高中物理引力场、电场、磁场经典解题技巧专题辅导.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date高中物理引力场、电场、磁场经典解题技巧专题辅导高三物理(人教版)第二轮专题辅导讲座高中物理引力场、电场、磁场经典解题技巧专题辅导【考点透视】一万有引力定律万有引力定律的数学表达式:,适用条件是:两个质点间的万有引力的计算。在高考试题中,应用万有引力定律解题常集中于三点:在地球表面处地球对物体的万有引力近似等于物体的重力,即,从而得出,它在物理量间的代换时非常有用。天体
2、作圆周运动需要的向心力来源于天体之间的万有引力,即;圆周运动的有关公式:,。二电场库仑定律:,(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:(实用任何电场),其方向为正电荷受力的方向。电场强度是矢量。真空中点电荷的场强:,匀强电场中的场强:。电势、电势差:。电容的定义式:,平行板电容器的决定式。电场对带电粒子的作用:直线加速。偏转:带电粒子垂直进入平行板间的匀强电场将作类平抛运动。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,理解沿电场线电势降低,电场线垂直于等势面。三磁场磁体、电流和运动电荷的周围存在着磁场,其基本性质是对放入其中的磁体、
3、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:,方向:用左手定则判定。带电粒子垂直进入匀强磁场时所受洛伦兹力的大小: ,方向:用左手定则判定。若不计带电粒子的重力粒子将做匀速圆周运动,有,。【例题解析】一万有引力例1地球(看作质量均匀分布的球体)上空有许多同步卫星,同步卫星绕地球近似作匀速圆周运动,根据所学知识推断这些同步卫星的相关特点。解析:同步卫星的周期与地球自转周期相同。因所需向心力由地球对它的万有引力提供,轨道平面只能在赤道上空。设地球的质量为M,同步卫星的质量为m,地球半径为R,同步卫星距离地面的高度为h,由,有 ,得;又由得
4、;再由得。由以分析可看出:地球同步卫星除质量可以不同外,其轨道平面、距地面高度、线速度、向心加速度、角速度、周期等都应是相同的。点拨:同步卫星、近地卫星、双星问题是高考对万有引力定律中考查的落足点,对此应引起足够的重视,应注意准确理解相关概念。例2某星球的质量为,在该星球表面某一倾角为的山坡上以初速度平抛一个物体,经时间该物体落到山坡上。欲使该物体不再落回该星球的表面,至少应以多大的速度抛出物体(不计一切阻力,万有引力常量为)?解析:由题意可知是要求该星球上的“近地卫星”的绕行速度,也即为第一宇宙速度。设该星球表面处的重力加速度为,由平抛运动可得,故;对于该星球表面上的物体有,所以;而对于绕该
5、星球做匀速圆周运动的“近地卫星”应有,故。点拨:只有准确理解了第一宇宙速度的概念才能找到此题的切入点。以某星球为背景,在该星球上作相关的物理实验是高考试题的一种新趋势。处理时最好把该星球理解为熟知的地球,以便“身临其境”,这样会更容易理解、思考问题,从而找出正确的解题方法。例3如右图所示,、是在地球大气层外的圆形轨道上运行的3颗人造卫星,下列说法正确的是()A、的线速度大小相等,且大于的线速度B、的向心加速度大小相等,且大于的向心加速度C加速可以追上同轨道上的,减速可以等候同一轨道上的D卫星由于某种原因,轨道半径缓慢变小,其线速度将变大解析:因为、在同一轨道上运行,由知,其线速度大小、加速度大
6、小相等,而、轨道半径大于轨道半径,由知;而因, 有;当加速时,有,离故它将偏离原轨道而做离心运动;当减速时,有,它将偏原轨道而离圆心越来越近,所以在同轨道上无论如何也追不上,也等不到;而卫星由于某种原因,轨道半径缓慢变小,由在此过程中万有引力做正功,减少的引力势能一部分转化为内能,另一部分则转化为卫星的动能,故其线速度将变大,所以综上所述,正确选项是D。点拨:通过万有引力与所需向心力大小的比较,可以判定卫星是否作圆周运动,也能有助于理解天体变轨过程。二电场【例题解析】例P1P2ab4、ab是长为l的均匀带电细杆,P1、P2是位于ab所在直线上的两点,位置如图所示。ab上电荷产生的静电场在P1处
7、的场强大小为,在P2处的场强大小为,则以下说法正确的是()A两处的电场方向相同, B两处的电场方向相反, C两处的电场方向相同, D两处的电场方向相反,解析:设均匀带电细杆带正电荷,杆P1点左边的和P1点右边的的电荷在P1处产生的场强叠加为0,细杆右边距P1的到处的电荷在P1处产生的场强为,方向水平向左,而整个杆在P2处产生的场强方向水平向右,可等效为杆的右端的部分在该点产生的场强(大小与相等)和杆左端的部分该点产生的场强的矢量叠加,因两者方向相同,均与的方向相反,必有,所以,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则。对此类非点电荷场强叠加问题,在中学阶段常利用电荷分布的对
