2022年度高考物理總復習二輪專題與測試五 電場和磁場

1、高考物理總復習專題五 電場和磁場訓練題知識結(jié)構(gòu)方法與規(guī)律電場和磁場(一)有關(guān)電場1 .靜電場的形成2 .靜電場基本性質(zhì)：(1)電場強度反映了電場力的性質(zhì)，其量值和方向僅由電場本身決定，與檢驗電荷無關(guān)；(2)電勢是表示電場能的性質(zhì)的物理量，對空間某定點：£/%為常量，與檢驗電荷無關(guān)。4.電場強度有3 .靜電場描繪工具一一電場線。e=£ （定義式） 關(guān)公式： qE =（決定式，點電荷形成電場）E吟（決定式，適用于勻強電場）e = 2 （決定式，平行板電容器帶電后在兩板間形成的勻強電場） Cd（二）磁場的性質(zhì)：1、磁場 f 、描繪量磁感B -應(yīng)強度（B）B =方（定義式）Seos

2、。2 .表達式：B=R-（長直載流導體形成的磁場）8 =工（最大洛侖茲力）rqv3 .描繪：磁感線二.粒子運動的類型：（一）電場中粒子運動類型：1 .帶電粒子在場力作用下的勻變速運動（1）靜電直線加速 （2）靜電直線減速 （3）靜電偏轉(zhuǎn)一- 勻變速曲線2 .靜電場中帶電微粒的曲線運動（1）靜電擺動 （2）靜電圓周運動（二）帶電粒子在磁場作用下的運動1.磁回旋 2.磁偏轉(zhuǎn) 3.在強度不同兩有界勻強磁場中帶電粒子的運動（三）帶電粒子（微粒）在復合場中的運動1 .靜電加速后的磁偏轉(zhuǎn)：示波管、質(zhì)譜儀、回旋加速器、速度選 擇器。2 .帶電粒子在三維正交的重力場、勻強電場、勻強磁場中做變速 曲線運動。電場

3、力作功，重力作功，洛侖茲力不作功，須用功能原理去解。 高考熱點分析本專題研究的是場問題，經(jīng)過了第一輪的復習，學生對電場、磁 場已有了一定的認識。而現(xiàn)在的重點則是將場問題有機地結(jié)合起來。一.能從場的物質(zhì)性理解場的形成、特點，更深刻地理解電場、 磁場中的有關(guān)基本概念。二.結(jié)合重力場更深地理解場力的性質(zhì)和能的性質(zhì)。三.能將電場、磁場放在一起思考、解決復合場問題。四.能將力學知識與電學知識有機地結(jié)合、將力學中的研究方法 遷移到場問題中，從牛頓運動定律及能量轉(zhuǎn)換角度去思考問題、解決 問題。縱觀近幾年的高考，熱點將在場問題與力學知識的巧妙結(jié)合。命 題趨于考查在場中物體的受力、運動、功能轉(zhuǎn)換等復雜綜合問題，

4、如 帶電粒子在電場、磁場中的運動幾乎年年出現(xiàn)，同學們對這一運動的 物理過程必須相當熟練，且必須通過歸納總結(jié)，形成一個整體觀?！景l(fā)散思維】1、將電場、磁場與重力場對比，形成較完整的場的觀念。2、帶電粒子在電場、磁場中的運動問題，實質(zhì)是力學問題的延 伸，通常仍是從受力作用、運動情況和能量轉(zhuǎn)換角度入手討論。3、分析問題時，必須認真分析物理過程，弄清重力場、電場、磁 場對它的作用，以及相互作用的制約作用，充分發(fā)掘題中的隱含條件, 形成清晰的物理情景，全面整體地把握問題的實質(zhì)，把物理模型轉(zhuǎn)變 為數(shù)學模型，形成較強的綜合解決問題的能力?！窘?jīng)典例題】例1在平行板電容器之間有勻強電場，一帶電粒子以速度v垂直

