2023高考物理二輪總復(fù)習(xí) 專題微課3-1 電場(chǎng)、磁場(chǎng)的性質(zhì)

[高考地位]

電場(chǎng)與磁場(chǎng)板塊在高考命題中主要集中在：電場(chǎng)、磁場(chǎng)的性質(zhì)，帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，帶電粒子在組合場(chǎng)或復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)等。試題難度中等或偏上，甚至做為壓軸題考查。單獨(dú)命題多以選擇題的形式呈現(xiàn)，帶電粒子在磁場(chǎng)或組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)常以計(jì)算題的形式出現(xiàn)。[二輪定位]

針對(duì)本板塊的命題特點(diǎn)，復(fù)習(xí)時(shí)除了掌握基本知識(shí)和基本規(guī)律外，還應(yīng)注意與動(dòng)力學(xué)知識(shí)的融會(huì)貫通，很多題目往往是“電學(xué)搭臺(tái)，力學(xué)唱戲”。另外，對(duì)于中等以上題目的訓(xùn)練，要強(qiáng)化對(duì)新情境中有效信息的提煉和建模能力，提升運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的能力。防誤點(diǎn)：本題取走A、B處兩段小圓弧上的電荷后，因不能根據(jù)對(duì)稱性正確判斷出剩余電荷在O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度與A、B兩處取走的電荷在O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度等大反向而導(dǎo)致解題失誤。答案：C

解析：電場(chǎng)力做功的公式為WAB＝qUAB＝q(φA－φB)，由題圖知φb＝φe，則正電荷從b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到e點(diǎn)，電場(chǎng)力不做功，A錯(cuò)誤；電子從a運(yùn)動(dòng)到d點(diǎn)，Wad＝－e(φa－φd)＝4eV，B正確；電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直且指向電勢(shì)低的方向，故C錯(cuò)誤；在電場(chǎng)中，等差等勢(shì)面越密，場(chǎng)強(qiáng)越大，故a、b、c、d四點(diǎn)中，b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)最大，D正確。答案：BD

因“電場(chǎng)線與等勢(shì)線區(qū)分不清”而導(dǎo)致解題失誤3．(2022·浙江1月選考)某種氣體—電子放大器的局部結(jié)構(gòu)是由兩塊夾有絕緣介質(zhì)的平行金屬薄膜構(gòu)成，其上存在等間距小孔，其中相鄰兩孔截面上的電場(chǎng)線和等勢(shì)線的分布如圖所示。下列說(shuō)法正確的是

(

)A．a(chǎn)點(diǎn)所在的線是等勢(shì)線B．b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比c點(diǎn)大C．b、c兩點(diǎn)間的電勢(shì)差的值比a、c兩點(diǎn)間的大D．將電荷沿圖中的線從d→e→f→g移動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力做功為零防誤點(diǎn)：本題情境較新，題目中并沒有告訴哪是等勢(shì)線哪是電場(chǎng)線，學(xué)生易誤把等勢(shì)線視為電場(chǎng)線導(dǎo)致解題失誤。解析：因上下為兩塊夾有絕緣介質(zhì)的平行金屬薄膜，則a點(diǎn)所在的線是電場(chǎng)線，A錯(cuò)誤；因c處的電場(chǎng)線較b點(diǎn)密集，則c點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比b點(diǎn)大，B錯(cuò)誤；因b、c兩點(diǎn)所處的線為等勢(shì)線，可知b、c兩點(diǎn)間的電勢(shì)差的值比a、c兩點(diǎn)間的大，C正確；因d、g兩點(diǎn)在同一電場(chǎng)線上，電勢(shì)不相等，則將電荷沿圖中的線從d→e→f→g移動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力做功不為零，D錯(cuò)誤。答案：C因“不能熟練掌握兩通電導(dǎo)線間的安培力作用關(guān)系”而導(dǎo)致高耗低效4．(2021·廣東高考)截面為正方形的絕緣彈性長(zhǎng)管中心有一固定長(zhǎng)

直導(dǎo)線，長(zhǎng)管外表面固定著對(duì)稱分布的四根平行長(zhǎng)直導(dǎo)線。若

中心直導(dǎo)線通入電流I1，四根平行直導(dǎo)線均通入電流I2，I1?I2，

電流方向如圖所示，下列截面圖中可能正確表示通電后長(zhǎng)管發(fā)生形變的是(

)防誤點(diǎn)：學(xué)生易把“同向電流相互吸引，異向電流相互排斥”與“同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引”混淆。解析：因I1?I2，則可不考慮四個(gè)邊上的直導(dǎo)線之間的相互作用；根據(jù)兩通電直導(dǎo)線間的安培力作用滿足“同向電流相互吸引，異向電流相互排斥”，則正方形左右兩側(cè)的直導(dǎo)線I2要受到I1吸引的安培力，形成凹形，正方形上下兩邊的直導(dǎo)線I2要受到I1排斥的安培力，形成凸形，故變形后的形狀如選項(xiàng)C所示。答案：C加強(qiáng)點(diǎn)(一)雙點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)問題模型1

