（全國通用）2018年高考物理二輪復(fù)習 專題三 電場與磁場 第1講 電場和磁場的基本性質(zhì)學案

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1、 第1講　電場和磁場的基本性質(zhì) 知識必備 1.電場強度的三個公式 2.電場能的性質(zhì) (1)電勢與電勢能：φ＝，Ep＝qφ。 (2)電勢差與電場力做功：UAB＝＝φA－φB。 (3)電場力做功與電勢能的變化：W＝－ΔEp。 3.等勢面與電場線的關(guān)系 (1)電場線總是與等勢面垂直，且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。 (2)電場線越密的地方，等差等勢面也越密。 (3)沿等勢面移動電荷，電場力不做功，沿電場線移動電荷，電場力一定做功。 4.控制變量法分析電容器動態(tài)變化問題 (1)電容器始終和電源連接，U不變：C＝∝，Q＝CU＝∝，E＝∝。 (2)電容器充電后與電

2、源斷開，Q不變：C＝∝，U＝＝∝，E＝＝＝∝。 5.磁場對電流的作用力—安培力 6.磁場對運動電荷的作用 (1)磁場只對運動電荷有力的作用，對靜止的電荷無力的作用。磁場對運動電荷的作用力叫洛倫茲力。 (2)洛倫茲力的大小和方向：其大小為F＝qvB，F(xiàn)的方向由左手定則判斷。 備考策略 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(guān)系：等勢面與電場線垂直；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.必須領(lǐng)會的“2種物理思想和5種方法”

3、 (1)等效思想、分解思想； (2)比值定義法、控制變量法、對稱法、合成法、分解法。 3.必須辨明的“6個易錯易混點” (1)在電場強度定義式E＝中，錯誤地認為E與F、q有關(guān)； (2)判斷電場力時注意帶電粒子的電性，要區(qū)分軌跡與電場線； (3)不能隨意忽略帶電體的重力； (4)電場強度和電勢、電勢能的大小沒有直接聯(lián)系； (5)公式B＝中的B與F及IL無關(guān)； (6)判斷洛倫茲力方向時要注意粒子的電性。 　電場的基本性質(zhì) 【真題示例1】 (多選)(2017·全國卷Ⅰ，20)在一靜止點電荷的電場中，任一點的電勢φ與該點到點電荷的距離r的關(guān)系如圖1所示。電場中四個點a、b、c和

4、d的電場強度大小分別為Ea、Eb、Ec和Ed。點a到點電荷的距離ra與點a的電勢φa已在圖中用坐標(ra，φa)標出，其余類推。現(xiàn)將一帶正電的試探電荷由a點依次經(jīng)b、c點移動到d點，在相鄰兩點間移動的過程中，電場力所做的功分別為Wab、Wbc和Wcd。下列選項正確的是(　　) 圖1 A.Ea∶Eb＝4∶1 B.Ec∶Ed＝2∶1 C.Wab∶Wbc＝3∶1 D.Wbc∶Wcd＝1∶3 解析　由圖可知，a、b、c、d到點電荷的距離分別為1 m、2 m、3 m、6 m，根據(jù)點電荷的場強公式E＝k可知，＝＝，＝＝，故A正確，B錯誤；電場力做功W＝qU，a與b、b與c、c與d之間的電勢

5、差分別為3 V、1 V、1 V，所以＝，＝，故C正確，D錯誤。 答案　AC 【真題示例2】 (多選)(2017·天津理綜，7)如圖2所示，在點電荷Q產(chǎn)生的電場中，實線MN是一條方向未標出的電場線，虛線AB是一個電子只在靜電力作用下的運動軌跡。設(shè)電子在A、B兩點的加速度大小分別為aA、aB，電勢能分別為EpA、EpB。下列說法正確的是(　　) 圖2 A.電子一定從A向B運動 B.若aA>aB，則Q靠近M端且為正電荷 C.無論Q為正電荷還是負電荷一定有EpA

6、沿電場線指向曲線的凹側(cè)，電場的方向與電場力的方向相反，如圖所示。由所給條件無法判斷電子的運動方向，故A錯誤；若aA>aB，說明電子在A點受到的電場力較大，A點的電場強度較大，根據(jù)點電荷的電場分布可知，靠近M端為場源電荷的位置，應(yīng)為正電荷，故B正確；無論Q為正電荷還是負電荷，一定有電勢φA>φB，電子電勢能Ep＝－eφ，電勢能是標量，所以一定有EpA