8、称性、等效性来处理。例5如图所示的匀强电场中,有a、b、c三点,ab=5cm,bc=12cm,其中ab沿电场方向,bc和电场方向成600角,一个电荷量为q=C的正电荷从a移到b电场力做功为Wl=J,求: (1)匀强电场的场强E=? (2)电荷从b移到c,电场力做功W2=? (3)a、c两点的电势差=?解析: (1)设ab两点间距离d,Wl=qUab,所以。 (2)设bc两点沿场强方向距离,即。 (3)设电荷从移到c电场力做功为,则,。点拨:匀强电场的场强公式中的是指两点间距离在场强方向上的投影。电场力做功W=qU与路径无关,只与初末位置间的电势差有关,注意理解第三问的求解思路。例6一束质量为、
9、电荷量为的带电粒子以平行于两极板的速度进入匀强电场,如图所示。如果两极板间电压为U,两极板间的距离为d,板长为l,设粒子束不会击中极板,则粒子从进入电场到飞出极板时电势能的变化量是多少(粒子的重力忽略不计)?解析:粒子在极板间运动的时间,垂直于极板方向的加速度,所以粒子在飞越极板间电场的过程中,在电场方向发生的侧移,电场力对粒子做的功,所以粒子电势能的变化量。点评:本题未说明粒子射入的位置,但从“粒子束不会击中极板”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,仔细阅审题,领会一些关键句子的意义,具有决定性的意义。顺便指出,
10、粒子射出电场后将作匀速直线运动。例7如图()所示,真空中相距d=5cm的两块平行金属板A、B与电源连接(图中未画出),其中B板接地(电势为零),A板电势变化的规律如图()所示。将一个质量m=2.010-27 kg,电量q=+1.610-19C的带电粒子从紧临B板处释放,不计重力。求:(1)在t=0时刻释放该带电粒子,释放瞬间粒子加速度的大小;(2)若A板电势变化周期T=1.010-5 s,在t=0时将带电粒子从紧临B板处无初速释放,粒子到达A板时动量的大小;(3)A板电势变化频率多大时,在t=到t=时间内从紧临B板处无初速释放该带电粒子,粒子不能到达A板。解析:(1)电场强度,带电粒子所受电场
11、力,故; (2)粒子在0时间内走过的距离为,故带电粒子在t=时恰好到达A板,根据动量定理,此时粒子动量; (3)若在带t=释放电粒子,粒子在t=到t=内先作匀加速运动,后作匀减速运动至速度为零,以后将返回。粒子向A板运动的可能最大位移,当sd时,粒子不能到达A板,因,故电势变化频率应满足。点拨:处理带电粒子在“方波”电压形成的交变电场中的运动问题,关键是将带电粒子在不同方向的电场中的运动过程、受力情况分析清楚。要特别注意:粒子在不同时刻射入电场,它在电场中的运动会有很大差别;当电场方向改变时,粒子的运动方向不一定改变。若粒子的速度恰好为零,它将沿电场力方向运动;若不为零,则运动方向不变。三磁场
12、例8在水平面上平行放置着两根长度均为的金属导轨和,导轨间距为,导轨和电路的连接如图所示。在导轨的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。将开关闭合,断开,电压表和电流表的示数分别为和,金属棒仍处于静止状态;再将开关闭合,电压表和电流表的示数分别为和,金属棒在导轨上由静止开始运动,运动过程中金属棒始终与导轨垂直。设金属棒的质量为m,金属棒与导轨之间的动摩擦因数为,忽略导轨的电阻以及金属棒运动过程中产生的感应电动势,重力加速度为。求:(1)金属棒到达端时的速度大小。 (2)金属棒在导轨上运动的过程中,电流在金属棒中产生的热量。解析:(1)当通过金属
13、棒的电流为时,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,金属棒到达端时的速率为,由牛顿第二定律得,根据运动学公式有。(2)开关闭合,断开,当金属棒静止不动,其电阻为;设金属棒在导轨上运动的时间为,电流在金属棒中产生的热量为Q,根据焦耳定律和运动学公式得。点拨:关于磁场对电流的作用力问题,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力,能对所遇问题进行具体分析,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。例9在以坐标原点O为圆心、半径为r的圆形区域内,存在磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场,如图所示。一个不计重力的带
14、电粒子从磁场边界与x轴的交点A处以速度v沿x方向射入磁场,恰好从磁场边界与y轴的交点C处沿y方向飞出。(1)请判断该粒子带何种电荷,并求出其比荷;(2)若磁场的方向和所在空间范围不变,而磁感应强度的大小变为,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对于入射方向改变了60角,求磁感应强度多大?此次粒子在磁场中运动所用时间t是多少?解析:(1) 根据左手定则,由粒子的飞行轨迹可知该粒子带负电。粒子由A点射入,由C点飞出了其速度方向改变了900,则粒子轨迹半径,而,粒子的比荷。 (2)粒子从D点飞出磁场速度方向改变了600角,故AD弧所对圆心角为600,粒子做圆周运动的半径,而,
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