等量異種雙點(diǎn)電荷電場(chǎng)[例1]

(多選)如圖所示，豎直面內(nèi)一絕緣細(xì)圓環(huán)的上、下半圓分別均勻分布著等量異種電荷。a、b為圓環(huán)水平直徑上的兩個(gè)點(diǎn)，c、d為豎直直徑上的兩個(gè)點(diǎn)，它們與圓心的距離均相等。則

(

)A．a(chǎn)、b兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)相等 B．a(chǎn)、b兩點(diǎn)的電勢(shì)相等C．c、d兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)相等 D．c、d兩點(diǎn)的電勢(shì)相等[解析]若以a、b點(diǎn)所在直線為分界線，該題所述的帶電圓環(huán)，可等效為無(wú)數(shù)對(duì)上下對(duì)稱分布的等量異種點(diǎn)電荷電場(chǎng)的疊加，等效電場(chǎng)如圖所示。由場(chǎng)強(qiáng)空間分布的對(duì)稱性不難得到，A、C正確；又由于a、b兩點(diǎn)處在等勢(shì)面上，因此，a、b兩點(diǎn)電勢(shì)相等，B正確；而c、d兩點(diǎn)處在同一電場(chǎng)線上，由c至d電勢(shì)一直在降低，即φc＞φd，D錯(cuò)誤。[答案]

ABC[思維建模]1．模型適用條件：等量異種電荷。2．模型特點(diǎn)：雙點(diǎn)電荷連線自左至右，場(chǎng)強(qiáng)先減小后增大，中點(diǎn)最??；電勢(shì)逐漸降低。在雙點(diǎn)電荷連線中垂線上，沿中垂線自上而下，場(chǎng)強(qiáng)先增大后減小，中點(diǎn)最大；中垂線(面)為等勢(shì)線(面)，且與無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)相同，若選定無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零，則中垂線上各點(diǎn)的電勢(shì)均為零。

模型2

等量同種雙點(diǎn)電荷電場(chǎng)[例2]如圖所示，正方形ABCD的對(duì)角線相交于O點(diǎn)，兩個(gè)等量同種正點(diǎn)電荷分別固定在A、C兩點(diǎn)，則

(

)A．B、D兩處電勢(shì)、場(chǎng)強(qiáng)均相同B．B、D兩處電勢(shì)、場(chǎng)強(qiáng)均不相同C．若在B點(diǎn)靜止釋放一電子，電子一定在B、D間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且加速度先減小后增大D．若在B點(diǎn)給電子一垂直紙面合適的速度，電子可繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)[解析]在等量同種正點(diǎn)電荷連線的中垂線上，電場(chǎng)強(qiáng)度從O點(diǎn)開始向上、下兩邊先增大后減小，在O點(diǎn)上方的電場(chǎng)強(qiáng)度方向豎直向上，在O點(diǎn)下方的電場(chǎng)強(qiáng)度方向豎直向下，根據(jù)對(duì)稱性可知B、D兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相同，方向不同，電勢(shì)相同，故A、B錯(cuò)誤；無(wú)法判斷從O到B(O到D)電場(chǎng)強(qiáng)度是一直增大，還是先增大后減小，故無(wú)法判斷電子的加速度的變化情況，C錯(cuò)誤；在垂直紙面，以O(shè)點(diǎn)為圓心且經(jīng)過(guò)B、D兩點(diǎn)的圓上，所有點(diǎn)的電勢(shì)相等，并且電子受到的電場(chǎng)力指向O點(diǎn)，與速度方向垂直，電子速度合適可繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，D正確。[答案]

D[思維建模]1．模型適用條件：等量同種電荷。2．模型特點(diǎn)：雙點(diǎn)電荷連線自左至右，場(chǎng)強(qiáng)先減小后增大，中點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零；電勢(shì)先減小后增大，中點(diǎn)電勢(shì)最低。在雙點(diǎn)電荷連線中垂線上，自連線中點(diǎn)沿中垂線至無(wú)窮遠(yuǎn)處，場(chǎng)強(qiáng)先增大后減小；電勢(shì)逐漸降低，中點(diǎn)電勢(shì)最高。