5、電場線射入電場，在穿越電場的過程中，粒 子的動能由Ek增加到2Ek,若這個帶電粒子以1速度2V垂直進入該電場，則粒子穿出電場時J 的動能為多少？【解析】建立直角坐標系，初速度方向為x軸方向，垂直于速度方向為y 軸方向。設(shè)粒子的的質(zhì)量m,帶電量為q,初速度v；勻強電場為E, 在y方向的位移為y。速度為2V時通過勻強電場的偏移量為y',平 行板板長為Lo由于帶電粒子垂直于勻強電場射入，粒子做類似平拋運動。lEqfLVy _ 2 mJ _ 4廠第廣Eqy = 2Ek - EkEqyJ =E，k-gm(2v)2 = Ek / -4Ek解方程組得：Ey k =4.25Ex方向上：L = vty方

6、向上：y = - at2 =122 mIJ兩次入射帶電粒子的偏移量之比為【小結(jié)】當初始條件發(fā)生變化時，應(yīng)該按照正確的解題步驟，從頭 再分析一遍。而不是想當然地把上一問的結(jié)論照搬到下一問來。由此 可見，嚴格地按照解題的基本步驟進行操作，能保證解題的準確性， 提高效率。其原因是操作步驟是從應(yīng)用規(guī)律的需要歸納出來的。例2如圖所示，一塊銅塊左右兩面接入電路中。有電流I自左向右流后表面垂直穿出時，在銅塊上、下兩面之間產(chǎn)生電勢差，若銅塊前、后兩面間過銅塊，當一磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直前表面穿入銅塊，從/距為d,上、下兩面間距為L。銅塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n,電子電量為e,求銅板上、下兩面之間的電勢

7、差U為多少？并說明哪個面的電勢高。【解析】銅塊的電流的方向向右，銅塊內(nèi)的自由電子的定向移動的方向向左。用左手定則判斷：四指指向電子運動的反方向，磁感線 穿過手心，大拇指所指的方向為自由電子的受力方向。圖為自 由電子受力的示意圖。隨著自由電子在上極板的聚集，在上、下極板之間形成一個“下 正上負”的電場，這個電場對自由電子產(chǎn)生作用力，作用力方向與自 由電子剛進入磁場時所受的洛侖茲力方向相反。當電場強度增加到使 電場力與洛侖茲力平衡時，自由電子不再向上表面移動。在銅塊的上、 下表面形成一個穩(wěn)定的電勢差U。研究電流中的某一個自由電子，其 帶電量為e,根據(jù)牛頓第二定律有c UBev= e由電流的微觀表達

8、式I=neSv=nedLv。解方程組得：U =烏ned【小結(jié)】本題的特點是物理模型隱蔽。按照一部分同學的理解, 這就是一道安培力的題目，以為伸手就可以判斷安培力的方向。仔細 分析電荷在上、下兩個表面的聚集的原因，才發(fā)現(xiàn)是定向移動的電荷 受到洛侖茲力的結(jié)果。因此，深入分析題目中所敘述的物理過程，挖 出隱含條件，方能有正確的思路例3如圖所示，長為L的絕緣細線，一端懸于。點，另一端連接一質(zhì)量為m的帶負電小球，置于水平向右的勻強電場中，在。點正下方釘一個 釘子"，已知小球受到的電場力是重力的，現(xiàn)將細線向右 V3水平拉直后從靜止釋放，細線碰到釘子后要使小球剛好饒釘子0'在 豎直平面內(nèi)作

9、圓周運動，求00'長度。甲 l -m-H» 解析本題是一個擺在重力場和電場的疊加場中的運動問題，由于重力場和電場力做功都與路徑無關(guān)，因此可以把兩個場疊加起來看成一個等效力場來處理，如圖8 23所示,tge =a=4=出Eq0 =60° o開始時，擺球在合力F的作用下沿力的方向作勻加速直線運動，從A點運動到B點，由圖8 23可知，4AOB為等邊三角形，則擺球從A到B,在等效力場中，由能量守恒定律得：在B點處，由于在極短的時間內(nèi)細線被拉緊，擺球受到細線拉力 的沖量作用，法向分量V2變?yōu)榱?，切向分量Vj = vB cos30° =接著擺球以W為初速度沿圓弧BC做

