(新課標)2020版高考物理大二輪復習 專題四 電場和磁場 第一講 電場和磁場的基本性質教學案

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1、第一講 電場和磁場的基本性質 [知識建構] (注1)……(注4):詳見答案部分 [備考點睛] 1.掌握電場的“3個要點” (1)掌握幾種常見電場的電場線、等勢面的分布特點. (2)掌握判斷電勢能的大小和電勢的高低的方法. (3)掌握等勢面特點和電場強度與電勢關系:等勢面與電場線垂直;等差等勢面越密,電場強度越大;電場強度方向就是電勢降低最快的方向. 2.用準“兩個定則” (1)對電流的磁場用安培定則. (2)對通電導線在磁場中所受的安培力和帶電粒子在磁場中所受的洛倫茲力用左手定則. 3.易錯點歸納 (1)電場強度與電勢無直接關系;(2)注意電容器與電源連接與

2、斷開的兩種情況;(3)應用Ep=qφ比較電勢能時,注意q為負值時的情況;(4)判斷洛倫茲力方向時要注意粒子的電性,粒子電性不同,洛倫茲力的方向不同,運動軌跡也不同. [答案] (1)電場力做功的計算方法 ①WAB=qUAB(普遍適用). ②W=qElcosθ(適用于勻強電場). ③WAB=-ΔEp=EpA-EpB(從能量角度求解). ④W電+W非電=ΔEk(由動能定理求解). (2)電勢高低的判斷方法 判斷角度 判斷方法 依據電場線方向 沿電場線方向電勢逐漸降低 依據電場力做功 根據UAB=,將WAB、q的正負號代入,由UAB的正負判斷φA、φB的高低 依據場源

3、電 荷的正負 取無窮遠處電勢為零,正電荷周圍電勢為正值,負電荷周圍電勢為負值,靠近正電荷處電勢高,靠近負電荷處電勢低 依據電勢 能的高低 正電荷在電勢較高處電勢能大,負電荷在電勢較低處電勢能大 (3) 安培力 定義 通電導線在磁場中受到的力 大小 I與B垂直時:F=BIL I與B平行時:F=0 I與B成θ角時:F=BILsinθ (4) 洛倫茲力 定義 運動電荷在磁場中受到的力 大小 v與B垂直時:F=qvB v與B平行時:F=0 v與B成θ角時:F=qvBsinθ 熱點考向一 電場的性質及應用 角度一 電場力的性質 【典例1

4、】 (2019·九江模擬)如圖,A是帶電量為+Q半徑為R的球體且電荷均勻分布(均勻分布電荷的絕緣球體在空間產生對稱的電場,場強大小只和到球心的距離有關),B為帶電量為+q的帶電體可看做點電荷.已檢測到C點的場強為零,d點與C點到球心O的距離都為r,B到C點距離也為r,那么只把帶+q的帶電體移到e點.則d點場強大小為(  ) A.k B.k C.k D.k [思路引領] (1)均勻分布電荷的絕緣球體在空間產生對稱的電場,場強大小只和到球心的距離有關?A在空間某點的場強可由點電荷的場強公式計算. (2)B為帶電量為+q的帶電體可看做點電荷?B在空間某點的場強可由點電荷的場強公式計算

5、. (3)C點的場強為零,d點與C點到球心O的距離都為r,B到C點距離也為r?A的電荷量Q等于B的電荷量q. [解析] A是帶電量為+Q半徑為R的球體且電荷均勻分布,則A在C點產生的場強大小為EA=k,方向水平向右,B為帶電量為+q的帶電體可看做點電荷,則B在C點產生的場強大小為EB=k,方向水平向左,因為C點的場強為零,所以有EA=EB,即Q=q,把帶+q的帶電體B移到e點,則A在d點產生的場強大小為EA′=k,方向豎直向上,B在d點產生的場強大小為EB′=k,方向水平向左,根據電場的疊加原理,將A、B在d點產生的場強進行矢量疊加即可得d點場強大小為k,故A正確,B、C、D錯誤. [答

