量为ll1 1=0.5 cm.=0.5 cm.由胡克由胡克定律和力的平衡条件得定律和力的平衡条件得2kl2kl1 1=mg=mg式中式中,m,m为金属棒的质量为金属棒的质量,k,k是弹簧的劲度系数是弹簧的劲度系数,g,g是重力加速度的大小是重力加速度的大小.开关闭合后开关闭合后,金属棒所受安培力的大小为金属棒所受安培力的大小为F=ILBF=ILB式中式中,I,I是回路电流是回路电流,L,L是金属棒的长度是金属棒的长度.两弹簧各自再伸长了两弹簧各自再伸长了ll2 2=0.3=0.3 cm,cm,由胡克定律和力的平衡条件得由胡克定律和力的平衡条件得2k(l2k(l1 1+l+l2 2)=mg+F)=mg+F由欧姆定律有由欧姆定律有E=IRE=IR式中式中,E,E是电池的电动势是电池的电动势,R,R是电路总电阻是电路总电阻.联立各式联立各式,并代入题给数据得并代入题给数据得m=0.01 kg.m=0.01 kg.答案答案:见解析见解析2021/8/11 星期三35B B 2021/8/11 星期三362021/8/11 星期三373.3.通电导体在磁场中的运动问题通电导体在磁场中的运动问题(2014(2014浙江理综浙江理综)()(多选多选)如图如图(甲甲)所示所示,两根光滑平行导轨水平放置两根光滑平行导轨水平放置,间距间距为为L,L,其间有竖直向下的匀强磁场其间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为磁感应强度为B.B.垂直于导轨水平对称垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒放置一根均匀金属棒.从从t=0t=0时刻起时刻起,棒上有如图棒上有如图(乙乙)所示的持续交变电所示的持续交变电流流I,I,周期为周期为T,T,最大值为最大值为I Im m,图图(甲甲)中中I I所示方向为电流正方向所示方向为电流正方向.则金属棒则金属棒()A.A.一直向右移动一直向右移动B.B.速度随时间周期性变化速度随时间周期性变化C.C.受到的安培力随时间周期性变化受到的安培力随时间周期性变化D.D.受到的安培力在一个周期内做正功受到的安培力在一个周期内做正功ABCABC2021/8/11 星期三382021/8/11 星期三39考点四考点四 带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动2021/8/11 星期三40思路探究思路探究 (1)(1)粒子从磁场中射出时速度方向如何粒子从磁场中射出时速度方向如何?答案答案:沿沿QNQN方向方向.2021/8/11 星期三41(2)(2)若若MNMN的长度的长度L=1.5 m,L=1.5 m,带电粒子的质量为带电粒子的质量为m=4.010m=4.010-8-8 kg kg、电量为、电量为q=+4.010q=+4.010-3-3 C C、速度为、速度为v=5.010v=5.0104 4 m/s,m/s,所加磁场的磁感应强度为所加磁场的磁感应强度为B=1.0 T,B=1.0 T,所加有界磁场的横截面仍为圆形所加有界磁场的横截面仍为圆形,带电粒子能沿带电粒子能沿QNQN方向到达方向到达N N点点,则带电粒子则带电粒子由由M M点到点到N N点的时间为多少点的时间为多少?(?(计算结果保留两位有效数字计算结果保留两位有效数字)思路探究思路探究(2)(2)若所加磁场的面积最小若所加磁场的面积最小,则所加圆形磁场的直径与粒则所加圆形磁场的直径与粒子的轨迹应满足什么条件子的轨迹应满足什么条件?答案答案:轨迹在磁场中的弦长等于圆形磁场的直径轨迹在磁场中的弦长等于圆形磁场的直径.(3)(3)如何确定粒子进入磁场的位置如何确定粒子进入磁场的位置?2021/8/11 星期三42答案答案:(2)3.810-5 s(2)3.810-5 s2021/8/11 星期三43以例说法以例说法 作带电粒子在磁场中运动轨迹要考虑的几个方面作带电粒子在磁场中运动轨迹要考虑的几个方面(1)(1)四个点四个点:分别是入射点、出射点、轨迹圆心和入射速度所在直线分别是入射点、出射点、轨迹圆心和入射速度所在直线与出射速度所在直线的交点与出射速度所在直线的交点.