10、變速圓周運動，碰到釘子0'后，在豎直平面內(nèi)做圓周運動，在等效力場中，過點做合力F的平行線與圓的交點為Q,即為擺球繞。'點做圓周運動的“最高點”，在Q點應(yīng)滿足F =R過。點做OP_LAB取0P為等勢面，在等效力場中，根據(jù)能量守恒 定律得:mv2 + (-F1) = |mvQ2+ -F(L- R)cos300 - R 聯(lián)立解方程組得到23 + 1_ ,R = L> 00 = L- R =2套+6【小結(jié)】用等效的觀點解決陌生的問題，能收到事半功倍的效 果。然而等效是有條件的。在學習交流電的有效值與最大值的關(guān)系時, 我們在有發(fā)熱相同的條件將一個直流電的電壓(電流)等效于一個交 流

11、電。本題中，把兩個場疊加成一個等效的場，前提條件是兩個力做 功都與路徑無關(guān)。例4.如圖，勻強電場的場強E=4V/m,方向水平向左，勻強磁 場的磁感強度B=2T。方向垂直紙面向里，一個質(zhì)量m= 1g帶正電的小物塊A從M點沿絕緣粗糙的豎直壁無初速下 了 滑。當它滑行0.8m到N點時就離開壁做曲線運動，H|N當A運動到P點時，恰好處于平衡狀態(tài)，此時速度方向與水平方向成45。角，設(shè)P與N的高度差為H =1.6m。試求(1)沿壁下滑時摩擦力做的功？(2) P與M的水平距離S等于多少？思考：（1）N點為什么會離壁運動？ （2）P點受力情況如何?【解析】1）M-N過程。由動能定理得： mg% - wZi在N

12、點A剛離開壁運動，故有：qE = qviB由式得：wfimg 1久-；«=6 x 10-3 JA至UP點,根據(jù)平衡條件，得：v,Bsin45° = mgvpZ?cos45° =qE由得：4 =整=0.25*10-2c EN - P過程：洛侖茲力不做功。依動能定理得：，咫由得:=0.6w說明：這一類型的題較側(cè)重對物理過程和物理情境的理解，而且在分析過程中應(yīng)結(jié)合相關(guān)知識點進行求解。如在磁場中運動，應(yīng)結(jié)合 幾何關(guān)系確定軌跡的圓心和半徑。要熟知圓的幾何知識，如半徑與切 線（速度）垂直，弦切角等于這條弦所對的圓周角等。解答各類物理習題，能否依據(jù)題意建立起相應(yīng)的物理模型，是解

13、題成敗的重要環(huán)節(jié)，如果解題對題意中的物理模型與命題者的設(shè)計模型一致，題意就必然變?yōu)榍逦r明，對習題、考題的難點便會隨之突破?！緦ｎ}訓練】1 .下列粒子從初速為零的狀態(tài)經(jīng)加速電壓為u的電場之后，哪種粒子的速度最大（）A.鈉離子Na-B. a粒子 C.笊核D.質(zhì)子2 .兩個電子以大小不同的初速度沿垂直于磁場的方向射入同一勻 強磁場中。設(shè)小 心 為這兩個電子的運動軌道半徑，、Tz是它的 運動周期，則（）A. ri = r2, Ti*T2 B. ri#r2, Ti*T2 C. ri = r2,Ti=T2D. ri*r2, Ti=T23 .質(zhì)子和a粒子在同一勻強磁場中作半徑相同的x x b x x x