6、案] A 角度二 電場能的性質 【典例2】 (2018·天津卷)如圖所示,實線表示某電場的電場線(方向未標出),虛線是一帶負電的粒子只在電場力作用下的運動軌跡,設M點和N點的電勢分別為φM、φN,粒子在M和N時加速度大小分別為aM、aN,速度大小分別為vM、vN,電勢能分別為EpM、EpN.下列判斷正確的是(  ) A.vM<vN,aM<aN B.vM<vN,φM<φN C.φM<φN,EpM<EpN D.aM<aN,EpM<EpN [思路引領] (1)粒子雖然不知運動方向,但可以假設由M向N運動,然后根據粒子軌跡彎曲方向,判斷電場力做功情況. (2)粒子帶負電,可根據Ep=q

7、φ判斷電勢高低. [解析] 由粒子軌跡彎曲方向及電場線分布情況可知,粒子所受電場力方向沿電場線切線方向反向,設粒子由M向N運動,則速度方向沿軌跡切線方向,電場力方向與粒子速度方向的夾角為鈍角,電場力做負功,電勢能增大,動能減小,所以vM>vN,EpM

8、等量異種電荷,與靜電計相連,靜電計金屬外殼和電容器下極板都接地.在兩極板間有一固定在A點的點電荷,以E表示兩極板間的電場強度,Ep表示點電荷在A點的電勢能,θ表示靜電計指針的偏角.若保持下極板不動,將上極板向下移動一小段距離至圖中虛線位置,則(  ) A.θ增大,E增大 B.θ增大,Ep不變 C.θ減小,Ep增大 D.θ減小,E不變 [思路引領] 電容器與電源斷開,電荷量不變,上極板向下移動一小段距離,C變化,從而引起兩極板間的電勢差發(fā)生變化.極板間距離的變化不影響場強E,結合A點的位置可判斷Ep的變化情況. [解析] 若保持下極板不動,將上極板向下移動一小段距離,根據C=可知

9、,C變大;根據Q=CU可知,在Q一定的情況下,兩極板間的電勢差減小,則靜電計指針偏角θ減??;根據E=,Q=CU,C=,聯立可得E=,可知E不變;A點離下極板的距離不變,E不變,則A點與下極板的電勢差不變;又因為下極板接地,電勢為0,A點的電勢不變,故Ep不變;由以上分析可知,選項D正確. [答案] D 1.電場性質的判斷方法 (1)電場強度 ①根據電場線的疏密程度進行判斷. ②根據等差等勢面的疏密程度進行判斷. ③根據E=k結合矢量合成進行判斷. (2)電勢 ①由沿電場線方向電勢逐漸降低進行判斷. ②由φ=進行判斷. (3)電勢能 ①根據電場力做功判斷. ②根據Ep

10、=qφ判斷. 2.平行板電容器動態(tài)問題的分析思路 遷移一 庫侖定律的應用及庫侖力的合成 1.(2018·全國卷Ⅰ)如右圖所示,三個固定的帶電小球a、b和c,相互間的距離分別為ab=5 cm,bc=3 cm,ca=4 cm.小球c所受庫侖力的合力方向平行于a、b的連線.設小球a、b所帶電荷量的比值的絕對值為k,則(  ) A.a、b的電荷同號,k= B.a、b的電荷異號,k= C.a、b的電荷同號,k= D.a、b的電荷異號,k= [解析] 如果a、b帶同種電荷,則a、b兩小球對c的作用力均為斥力或引力,此時c在垂直于a、b連線的方向上的合力一定不為零,因此a、b不可

11、能帶同種電荷,A、C錯誤;若a、b帶異種電荷,假設a對c的作用力為斥力,則b對c的作用力一定為引力,受力分析如圖所示,由題意知c所受庫侖力的合力方向平行于a、b的連線,則Fa、Fb在垂直于a、b連線的方向上的合力為零,由幾何關系可知==,又由庫侖定律得=·,聯立解得k==,B錯誤,D正確. [答案] D 遷移二 電場線、等勢線(面)與粒子軌跡分析 2.(2019·洛陽一模)如圖所示虛線表示某電場的等差等勢面,一帶電粒子僅在電場力作用下由A運動到B的徑跡如圖中實線所示.粒子在A點的加速度為aA、動能為EkA、電勢能為EpA;在B點的加速度為aB、動能為EkB、電勢能為EpB.則下列結論