模型3

不等量異種雙點(diǎn)電荷電場(chǎng)[例3]

(2022·河北高考)如圖，真空中電荷量為2q和－q(q>0)的兩個(gè)點(diǎn)電荷分別位于M點(diǎn)與N點(diǎn)，形成一個(gè)以MN延長(zhǎng)線上O點(diǎn)為球心，電勢(shì)為零的等勢(shì)面(取無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零)，P為MN連線上的一點(diǎn)，S為等勢(shì)面與直線MN的交點(diǎn)，T為等勢(shì)面上的一點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．P點(diǎn)電勢(shì)低于S點(diǎn)電勢(shì)B．T點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度方向指向O點(diǎn)C．除無(wú)窮遠(yuǎn)處外，MN直線上還存在兩個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度為零的點(diǎn)D．將正試探電荷q0從T點(diǎn)移到P點(diǎn)，靜電力做正功[答案]

B[思維建模]1．模型適用條件：不等量異種電荷。2．模型特點(diǎn)：如圖所示，為不等量異種雙點(diǎn)電荷(圖中左側(cè)為正電荷，右側(cè)為負(fù)電荷，且右側(cè)電荷量較大)電場(chǎng)線與等勢(shì)面分布圖。雙點(diǎn)電荷連線自左至右，場(chǎng)強(qiáng)先減小后增大；電勢(shì)逐漸降低。沿雙點(diǎn)電荷連線靠近電荷量小的外側(cè)(圖中正的點(diǎn)電荷的左側(cè))某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零。

模型4

不等量同種雙點(diǎn)電荷電場(chǎng)[例4]

(多選)真空中有兩個(gè)固定的帶正電的點(diǎn)電荷，電荷量不相等。一個(gè)帶負(fù)電的試探電荷置于二者連線上的O點(diǎn)時(shí)，僅在電場(chǎng)力的作用下恰好保持靜止?fàn)顟B(tài)。過(guò)O點(diǎn)作兩正電荷連線的垂線，以O(shè)點(diǎn)為圓心的圓與連線和垂線分別交于a、c和b、d，如圖所示。以下說(shuō)法正確的是

(

)A．a(chǎn)點(diǎn)電勢(shì)低于O點(diǎn)B．b點(diǎn)電勢(shì)低于c點(diǎn)C．該試探電荷在a點(diǎn)的電勢(shì)能大于在b點(diǎn)的電勢(shì)能D．該試探電荷在c點(diǎn)的電勢(shì)能小于在d點(diǎn)的電勢(shì)能[解析]兩點(diǎn)電荷帶正電，可知連線上O點(diǎn)左側(cè)各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向向右、右側(cè)各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向向左，而沿場(chǎng)強(qiáng)方向電勢(shì)降低，故φa＞φO、φc＞φO，A項(xiàng)錯(cuò)誤；從O點(diǎn)沿垂線到b點(diǎn)，兩場(chǎng)源電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)沿垂線方向的分量由O指向b，故φO＞φb，而φc＞φO，故φb＜φc，B項(xiàng)正確；同理再結(jié)合對(duì)稱性有φb＝φd＜φc、φb＝φd＜φa，由于負(fù)電荷在電勢(shì)越高處電勢(shì)能越小，故試探電荷在a點(diǎn)的電勢(shì)能小于在b點(diǎn)的電勢(shì)能、在c點(diǎn)的電勢(shì)能小于在d點(diǎn)的電勢(shì)能，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。[答案]

BD[思維建模]1．模型適用條件：不等量同種電荷。2．模型特點(diǎn)：如圖所示，為不等量同種雙點(diǎn)電荷(正電荷)電場(chǎng)線與等勢(shì)面分布圖(圖中左側(cè)電荷量較大)。雙點(diǎn)電荷連線自左至右，場(chǎng)強(qiáng)先減小后增大，在雙點(diǎn)電荷連線之間，靠近電荷量小的一側(cè)(圖中兩點(diǎn)電荷之間連線右側(cè))某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零。