14、x 圓周運動，由此可知質(zhì)子的動能£和a粒子的動能xrx xX （ X O-X_X XE2之比為（）XX XX x X X X XA. 4： 1 B. 1： 1 C. 1： 2 D. 2： 14 .在光滑絕緣的水平面上，一絕緣輕繩拉著一個帶電小球繞軸0在勻強磁場中做逆時針方向的水平勻速圓周運動，磁場方向豎直向下，俯視如圖8所示，若小球運動到A點時，繩子突然斷 開，關(guān)于小球在繩子斷開后可能的運動情況，下列說法中正確的是（）BC A.小球做逆時針勻速圓周運動，半徑變?。籅.小球做逆時 針勻速圓周運動，半徑增大；C.小球做順時針勻速圓周運動，半徑不變；D.不管小球沿什么方向作勻速圓周運動，半

15、徑均變小5 .如圖所示，一帶電物體a以一定的初速度從絕緣粗糙水平面 上的P點向固定的帶電體b運動，b與a電性相同，當a向右移動s 時，速度減為零，那么當a以同樣的初速度從P點向右的位移為s/2 時，a的動能為（）A.大于初動能的一半向上|hlPh*«-HB.等于初動能的一半C.小于初動能的一半D.動能的減少量等于電勢能的增加量與摩擦生熱之和6.如圖甲所示，A、B表示真 二 工 , _ II : 空中水平放置相距為d的平行金屬更甲乙板，板長為L,兩板加電壓后板間電場可視為勻強電場，現(xiàn)在A、B兩極間加上如圖乙所示的周期性的 交變電壓，在t = T/4時，恰有一質(zhì)量為m、電量為q的粒子在板

16、間 中央沿水平方向以速度v（）射入電場，忽略粒子重力，下列關(guān)于粒子 運動狀態(tài)表述正確的是（）A.粒子在垂直于板的方向的分運動可能是往復運動B.粒子在垂直于板的方向的分運動不可能是單向運動C.粒子不可能沿與板平行的方向飛出D.只要電壓的周期T和u。的值同時滿足一定條件，粒子可以沿 與板平行的方向飛出.7.一個原來靜止的U238原子核，發(fā)生a衰變，它的兩個產(chǎn)物在垂直于它們速度方向的勻強磁場中運動，它們的軌跡和運動方向（圖中用箭頭表示）可能是下圖中哪一個所示？（圖中半徑大小沒有 按比例畫）（）8 . 一種靜電除塵器，由兩塊距離1厘米的平行金屬板A、B所組成, 如圖所示，兩板接上電壓為9千伏的直流電源

17、。如果有一塵埃P,其 質(zhì)量為10毫克，帶電量為4.8Xl（rt,試通過比較塵埃的受力情況, 說明除塵原理。9 .如圖所示，X軸上方為勻強磁場，磁 y感強度為B,方向垂直紙面向里，X軸下方為x XB x x 勻強電場，場強為E,方向沿豎直向下，有 4二一 一帶負電微粒，電量為q、質(zhì)量為m （重力不” E ”"計），在y軸上某點由靜止釋放，在運動過程中要經(jīng)過x軸上的Q 點，Q點離原點。的距離為L,求：釋放點與原點。的距離。10 .利用學過知識，請你想辦法把具有相同動能的質(zhì)子和a粒子分開。11、如圖所示，相距為d的水平放置的兩平行金屬板 構(gòu)成的電容器電容為C, a板接地且中央有一孔，開 始

18、時兩板均不帶電，現(xiàn)將電量為q、質(zhì)量為m的液滴 一滴一滴地從小孔正上方h處無初速滴下，前一滴到 達b板后下一滴才開始下落，液滴落到b板后，其電荷全部轉(zhuǎn)移到b 板，不計空氣阻力的影響，重力加速度為g.求：（1）能夠到達b板的液滴不會超過多少滴？（2）若能夠到達b板的液滴數(shù)為k,則第（k+1）滴將如何運動?12、如圖所示，小平板車B靜止在光滑水 平面上，一可以忽略大小的小物塊A靜止 在B的左端，已知A的質(zhì)量為m,帶電量 為+Q； B的質(zhì)量為M,帶電量為一Q,上表面絕緣，長度足夠長； A、B間的動摩擦因數(shù)為口，A、B間的庫侖力不計，A、B始終都處 在場強大小為E,方向水平向左的勻強電場中。在t=0時刻