12、正確的是(  ) A.aA>aB,EkA>EkB B.aAEpB C.aAaB,EpAEkB,EpA

13、確. [答案] C 遷移三 平行板電容器問題 3.(2019·廣東湛江模擬)如圖所示,平行板a、b組成的電容器與電池E連接,平行板電容器P處固定放置一帶負電的點電荷,平行板b接地.現將電容器的b板向下稍微移動,則(  ) A.點電荷所受電場力增大 B.點電荷在P處的電勢能減少 C.P點電勢減小 D.電容器的帶電荷量增加 [解析] b板下移后,由C=知電容減小,電容器與電池連接,極板間電壓不變,由Q=UC知,極板帶電荷量減少,D錯誤;極板間電壓不變,板間距離增大導致內部場強減小,點電荷受力減小,A錯誤;根據U=Ed,得UPA=EdPA,dPA不變,場強E的減小導致P處與上極板

14、間電勢差減小,P處的電勢升高,由于點電荷帶負電,負電荷在電勢高處電勢能小,故點電荷在P處的電勢能減少,B正確,C錯誤. [答案] B 電容器與電源連接時電勢和電勢能的分析 如圖所示,平行板電容器經開關S保持與電源連接,a處固定一帶電荷量很小的正點電荷,現將電容器N板向下移動一小段距離時,由于電壓不變,根據E=得場強減小,a點和上極板M的電勢差UMa=EdMa,則UMa減小,又根據UMa=φM-φa知,因φM不變,所以φa升高,正電荷的電勢能增大. 熱點考向二 磁場的性質、安培力 角度一 磁場的疊加及安培力的計算問題 【典例1】 (多選)(2018·全國卷Ⅱ) 如圖所

15、示,紙面內有兩條互相垂直的長直絕緣導線L1、L2,L1中的電流方向向左,L2中的電流方向向上;L1的正上方有a、b兩點,它們相對于L2對稱.整個系統(tǒng)處于勻強外磁場中,外磁場的磁感應強度大小為B0,方向垂直于紙面向外.已知a、b兩點的磁感應強度大小分別為B0和B0,方向也垂直于紙面向外.則(  ) A.流經L1的電流在b點產生的磁感應強度大小為B0 B.流經L1的電流在a點產生的磁感應強度大小為B0 C.流經L2的電流在b點產生的磁感應強度大小為B0 D.流經L2的電流在a點產生的磁感應強度大小為B0 [思路引領] 電流L1在a、b兩點產生的磁場大小相等、方向相同;電流L2在a、b

16、兩點產生的磁場大小相等、方向相反. [解析] 原磁場、電流的磁場方向如圖所示,由題意知 在b點:B0=B0-B1+B2 在a點:B0=B0-B1-B2 由上述兩式解得B1=B0,B2=B0.故選項AC正確. [答案] AC 角度二 安培力作用下導體的平衡及運動 【典例2】 (2019·安徽皖西南名校聯考)如圖所示為一電流表的原理示意圖.質量為m的均質細金屬棒MN的中點處通過一掛鉤與一豎直懸掛的彈簧相連,絕緣彈簧勁度系數為k,在矩形區(qū)域abcd內有勻強磁場,磁感應強度大小為B,方向垂直紙面向外,與MN的右端N連接的一絕緣輕指針可指示標尺上的刻度,MN的長度大于ab.當MN中沒有

17、電流通過且處于平衡狀態(tài)時,MN與矩形區(qū)域的cd邊重合,當MN中有電流通過時,指針所指刻度可表示電流大?。? (1)當電流表示數為零時,彈簧伸長多少?(重力加速度為g) (2)若要電流表正常工作,MN的哪一端應與電源正極相接? (3)若k=2.0 N/m,ab=0.20 m,cb=0.050 m,B=0.20 T,此電流表的量程是多少?(不計通電時電流產生的磁場的作用) (4)若將量程擴大2倍,磁感應強度應變?yōu)槎啻螅? [思路引領]  [解析] (1)設電流表示數為零時,彈簧的伸長為Δx,則有:mg=kΔx① 由①式得:Δx=② 故當電流表示數為零時,彈簧伸長 (2)為使電