7、勢能的關(guān)系，靈活應(yīng)用電場線分析電勢高低，電勢能的變化是解題的關(guān)鍵。 (3)電容器的動態(tài)分析，帶電體在電容器間的受力情況及運動情況。 2.常見誤區(qū)及臨考提醒 (1)典型電場中電場線的分布特點不熟練，特別是正、負點電荷電場線的方向。 (2)不清楚運動電荷的電性，出現(xiàn)受力及做功判斷的錯誤。 (3)公式U＝Ed的適用條件不清楚，亂套公式。 (4)電場力做功與電勢能變化關(guān)系不準確。 (5)不能正確判斷平行板電容器中的變量和不變量。 預(yù)測1 電場強度的理解及計算 預(yù)測2 根據(jù)電場中的“點、線、面、跡”判斷相關(guān)物理量的變化 預(yù)測3 電場中的圖象問題 預(yù)測4 平行板電容器的動

8、態(tài)分析 1.如圖3所示，梯形abdc位于某勻強電場所在平面內(nèi)，兩底角分別為60°、30°，cd＝2ab＝4 cm，已知a、b兩點的電勢分別為4 V、0 V，將電荷量q＝1.6×10－3 C的正電荷由a點移動到c點，克服電場力做功6.4×10－3 J，則下列關(guān)于電場強度的說法正確的是(　　) 圖3 A.垂直ab向上，大小為400 V/m B.垂直bd斜向上，大小為400 V/m C.平行ca斜向上，大小為200 V/m D.平行bd斜向上，大小為200 V/m 解析　由W＝qU知Uac＝＝ V＝－4 V，而φa＝4 V，所以φc＝8 V，過b點作be∥ac交cd于e，因在勻強電

9、場中，任意兩條平行線上距離相等的兩點間電勢差相等，所以Uab＝Uce，即φe＝4 V，又因cd＝2ab，所以Ucd＝2Uab，即φd＝0 V，所以bd為一條等勢線，又由幾何關(guān)系知eb⊥bd，由電場線與等勢線的關(guān)系知電場強度必垂直bd斜向上，大小為E＝＝ V/m＝400 V/m，B項正確。 答案　B 2.(多選)如圖4所示，一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電荷的油滴在勻強電場中運動，其軌跡在豎直平面(紙面)內(nèi)，且相對于過軌跡最右側(cè)的點N的水平直線對稱。已知重力加速度為g，忽略空氣阻力。由此可知(　　) 圖4 A.勻強電場的方向水平向左 B.勻強電場的電場強度E必須滿足E> C.油

10、滴在M點的電勢能比它在N點的大 D.M點的電勢比N點的低 解析　帶正電荷的油滴在勻強電場中運動，其軌跡在豎直平面(紙面)內(nèi)，且相對于過軌跡最右側(cè)的點N的水平直線對稱，可以判斷合力的方向水平向左，而重力方向豎直向下，可知電場力的方向斜向左上方，如圖所示，油滴帶正電荷，所以勻強電場的方向斜向左上方，必須滿足E>，選項B正確，A錯誤；根據(jù)電場線與電勢的關(guān)系可知M點的電勢比N點的低，油滴在M點的電勢能比它在N點的小，選項D正確，C錯誤。 答案　BD 3.(2017·遼寧省三校高三第三次調(diào)研考試試題)如圖5所示，矩形區(qū)域PQNM內(nèi)存在平行于紙面的勻強電場，一質(zhì)量為m＝2.0×10－11

11、kg、電荷量為q＝1.0×10－5 C的帶正電粒子(重力不計)從a點以v1＝1×104 m/s的初速度垂直于PQ進入電場，最終從MN邊界的b點以與水平邊界MN成30°角斜向右上方的方向射出，射出電場時的速度v2＝2×104 m/s，已知MP＝20 cm、MN＝80 cm，取a點電勢為零，如果以a點為坐標原點O，沿PQ方向建立x軸，則粒子從a點運動到b點的過程中，電場的電場強度E、電勢φ、粒子的速度v、電勢能Ep隨x的變化圖象正確的是(　　) 圖5 解析　因為規(guī)定a點電勢為零，粒子進入電場后做類平拋運動，根據(jù)電場力做功與電勢能的變化的關(guān)系，有qEx＝ΔEp＝0－Ep，故Ep＝－qEx