19、A受到 一大小為I,方向水平向右的沖量作用開始向B的右端滑行。求：（1）A的最終速度大?。唬?） A距B左端的最大距離。13、如圖所示，在光滑絕緣水平桌面上固定放置一條光滑絕緣的擋 板ABCD, AB段為直線，BCD段是半徑為R的圓，擋板處于場強為 E的勻強電場中，電場方向與圓直徑MN平行。 Asf現(xiàn)使一帶電量為+ q、質(zhì)量為m的小球由靜止從斜擋板內(nèi)側(cè)上某點釋放，為使小球沿擋板內(nèi)側(cè)運動 乂了 八 B從D點拋出，求：（1 ）小球從釋放點到N點沿電 -場強度方向的最小距離s；（2）在（1）問中小球經(jīng)過N點對擋板的 壓力大小。14.如圖，兩個共軸的圓筒形金屬電極，外電極接 ' K XX *地

20、，其上均勻分布著平行于軸線的四條狹縫a、b、:c和d,外筒的外半徑為r。，在圓筒之外的足夠大、* e區(qū)域中有平行于軸線方向的均勻磁場，磁感強度的 大小為B。在兩極間加上電壓，使兩圓筒之間的區(qū)域內(nèi)有沿向外的電 場。一質(zhì)量為m、帶電量為+q的粒子，從緊靠內(nèi)筒且正對狹縫a的 S點出發(fā)，初速為零。如果該粒子經(jīng)過一段時間的運動之后恰好又回 到出發(fā)點S,則兩電極之間的電壓U應(yīng)是多少？（不計重力，整個裝 置在真空中）（2000全國高考）15、如圖所示，水平方向的勻強電場的場強為"匚=匚".加e （場區(qū)寬度為l,豎直方向足夠長），緊挨r je 一 « 著電場的是垂直紙面向外的兩個

21、勻強磁場區(qū)，h- b r鼠 其磁感應(yīng)強度分別為B和2B.一個質(zhì)量為m、 /電量為q的帶正電粒子（不計重力），從電場的邊界MN上的a點由靜止釋放，經(jīng)電場加速后進入磁場，經(jīng)過tB = 7rm/6q B時間穿過中間磁場，進入右邊磁場后能按某一路徑再返 回到電場的邊界MN上的某一點b （虛線為場區(qū)的分界面）.求：（1）中間磁場的寬度d；（2）粒子從a點到b點共經(jīng)歷的時間tab；（3）當粒子第n次到達電場的邊界MN時與出發(fā)點a之間的距離sn.16、某空間存在著一個變化的電場和一個變化的磁場，電場方向向右 （如圖中由5到。的方向），電場變化如圖（b）中E”圖象，磁感應(yīng)強度變化如圖（c）中圖象.在A點，從=

22、1 s （即1 s）開始，每 隔2s,有一個相同的帶電粒子（重力不計）沿AB方向（垂直于8。） 以速度v射出，恰能擊中C點，若前=2反且粒子在AC間運動的時 間小于1s,求（1）圖線上為和瓦的比值，磁感應(yīng)強度5的方向.（2）若第1個粒子擊中C點的時刻已知為（1+A，）s ,那么第2個粒子擊中。點的時刻是多少?17、如圖17-13所示，帶正電的小球，電量q=l C,質(zhì)量相=1 kg,被長L=16的繩子系于錐體頂端，錐體頂角為120° ,此裝置處于磁感應(yīng)強度為8=1 T的勻強磁場中，問小球繞錐體旋轉(zhuǎn)角速度3取何值時，它可剛剛離開錐面？（g取lOm/s?）【專題訓練答案】1、D2、D3、B