18、流表正常工作,作用于通有電流的金屬棒MN的安培力必須向下,由左手定則可知金屬棒中電流從M端流向N端,因此M端應接電源正極 故若要電流表正常工作,MN的M端應接電源正極 (3)設滿量程時通過MN的電流為Im,則有: BIm·ab+mg=k(bc+Δx)③ 聯立①③并代入數據得:Im=2.5 A④ 故此電流表的量程是0~2.5 A (4)設量程擴大后,磁感應強度變?yōu)锽′,則有: 2B′Im·ab+mg=k(bc+Δx)⑤ 由①⑤得B′= 代入數據得B′=0.10 T 故若將量程擴大2倍,磁感應強度應變?yōu)?.10 T [答案] (1) (2)M端 (3)0~2.5 A (4)0

19、.10 T 求解磁場中導體棒運動問題的思路 遷移一 磁場的疊加問題 1.(2019·吉林實驗中學月考)一對相同的載流圓線圈彼此平行且共軸,通以同方向等大電流,在兩線圈圓心O1、O2連線上取A、B、C三點,使得AO1=O1B=BO2=O2C,A、B兩點的磁感應強度大小分別為BA和BB,若僅將線圈O2中電流反向(大小不變),則C點的磁感應強度大小變?yōu)锽C,下列說法正確的是(  ) A.BC=BB-BA,開始時A與C磁場同向,后來A與C磁場反向 B.BC=BB-BA,開始時A與C磁場反向,后來A與C磁場同向 C.BC=2BA-BB,開始時A與C磁場同向,后來A與C磁場反向

20、 D.BC=2BA-BB,開始時A與C磁場反向,后來A與C磁場同向 [解析] 設AO1=O1B=BO2=O2C=x,距離圓環(huán)x處,每個圓環(huán)單獨產生的磁感應強度為B1,距離圓環(huán)3x處每個圓環(huán)單獨產生的磁感應強度為B2.電流同向時,根據安培定則,兩線圈在中軸線上的磁場方向向下,則A點的合磁感應強度BA=B1+B2,方向向下,B點的合磁感應強度BB=2B1,方向向下;O2中電流反向時,線圈O2在C點的磁場方向向上,線圈O1在C點的磁場方向向下,則BC=B1-B2,方向向上,線圈O2在A點的磁場方向向上,線圈O1在A點的磁場方向向下,合磁感應強度方向向下,聯立得BC=BB-BA.由以上分析知,開始

21、時A與C磁場同向,后來A與C磁場反向,故選項A正確,BCD錯誤. [答案] A 遷移二 安培力作用下導體的平衡問題 2.(2019·豫南九校聯考)如右圖所示,水平導軌間距為L=0.5 m, 導軌電阻忽略不計;導體棒ab的質量m=1 kg,電阻R0=0.9 Ω,與導軌接觸良好;電源電動勢E=10 V,內阻r=0.1 Ω,電阻R=4 Ω;外加勻強磁場的磁感應強度B=5 T,方向垂直于ab,與導軌平面成夾角α=53°;ab與導軌間的動摩擦因數為μ=0.5(設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力),定滑輪摩擦不計,線對ab的拉力為水平方向,重力加速度g=10 m/s2,ab處于靜止狀態(tài).已知sin53°

22、=0.8,cos53°=0.6.求: (1)通過ab的電流大小和方向; (2)ab受到的安培力大??; (3)重物重力G的取值范圍. [解析] (1)I==2 A,方向為a到b. (2)F=BIL=5 N. (3)受力如圖fm=μ(mg-Fcos53°)=3.5 N, 當最大靜摩擦力方向向右時FT=Fsin53°-fm=0.5 N, 當最大靜摩擦力方向向左時FT=Fsin53°+fm=7.5 N, 所以0.5 N≤G≤7.5 N. [答案] (1)2 A 方向為a到b (2)5 N (3)0.5 N≤G≤7.5 N 安培力作用下導體棒的

23、平衡與運動問題與力學中的平衡與運動問題的處理方法相同,只是安培力會隨著磁場B、電流I及導線長度L的變化而變化. 高考熱點題型突破——電場中的“兩類”典型圖像問題 幾種常見的E-x圖像 幾種常見的φ-x圖像              【典例】 (多選)(2017·江蘇卷)在x軸上有兩個點電荷q1、q2,其靜電場的電勢φ在x軸上分布如圖所示.下列說法正確的有(  ) A.q1和q2帶有異種電荷 B.x1處的電場強度為零 C.負電荷從x1移到x2,電勢能減小 D.負電荷從x1移到x2,受到的電場力增大 [審題指導]  第一步