(2)(2)六条线六条线:圆弧两端点所在的轨迹半径圆弧两端点所在的轨迹半径,入射速度所在直线和出射速入射速度所在直线和出射速度所在直线度所在直线,入射点与出射点的连线入射点与出射点的连线,圆心与两条速度所在直线交点圆心与两条速度所在直线交点的连线的连线.前面四条边构成一个四边形前面四条边构成一个四边形,后面两条为对角线后面两条为对角线.(3)(3)三个角三个角:速度偏转角、圆心角、弦切角速度偏转角、圆心角、弦切角,其中偏转角等于圆心角其中偏转角等于圆心角,也等于弦切角的两倍也等于弦切角的两倍.2021/8/11 星期三44题组训练题组训练1.1.带电粒子在匀强磁场中的圆周运动带电粒子在匀强磁场中的圆周运动(2015(2015全国新课标理综全国新课标理综)()(多选多选)有两个匀强磁场区域有两个匀强磁场区域和和,中的磁中的磁感应强度是感应强度是中的中的k k倍倍,两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动动.与与中运动的电子相比中运动的电子相比,中的电子中的电子()A.A.运动轨迹的半径是运动轨迹的半径是中的中的k k倍倍B.B.加速度的大小是加速度的大小是中的中的k k倍倍C.C.做圆周运动的周期是做圆周运动的周期是中的中的k k倍倍D.D.做圆周运动的角速度与做圆周运动的角速度与中的相等中的相等ACAC2021/8/11 星期三452021/8/11 星期三462.2.速度不同的带电粒子在有界匀强磁场中的运动问题速度不同的带电粒子在有界匀强磁场中的运动问题如图所示如图所示,有一个正方形的匀强磁场区域有一个正方形的匀强磁场区域abcd,eabcd,e是是adad的中点的中点,f,f是是cdcd的的中点中点,如果在如果在a a点沿对角线方向以速度点沿对角线方向以速度v v射入一带负电的粒子射入一带负电的粒子,恰好从恰好从e e点射出点射出,则则()A.A.如果粒子的速度增大为原来的二倍如果粒子的速度增大为原来的二倍,将从将从d d点射出点射出B.B.如果粒子的速度增大为原来的三倍如果粒子的速度增大为原来的三倍,将从将从f f点射出点射出C.C.如果粒子的速度不变如果粒子的速度不变,磁场的磁感应强度变为原来的二倍磁场的磁感应强度变为原来的二倍,将从将从d d点点射出射出D.D.只改变粒子的速度使其分别从只改变粒子的速度使其分别从e,d,fe,d,f点射出时点射出时,从从e e点射出所用时间点射出所用时间最短最短A A2021/8/11 星期三472021/8/11 星期三483.3.带电粒子在匀强磁场中运动的多解问题带电粒子在匀强磁场中运动的多解问题如图所示如图所示,在无限长的竖直边界在无限长的竖直边界NSNS和和MTMT之间区域上、下部分分别充之间区域上、下部分分别充满方向垂直于满方向垂直于NSTMNSTM平面向外和向内的匀强磁场平面向外和向内的匀强磁场,磁感应强度大小分磁感应强度大小分别为别为B B和和2B,KL2B,KL为上下磁场的水平分界线为上下磁场的水平分界线,在在NSNS和和MTMT边界上边界上,距距KLKL高高h h处分别有处分别有P,QP,Q两点两点.NS.NS和和MTMT间距为间距为1.8h,1.8h,质量为质量为m m、带电荷量为、带电荷量为+q+q的粒的粒子从子从P P点垂直于点垂直于NSNS边界射入该区域边界射入该区域,在两边界之间做圆周运动在两边界之间做圆周运动,重力重力不计不计,试求试求:(1)(1)要使粒子不从要使粒子不从NSNS边界飞出边界飞出,求粒子入射速度的最小值求粒子入射速度的最小值;2021/8/11 星期三492021/8/11 星期三50(2)(2)若粒子能经过若粒子能经过Q Q点从点从MTMT边界飞出边界飞出,求粒子入射速度的所有可能值求粒子入射速度的所有可能值.2021/8/11 星期三51