加強(qiáng)點(diǎn)(二)電場(chǎng)中的圖像問題[科學(xué)思維]四種常見圖像的特點(diǎn)及規(guī)律v-t圖像根據(jù)v-t圖像中速度變化、斜率確定電荷所受合力的方向與合力大小的變化，確定電場(chǎng)的方向、電勢(shì)高低及電勢(shì)能變化φ-x圖像(1)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小等于φ-x圖線的斜率大小，電場(chǎng)強(qiáng)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(diǎn)電勢(shì)的高低，并可根據(jù)電勢(shì)高低關(guān)系確定電場(chǎng)強(qiáng)度的方向(3)在φ-x圖像中分析電荷移動(dòng)時(shí)電勢(shì)能的變化，可用WAB＝qUAB，進(jìn)而分析WAB的正負(fù)，然后作出判斷E-x圖像(1)反映了電場(chǎng)強(qiáng)度隨位移變化的規(guī)律(2)E>0表示電場(chǎng)強(qiáng)度與規(guī)定正方向相同，E<0表示電場(chǎng)強(qiáng)度與規(guī)定正方向相反(3)圖線與x軸圍成的“面積”表示電勢(shì)差，“面積”大小表示電勢(shì)差大小，兩點(diǎn)的電勢(shì)高低根據(jù)電場(chǎng)方向判定Ep-x圖像(1)反映了電勢(shì)能隨位移變化的規(guī)律(2)圖線的切線斜率大小等于電場(chǎng)力大小(3)進(jìn)一步判斷電場(chǎng)強(qiáng)度、動(dòng)能、加速度等隨位移的變化情況續(xù)表[解題指導(dǎo)](1)在點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中，離正點(diǎn)電荷越近，電勢(shì)越高；離負(fù)點(diǎn)電荷越近，電勢(shì)越低。(2)在φ-x圖像中，斜率的大小表示場(chǎng)強(qiáng)的大小，斜率為零說(shuō)明場(chǎng)強(qiáng)為零，場(chǎng)強(qiáng)的方向沿電勢(shì)降落最快的方向。[答案]

D[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．(2022·遼寧六校聯(lián)考)如圖甲所示，點(diǎn)電荷Q1、Q2固定在水平連線上，其延長(zhǎng)線上有b、a兩點(diǎn)，Q1帶正電，檢驗(yàn)電荷＋q僅受電場(chǎng)力作用，t＝0時(shí)經(jīng)過(guò)b點(diǎn)，然后沿ba向右運(yùn)動(dòng)，其v-t圖像如圖乙所示，vb、va分別為檢驗(yàn)電荷經(jīng)過(guò)b、a兩點(diǎn)時(shí)的速度大小，則

(

)A．Q2帶正電B．從b點(diǎn)到a點(diǎn)，檢驗(yàn)電荷＋q做加速度逐漸增大的減速運(yùn)動(dòng)C．從b點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)全過(guò)程，電場(chǎng)力一直對(duì)檢驗(yàn)電荷＋q

做負(fù)功D．從b點(diǎn)到a點(diǎn)，檢驗(yàn)電荷＋q的電勢(shì)能逐漸增大解析：從v-t圖像可知，檢驗(yàn)電荷＋q從b到a做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)，在a點(diǎn)時(shí)檢驗(yàn)電荷＋q的加速度為零，則檢驗(yàn)電荷＋q在a點(diǎn)所受的電場(chǎng)力為零，所以該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零，Q1對(duì)檢驗(yàn)電荷＋q的電場(chǎng)力向右，則Q2對(duì)檢驗(yàn)電荷＋q的電場(chǎng)力向左，所以Q2帶負(fù)電，故A、B錯(cuò)誤；檢驗(yàn)電荷＋q從b向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，動(dòng)能先減小后增大，根據(jù)能量守恒定律知電勢(shì)能先增大后減小，電場(chǎng)力先做負(fù)功后做正功，故C錯(cuò)誤；由b運(yùn)動(dòng)到a的過(guò)程動(dòng)能減小，電勢(shì)能增大，D正確。答案：D2．如圖甲所示，在某電場(chǎng)中建立x坐標(biāo)軸，一個(gè)電子僅在電場(chǎng)力作用下沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)A、B、C三點(diǎn)，已知xC－xB＝xB－xA。該電子的電勢(shì)能Ep隨坐標(biāo)x變化的關(guān)系如圖乙所示。則下列說(shuō)法中正確的是

(

)A．A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì)B．A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度小于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度C．A、B兩點(diǎn)電勢(shì)差|UAB|等于B、C兩點(diǎn)電勢(shì)差|UBC|D．電子經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速率小于經(jīng)過(guò)B點(diǎn)的速率答案：D答案：BC3．畫好“兩個(gè)圖形”(1)對(duì)磁場(chǎng)合成問題畫好合成圖。(2)對(duì)安培力作用下的平衡、運(yùn)動(dòng)問題畫好受力圖。4．熟記“兩個(gè)等效模型”(1)變曲為直：如圖甲所示通電導(dǎo)線，在計(jì)算安培力的大小和判斷方向時(shí)均可等效為直線電流ac。(2)化電為磁：環(huán)形電流可等效為小磁針，通電螺線管可等效為條形磁鐵，如圖乙所示。[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．(2022