24、 讀題干—提信息 題干 信息 x軸上有兩個點電荷,空間的電勢有正有負 兩個電荷為異種電荷 圖像為φ-x圖像 斜率代表電場強度 第二步 審程序—順思路 [解析] 由題圖可知,空間的電勢有正有負,無窮遠處電勢為零,且只有一個極值,則兩個點電荷必定為異種電荷,A項正確;由E=可知,φ-x圖像的切線的斜率的絕對值表示電場強度大小,因此x1處的電場強度不為零,B項錯誤;負電荷從x1移到x2的過程中,電勢升高,電場強度減小,由Ep=qφ、F=qE可知,電勢能減小,受到的電場力減小,C項正確,D項錯誤. [答案] AC (1)E-x圖像特點 ①反映了電場強度隨

25、位移變化的規(guī)律. ②E>0表示場強沿x軸正方向;E<0表示場強沿x軸負方向. ③圖線與x軸圍成的“面積”表示電勢差,“面積”大小表示電勢差大小,兩點的電勢高低根據電場方向判定. (2)φ-x圖像特點及應用 ①電場強度的大小等于φ-x圖線的斜率大小,電場強度為零處,φ-x圖線存在極值,其切線的斜率為零. ②在φ-x圖像中可以直接判斷各點電勢的大小,并可根據電勢大小關系確定電場強度的方向. ③在φ-x圖像中分析電荷移動時電勢能的變化,可用WAB=qUAB,進而分析WAB的正負,然后做出判斷. 1.(2019·湖北荊州第一次質檢)靜電場在x軸上的場強E隨x的變化關系如右圖所示,x

26、軸正方向為場強正方向,帶正電的點電荷沿x軸運動,則點電荷(  ) A.在x2和x4處電勢能相等 B.由x1運動到x3的過程中電勢能增大 C.由x1運動到x4的過程中電勢能先減小后增大 D.由x1運到到x4的過程中電場力先減小后增大 [解析] x2~x4處場強方向沿x軸負方向,則從x2到x4處逆著電場線方向,電勢升高,則正電荷在x4處電勢能較大,故A錯誤;x1~x3處場強為x軸負方向,則從x1到 x3處逆著電場線方向移動,電勢升高,正電荷在x3處電勢能較大,故B正確;由x1運動到x4的過程中,逆著電場線方向,電勢升高,正電荷的電勢能增大,故C錯誤;由x1運動到x4的過程中,電場強

27、度的絕對值先增大后減小,故由F=qE知,電場力先增大后減小,故D錯誤. [答案] B 2.(2019·河北定州期中)兩電荷量分別為q1和q2的點電荷放在x軸上的O、M兩點,兩電荷連線上各點電勢φ隨x變化的關系如圖所示,其中A、N兩點的電勢為零,ND段中C點電勢最高,則下列選項說法錯誤的是(  ) A.q1為正電荷,q2為負電荷 B.q1的電荷量大于q2的電荷量 C.N、C間場強方向沿x軸正方向 D.將一負點電荷從N點移到D點,電場力先做正功后做負功 [解析] 由圖知無窮遠處的電勢為0,A點的電勢為0,由于沿著電場線電勢降低,所以q1為正電荷,q2為負電荷,故A正確.A點的電勢

28、為零,又由于OA>AM,所以q1的電荷量大于q2的電荷量,故B正確.由圖可知:從N到C,電勢升高,根據沿著電場線電勢降低可知,N、C間電場強度方向沿x軸負方向,故C錯誤.N→D段中,電勢先升高后降低,所以場強方向先沿x軸負方向,后沿x軸正方向,將一負點電荷從N點移到D點,電場力先做正功后做負功,故D正確. [答案] C 專題強化訓練(十) 一、選擇題 1.(2019·東北師大附中教學抽樣檢測)如右圖所示,光滑絕緣水平面上兩個相同的帶電小圓環(huán)A、B,電荷量均為q,質量均為m,用一根光滑絕緣輕繩穿過兩個圓環(huán),并系于結點O.在O處施加一水平恒力F使A、B一起加速運動,輕繩恰好構成一個邊長