12、，故D正確；因為勻強電場中的電場強度處處相等，故A錯誤；因為粒子離開電場時的速度v2＝＝2v1，電場的方向水平向右，沿電場線的方向電勢降低，故B錯誤；粒子在電場中運動的過程中，由動能定理可知，qEx＝mv2－mv，所以v與x不是線性關(guān)系，C錯誤。 答案　D 4.(多選)(2017·衡水檢測)如圖6所示，平行板電容器與直流電源、理想二極管(正向電阻為零可以視為短路，反向電阻無窮大可以視為斷路)連接，電源負極接地。初始電容器不帶電，閉合開關(guān)穩(wěn)定后，一帶電油滴位于電容器中的P點且處于靜止狀態(tài)。下列說法正確的是(　　) 圖6 A.減小極板間的正對面積，帶電油滴會向上移動，且P點的電勢會降低

13、 B.將上極板下移，則P點的電勢不變 C.將下極板下移，則P點的電勢升高 D.無論哪個極板上移還是下移，帶電油滴都不可能向下運動 解析　二極管具有單向?qū)щ娦?，閉合開關(guān)后電容器充電，電容器的電容C＝＝，極板間的電場強度E＝，整理得E＝；油滴靜止，則qE＝mg；減小極板間的正對面積S，由于二極管具有單向?qū)щ娦裕娙萜鞑荒芊烹?，所以電場強度E變大，油滴所受電場力變大，會向上移動，P點與下極板的距離不變，E變大，則P點的電勢升高，故A錯誤；將上極板向下移動，d變小，電容器兩極板間的電場強度E＝變大，P與下極板的距離不變，P的電勢升高，故B錯誤；將下極板向下移動，d變大，由C＝可知，C變小，由于

14、二極管具有單向?qū)щ娦?，電容器不能放電，由E＝可知電容器兩極板間的電場強度不變，P與下極板的距離變大，P與下極板間的電勢差變大，P的電勢升高，故C正確；上極板上移或下極板下移時，d變大，由C項分析知電容器兩極板間的電場強度不變，油滴所受電場力不變，油滴靜止不動；上極板下移或下極板上移時，d變小，由B項分析知電場力變大，電場力大于重力，油滴所受合力向上，油滴向上運動，故D正確。 答案　CD 歸納總結(jié) 電場性質(zhì)的“三個判斷” (1)判斷場強強弱 (2)判斷電勢高低 (3)判斷電勢能大小 　磁場的基本性質(zhì) 【真題示例1】 (2017·全國卷Ⅲ，18)如圖7，在磁感應(yīng)強度大小為B0的勻強

15、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(nèi)與兩導線距離均為l的a點處的磁感應(yīng)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(yīng)強度的大小為(　　) 圖7 A.0 B.B0 C.B0 D.2B0 解析　如圖甲所示， P、Q中的電流在a點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小相等，設(shè)為B1，由幾何關(guān)系可知，B1＝B0。如果讓P中的電流反向、其他條件不變時，如圖乙所示，由幾何關(guān)系可知，a點處磁感應(yīng)強度的大小B＝＝B0 ，故選項C正確，A、B、D錯誤。 答案　C 【真題示例2】 (多選)(2017·全國卷Ⅰ，

16、19)如圖8，三根相互平行的固定長直導線L1、L2和L3兩兩等距，均通有電流I，L1中電流方向與L2中的相同，與L3中的相反。下列說法正確的是(　　) 圖8 A.L1所受磁場作用力的方向與L2、L3所在平面垂直 B.L3所受磁場作用力的方向與L1、L2所在平面垂直 C.L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為1∶1∶ D.L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為∶∶1 解析　同向電流相互吸引，反向電流相互排斥。對L1受力分析，如圖甲所示，可知L1所受磁場力的方向與L2、L3所在的平面平行，故A錯誤；對L3受力分析，如圖乙所示，可知L3所受磁場力的方向與L1、

17、L2所在的平面垂直，故B正確；設(shè)三根導線間兩兩之間的相互作用力的大小為F，則L1、L2受到的磁場力的合力大小均等于F，L3受到的磁場力的合力大小為F，即L1、L2、L3單位長度受到的磁場力之比為1∶1∶，故C正確，D錯誤。 答案　BC 【真題示例3】 (多選)(2017·全國卷Ⅱ，21)某同學自制的簡易電動機示意圖如圖9所示。矩形線圈由一根漆包線繞制而成，漆包線的兩端分別從線圈的一組對邊的中間位置引出，并作為線圈的轉(zhuǎn)軸。將線圈架在兩個金屬支架之間，線圈平面位于豎直面內(nèi)，永磁鐵置于線圈下方。為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動起來，該同學應(yīng)將(　　) 圖9 A.左、右轉(zhuǎn)軸下