23、 4、BC 5、AD 6、AD 7、D 8、解：塵埃P受電場力F和重力G,其中尸=且2r12x4.8x10-9 = 4 3x10-3d 1x10-2G = mg=1.0X10*5X10=1.0X10-4貝！J ： = 43 倍G即F»G于是塵埃在電場力作用下到達極板而被收集起來，這就是除塵的原理。9、解：帶負電粒子在y軸上某點由靜止釋放后能運動，它的位置不可能在原點。之上(即磁場中)，只能 在原點之下(即電場中)，粒子從0點進入 磁場作勻速圓周運動，要經(jīng)過Q點圓半徑：一.r = (n = 1>2>3)2n設(shè)釋放點離原點0距離為d,貝“Eqd = gmv2聯(lián)立得到：d=斛二

24、(n=l、2、3) 8nEm10解：已知a粒子質(zhì)量m。是質(zhì)子質(zhì)量mp的4倍，電量q 0是質(zhì) 子電量Qp的2倍，即m.=4mp, q « =2 q P,動能相同的質(zhì)子和a 粒子其速度關(guān)系應(yīng)為v0= (1/2) vo.(1)可以用勻強電場來分離動能相同的質(zhì)子和a粒子.如圖甲所 示，根據(jù)帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)知識.一可知，質(zhì)子離開電場時的偏轉(zhuǎn)角度，怎s 盤工'二._ 樣填上U、d、L.' " ? " "' ' L 'tg 6 p = q p U L /m p d v p 2.其中U為板間電壓，d為板距，L為極板長度.a粒

25、子離開電場時的偏轉(zhuǎn)角tg4> <. = q « U L/m0 d v p 2 =2 q P U L/mP d v p 2=2tg(I)0,即a粒子偏轉(zhuǎn)角度比質(zhì)子的大，所以能用電場來分離.(2)可以利用速度選擇器的原理來分離.如圖乙所示的速度選擇器中當選擇E與B的比值跟質(zhì)子的速度v0相等時，即v 0 = E / B , 則質(zhì)子直線通過選擇器，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而a粒子的速度Va = (1/2) v P, a粒子受到的洛倫茲力f a = q " v。B = q ° B (1/2) Vp = (1/2) qaB (E/B) = (1/2) q 0 E ,小于它受到

26、的電場力F <, = q.E, a離子在通過選擇器時向下偏轉(zhuǎn)，故可將質(zhì)子和a粒子 分離開來.(3)若用磁場，有=吧=且瓦8亞，則r.=R,不能分離 qB qB q說明：設(shè)計型論述題特點是應(yīng)用所學物理知識，設(shè)計某一方案完 成要求，由于方案設(shè)計的多樣性，造成答案的不確定。它有利于培養(yǎng) 學生思維的廣闊性和應(yīng)用知識解決實際問題的能力。11、解：(1)設(shè)第k滴液滴剛好能達到b板，則該液滴進入兩板前， 前(k1)滴液滴已建立的電壓為U,場強為E, Q= ( k-1) q , 則U = Q/C = ( k -1) q/C , E =U/d = ( k -1) q/C d . 對于第k滴，根據(jù)動能定理，

27、有 m g (h + d) qEd =0, 得卜=(m g C ( h + d ) / q 2) +1.(2)第k+1滴先做自由落體運動，進入兩板間后在電場中做 勻減速運動，未到達b板前速度減為零，之后向上運動跳出a板中央 小孔，然后又無初速下落，重復上述過程，故k+1滴液滴在a板小 孔附近上下做往復運動.12、解:(1)由動量定理有:I=mv0 由動量守恒定律有mv0= (M+m) v 由式得AB的最終速度大小為v =，一 M + m(2)由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律有1 2 1 0,nvo pingL + EqL + (zn + A/)v則式可解得A距B左端的最大距離為L =也2/n(M + ni)/Liing 4- Eq)13、解：(1)小球過M點時恰好對擋板無壓力，此時s最小，有q