29、為l的等邊三角形,則(  ) A.小環(huán)A的加速度大小為 B.小環(huán)A的加速度大小為 C.恒力F的大小為 D.恒力F的大小為 [解析] 設輕繩的拉力為T,則對A:T+Tcos60°=k;Tcos30°=maA,聯立解得:aA=,選項B正確,A錯誤;恒力F的大小為F=2ma=,選項C、D錯誤. [答案] B 2.(多選)(2019·武漢二中月考)如右圖所示,a、b、c、d四個質量均為m的帶電小球恰好構成“三星拱月”之形,其中a、b、c三個完全相同的帶電小球在光滑絕緣水平面內的同一圓周上繞O點做半徑為R的勻速圓周運動,三小球所在位置恰好將圓周等分.小球d位于O點正上方h處,且在外力F

30、作用下恰處于靜止狀態(tài),已知a、b、c三小球的電荷量均為q,d球的電荷量為6q,h=R.重力加速度為g,靜電力常量為k.則(  ) A.小球a一定帶正電 B.小球b的周期為 C.小球c的加速度大小為 D.外力F豎直向上,大小等于mg+ [解析] a、b、c三小球所帶電荷量相同,要使它們做勻速圓周運動,則d球與a、b、c三小球一定帶異種電荷,由于d球的電性未知,所以a球不一定帶正電,故A錯誤.設ad連線與水平方向的夾角為α,則cosα==,sinα==;對b球,根據牛頓第二定律和向心力公式得kcosα-2k·cos30°=mR=ma,解得T=,a=,則小球c的加速度大小為,故B、C正

31、確.對d球,由平衡條件得F=3ksinα+mg=mg+,故D正確. [答案] BCD 3.(多選)(2019·全國卷Ⅱ)靜電場中,一帶電粒子僅在電場力的作用下自M點由靜止開始運動,N為粒子運動軌跡上的另外一點,則(  ) A.運動過程中,粒子的速度大小可能先增大后減小 B.在M、N兩點間,粒子的軌跡一定與某條電場線重合 C.粒子在M點的電勢能不低于其在N點的電勢能 D.粒子在N點所受電場力的方向一定與粒子軌跡在該點的切線平行 [解析] 在兩個同種點電荷的電場中,一帶同種電荷的粒子在兩電荷的連線上自M點由靜止開始運動,粒子的速度先增大后減小,選項A正確;帶電粒子僅在電場力作用下運動

32、,若運動到N點的動能為零,則帶電粒子在N、M兩點的電勢能相等;僅在電場力作用下運動,帶電粒子的動能和電勢能之和保持不變,若粒子運動到N點時動能不為零,則粒子在N點的電勢能小于在M點的電勢能,即粒子在M點的電勢能不低于其在N點的電勢能,選項C正確;粒子所受電場力與電場線共線與運動軌跡無關,D錯誤. [答案] AC 4.(多選)(2019·全國卷Ⅲ)如圖,電荷量分別為q和-q(q>0)的點電荷固定在正方體的兩個頂點上,a、b是正方體的另外兩個頂點.則(  ) A.a點和b點的電勢相等 B.a點和b點的電場強度大小相等 C.a點和b點的電場強度方向相同 D.將負電荷從a點移到b點,電

33、勢能增加 [解析] a、b兩點到兩點電荷連線的距離相等,且關于兩點電荷連線中點對稱,可知a、b兩點的電場強度大小相等,方向相同,選項B、C均正確. [答案] BC 5.(2019·山東省濟南市期末測試)兩個點電荷位于x軸上,在它們形成的電場中,若取無限遠處的電勢為零,則在x軸正半軸上各點的電勢如圖中曲線所示,當x→0時,電勢φ→∞,當x→∞時,電勢φ→0.電勢為零的點的橫坐標為x1,電勢為最小值-φ0的點的橫坐標為x2,根據圖線提供的信息,下列判斷正確的是(  ) A.這兩個點電荷一定是同種電荷 B.這兩個點電荷一定是等量的異種電荷 C.在x1處的電場強度為零 D.在x2處的