18、側(cè)的絕緣漆都刮掉 B.左、右轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉 C.左轉(zhuǎn)軸上側(cè)的絕緣漆刮掉，右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉 D.左轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉，右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉 解析　若將左、右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆都刮掉，這樣當線圈在圖示位置時，線圈的上下邊受到水平方向的安培力而轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)過一周后再次受到同樣的安培力而使其連續(xù)轉(zhuǎn)動，選項A正確；若將左、右轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉，則當線圈在圖示位置時，線圈的上下邊受到安培力而轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)過半周后再次受到相反方向的安培力而使其停止轉(zhuǎn)動，選項B錯誤；左轉(zhuǎn)軸上側(cè)的絕緣漆刮掉，右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉，電路不能接通，故不能轉(zhuǎn)起來，選項C錯誤；若將左轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣

19、漆都刮掉，右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉，這樣當線圈在圖示位置時，線圈的上下邊受到安培力而轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)過半周后電路不導通，轉(zhuǎn)過一周后再次受到同樣的安培力而使其連續(xù)轉(zhuǎn)動，選項D正確。 答案　AD 真題感悟 1.高考考查特點 (1)本考點高考重在考查磁場的基本性質(zhì)，掌握常見磁感線的形狀及特點、磁場的疊加，電流磁場的判斷、安培力、洛倫茲力大小的影響因素及安培力、洛倫茲力方向的判斷是突破本考點的前提。 (2)注重與生活、科技等相結(jié)合。如2017年卷Ⅱ第21題以單相直流電動機制作原理作為選擇題的壓軸。 2.常見誤區(qū)及臨考提醒 (1)常見磁體磁場分布規(guī)律不清楚。 (2)電流磁場的判斷方法及安培力(洛倫

20、茲力)方向的判斷方法混淆。 預(yù)測1 安培定則的應(yīng)用及磁場疊加 預(yù)測2 安培力作用下導體的運動 1.已知長直通電導線在周圍某點產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度大小與電流成正比，與該點到導線的距離成反比。如圖10所示，4根電流相等的長直通電導線a、b、c、d平行放置，它們的橫截面的連線構(gòu)成一個正方形，O為正方形中心，a、b、c中電流方向垂直紙面向里，d中電流方向垂直紙面向外，則a、b、c、d長直通電導線在O點產(chǎn)生的合磁場的磁感應(yīng)強度B(　　) 圖10 A.大小為零 B.大小不為零，方向由O指向d C.大小不為零，方向由O指向c D.大小不為零，方向由O指向a 解析　由安培定則可

21、知，a、c中電流方向相同，兩導線在O處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度大小相等、方向相反，合矢量為零；b、d兩導線中電流方向相反，由安培定則可知，兩導線在O處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度方向均由c指向a，故D選項正確。 答案　D 2.如圖11所示，光滑平行金屬導軌電阻不計，左端接有一直流電源和一定值電阻，固定在水平面內(nèi)，兩條通有大小相等方向相反的恒定電流的長直絕緣導線垂直導軌放置，一導體棒與導軌垂直且接觸良好。由導軌上的M點靜止釋放，M、N兩點到左右兩直導線距離相等，下列關(guān)于導體棒在兩直導線之間的運動及受力說法正確的是(　　) 圖11 A.導體棒在M、N之間做往復(fù)運動 B.導體棒一直向右做勻加速直線運動 C.導體棒所受安培力先向右后向左，且是先增大后減小 D.導體棒所受安培力一直向右，且先減小后增大 解析　根據(jù)安培定則可知，兩直導線電流在二者之間的區(qū)域內(nèi)的磁場都是垂直導軌平面向下，根據(jù)左手定則可知，導體棒受到的安培力方向一定向右，則選項A、C錯誤；根據(jù)直線電流磁場的性質(zhì)可知，離直線電流越遠磁感應(yīng)強度越小，根據(jù)磁場疊加可知導軌內(nèi)的磁場從M到N是先減小后增大的，則安培力也一定是先減小后增大的，選項B錯誤，D正確。 答案　D - 11 -