34、電場強度為零 [解析] 若這兩個點電荷是同種電荷,則在x1處的電勢不可能為零,因此這兩個點電荷一定是異種電荷,選項A錯誤;當x→0時,電勢φ→∞,可知在原點一定有正點電荷,負點電荷只能在x軸負半軸上,且負點電荷所帶電荷量的絕對值一定大于正點電荷所帶電荷量,可知這兩個點電荷必定是不等量的異種電荷,選項B錯誤;根據電場強度與電勢的關系可知E=,故在x2處的電場強度為零,在x1處的電場強度不為零,選項D正確、C錯誤. [答案] D 6.(2019·寶雞高三一模)如右圖所示,豎直放置的兩個平行金屬板間存在勻強電場,與兩板上邊緣等高處有兩個質量相同的帶電小球,小球P從緊靠左極板處由靜止開始釋放,小

35、球Q從兩板正中央由靜止開始釋放,兩小球最終都能運動到右極板上的同一位置,則從開始釋放到運動到右極板的過程中,它們的(  ) A.電荷量之比qP∶qQ=2∶1 B.電勢能減少量之比ΔEpP∶ΔEpQ=2∶1 C.運動時間tp>tQ D.動能增加量之比ΔEkP∶ΔEkQ=4∶1 [解析] 小球在豎直方向上做自由落體運動,在水平方向上做勻加速直線運動,根據合運動與分運動的等時性,兩小球下落的高度一樣,即h=gt2,所以運動的時間相同,設為t,C錯誤;在水平方向上有d=aPt2=t2,d=aQt2=t2,可得qP∶qQ=2∶1,A正確;電勢能的減少量等于電場力所做的功,所以有ΔEpP=U

36、qP,ΔEpQ=UqQ,所以有ΔEpP∶ΔEpQ=4∶1,B錯誤;運動過程中重力和電場力做功,所以動能的增加量為ΔEkP=mgh+UqP,ΔEkQ=mgh+UqQ,所以ΔEkP∶ΔEkQ≠4∶1,D錯誤. [答案] A 7.(2019·全國卷Ⅰ)如圖,等邊三角形線框LMN由三根相同的導體棒連接而成,固定于勻強磁場中,線框平面與磁感應強度方向垂直,線框頂點M、N與直流電源兩端相接.已知導體棒MN受到的安培力大小為F,則線框LMN受到的安培力的大小為(  ) A.2F B.1.5F C.0.5F D.0 [解析] 設三角形邊長為l,通過導體棒MN的電流大小為I,則根據并聯電路

37、的規(guī)律可知通過導體棒ML和LN的電流大小為,如圖所示,依題意有F=BlI,則導體棒ML和LN所受安培力的合力為F1=BlI=F,方向與F的方向相同,所以線框LMN受到的安培力大小為1.5F,選項B正確. [答案] B 8.(2017·全國卷Ⅲ)如圖,在磁感應強度大小為B0的勻強磁場中,兩長直導線P和Q垂直于紙面固定放置,兩者之間的距離為l.在兩導線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時,紙面內與兩導線距離均為l的a點處的磁感應強度為零.如果讓P中的電流反向、其他條件不變,則a點處磁感應強度的大小為(  ) A.0 B.B0 C.B0 D.2B0 [解析] 設導線P在a點處產

38、生的磁感應強度為B,由于a點處的磁感應強度為零,故導線P、Q在a點處產生的合磁感應強度與B0等大反向.如圖甲所示,由幾何關系得,導線P、Q在a點處產生的合磁感應強度B0=2Bcos30°,方向水平向右.若P中的電流反向、其他條件不變,如圖乙所示,由幾何關系得,P、Q導線在a點處的磁感應強度變?yōu)锽,方向豎直向上,則a點處合磁感應強度的大小為=B0,故選項C正確. [答案] C 9.(多選)(2019·南京金陵中學二模)間距為L=20 cm的光滑平行導軌水平放置,導軌左端通過開關S與內阻不計、電動勢為E的電源相連,右端與半徑為L的兩段光滑圓弧導軌相接,一根質量m=60 g、電阻R=1 Ω、

39、長為L的導體棒ab,用長也為L的絕緣細線懸掛,如圖所示,系統(tǒng)空間有豎直方向的勻強磁場,磁感應強度大小為B=0.5 T,當閉合開關S后,導體棒沿圓弧擺動,擺到最大高度時,細線與豎直方向成θ=53°角,擺動過程中導體棒始終與導軌接觸良好且細線處于張緊狀態(tài),導軌電阻不計,sin53°=0.8,cos53°=0.6,g=10 m/s2,則(  ) A.磁場方向一定豎直向下 B.電源電動勢E=3.0 V C.導體棒在擺動過程中所受安培力F=3 N D.導體棒在擺動過程中電源提供的電能為0.048 J [解析] 當開關S閉合時,導體棒向右擺動,說明其所受安培力水平向右,由左手定則可知,磁場方

40、向豎直向下,故A正確;設電路中電流為I,則根據動能定理得-mgL(1-cos53°)+FLsin53°=0,解得安培力F=0.3 N,由F=BIL=,得E=3 V,故B正確,C錯誤;導體棒在擺動過程中電源提供的電能一部分轉化為導體棒的機械能E=mgL(1-cos53°)=0.06×10×0.2×0.4 J=0.048 J,另一部分轉化為焦耳熱,故D錯誤. [答案] AB 二、非選擇題 10.(2019·石家莊高三質檢二)如圖所示,AB⊥CD且A、B、C、D位于一半徑為r的豎直圓上,在C點有一固定點電荷,電荷量為+Q.現從A點將一質量為m、電荷量為-q的小球由靜止釋放,小球沿光滑絕緣軌道A

41、DB運動到D點時速度為,g為重力加速度,不考慮運動電荷對靜電場的影響,求: (1)小球運動到D點時對軌道的壓力; (2)小球從A點到D點過程中電勢能的改變量. [解析] (1)小球在D點時有FN+k-mg= 解得FN=2mg-k 由牛頓第三定律得,小球在D點時對軌道的壓力大小為FN′=2mg-k 方向豎直向下 (2)小球從A運動到D,根據動能定理,有:mgr+W電=m()2-0 解得電場力做的功:W電=-mgr 因為電場力做負功,則電勢能增加,ΔEp=mgr [答案] (1)2mg-k,方向豎直向下 (2)mgr 11.(2019·北京西城區(qū)模擬)2012年11月,“

42、殲15”艦載機在“遼寧號”航空母艦上著艦成功,它的阻攔技術原理是,飛機著艦時利用阻攔索的作用力使它快速停止.隨著電磁技術的日趨成熟,新一代航母已準備采用全新的電磁阻攔技術,它的阻攔技術原理是,飛機著艦時利用電磁作用力使它快速停止.為研究問題的方便,我們將其簡化為如圖所示的模型.在磁感應強度為B、方向如圖所示的勻強磁場中,兩根平行金屬軌道MN、PQ固定在水平面內,相距為L,電阻不計.軌道端點MP間接有阻值為R的電阻. 一個長為L、質量為m、阻值為r的金屬導體棒ab垂直于MN、PQ放在軌道上,與軌道接觸良好.質量為M的飛機以水平速度v0迅速鉤住導體棒ab,鉤住之后關閉動力系統(tǒng)并立即獲得共同的

43、速度.假如忽略摩擦等次要因素,飛機和導體棒系統(tǒng)僅在安培力作用下很快停下來.求: (1)飛機鉤住導體棒后它們獲得的共同速度v的大小; (2)飛機在阻攔減速過程中獲得的加速度a的最大值; (3)從飛機鉤住導體棒到它們停下來的整個過程中運動的距離x. [解析] (1)以飛機和導體棒為研究對象, 根據動量守恒定律有Mv0=(M+m)v, 解得它們共同的速度v=v0; (2)飛機鉤住導體棒后它們以速度v開始在安培力的作用下做減速運動,所以當它們的速度為v時所受安培力最大,此時加速度也最大, 根據牛頓第二定律有BIL=(M+m)a, 根據閉合電路歐姆定律有I=, 聯立以上兩式解得a=; (3)以飛機和導體棒為研究對象,在很短的一段時間Δt內, 根據動量定理有BiL·Δt=(M+m)Δv, 在某時刻,根據閉合電路歐姆定律有i=, 聯立可得·Δt=(M+m)Δv, 飛機經時間t停下來,在時間t內,對等式兩邊求和,有·x=(M+m)v, 解得x=. [答案] (1)v0 (2) (3) 29

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