第12講-電場(chǎng)和磁場(chǎng)的基本性質(zhì)公開課

第12講電場(chǎng)和磁場(chǎng)的基本性質(zhì)物理觀念——在自主串憶中整合升華

1．電場(chǎng)強(qiáng)度的三個(gè)公式2．電場(chǎng)能的性質(zhì)3．等勢(shì)面與電場(chǎng)線的關(guān)系(1)電場(chǎng)線總是與等勢(shì)面垂直，且從電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面。(2)電場(chǎng)線越密的地方，等差等勢(shì)面也越密。(3)沿等勢(shì)面移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力不做功，沿電場(chǎng)線移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力一定做功。4．電容、電容器(2)平行板電容器的兩類動(dòng)態(tài)分析5．磁場(chǎng)的疊加及安培力(1)地磁場(chǎng)的分布：北半球，豎直分量向下；南半球，豎直分量向上；地球上各處，水平分量向北；赤道上空，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平向北。(2)磁場(chǎng)的疊加：幾根通電導(dǎo)線的磁場(chǎng)的疊加——安培定則(右手螺旋定則)，磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直于半徑線；矢量疊加。(3)安培力6．帶電粒子在磁場(chǎng)中的受力情況(1)磁場(chǎng)只對(duì)不沿磁感線運(yùn)動(dòng)的電荷有力的作用，對(duì)靜止的電荷或沿磁感線運(yùn)動(dòng)的電荷無力的作用。(2)洛倫茲力的大小和方向：其大小為F＝qvBsinθ，注意：θ為v與B的夾角。F的方向由左手定則判定，四指的指向應(yīng)為正電荷運(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向的反方向。(3)洛倫茲力做功的特點(diǎn)：由于洛倫茲力始終和速度方向垂直，所以洛倫茲力永不做功?？茖W(xué)思維——在遷移應(yīng)用中融會(huì)貫通

考點(diǎn)一電場(chǎng)的性質(zhì)1.(2021·浙江6月選考)某書中有如圖所示的圖，用來表示橫截面是“<”形導(dǎo)體右側(cè)的電場(chǎng)線和等勢(shì)面，其中a、b是同一條實(shí)線上的兩點(diǎn)，c是另一條實(shí)線上的一點(diǎn)，d是導(dǎo)體尖角右側(cè)表面附近的一點(diǎn)。下列說法正確的是(

)A．實(shí)線表示電場(chǎng)線B．離d點(diǎn)最近的導(dǎo)體表面電荷密度最大C．“<”形導(dǎo)體右側(cè)表面附近電場(chǎng)強(qiáng)度方向均相同D．電荷從a點(diǎn)到c點(diǎn)再到b點(diǎn)電場(chǎng)力做功一定為零解析：處于靜電平衡的導(dǎo)體，是個(gè)等勢(shì)體，則整個(gè)導(dǎo)體為等勢(shì)體，由于電場(chǎng)線方向總是與等勢(shì)面垂直，所以實(shí)線不是電場(chǎng)線，是等勢(shì)面，所以A錯(cuò)誤；根據(jù)等勢(shì)面的疏密表示電場(chǎng)強(qiáng)度的強(qiáng)弱，則d點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度較弱，并且電場(chǎng)強(qiáng)度越大的地方電荷密度越大，所以B錯(cuò)誤；在“<”形導(dǎo)體右側(cè)表面上下部分附近電場(chǎng)強(qiáng)度方向不相同，所以C錯(cuò)誤；由于a、b在同一等勢(shì)面上，則電荷從a點(diǎn)到c點(diǎn)再到b點(diǎn)電場(chǎng)力做功一定為零，所以D正確。答案：D

2．(2021·寧波模擬)(多選)如圖所示，一光滑絕緣足夠長(zhǎng)的斜面與兩個(gè)等量同種正點(diǎn)電荷連線的中垂面重合，O為兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)。A、B為斜面上的兩點(diǎn)，且BO>AO。一個(gè)帶電荷量為q、質(zhì)量為m、可視為質(zhì)點(diǎn)的小物塊，從A點(diǎn)以初速度v0開始沿斜面下滑，到達(dá)B點(diǎn)速度恰好為零。(斜面對(duì)電場(chǎng)無影響)以下說法正確的是

(

)A．小物塊帶正電，從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，加速度先增大后減小B．小物塊帶負(fù)電，從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，電勢(shì)能先減小后增大C．小物塊運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)具有最大速度D．小物塊能回到A點(diǎn)，且速度大小等于v0解析：從A點(diǎn)到B點(diǎn)，物塊的動(dòng)能和重力勢(shì)能均減小，則機(jī)械能減小，電勢(shì)能變大，電場(chǎng)力對(duì)滑塊做負(fù)功，可知滑塊帶負(fù)電，從A點(diǎn)到O點(diǎn)電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小；從O點(diǎn)到B點(diǎn)電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能變大；因在O點(diǎn)兩側(cè)斜面上都存在一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)最大的位置，此位置與A、B兩點(diǎn)的位置關(guān)系不確定，則不能確定滑塊加速度的變化情況，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；因滑塊在O點(diǎn)以下某位置時(shí)，受到向下的重力、垂直斜面的支持力以及沿斜面向上的電場(chǎng)力，三力平衡時(shí)加速度為零，速度最大，可知小物塊運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)以下某位置時(shí)具有最大速度，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；小物塊到達(dá)最低點(diǎn)后，加速度沿斜面向上，由能量守恒定律可知，滑塊能回到A點(diǎn)，且速度大小等于v0，選項(xiàng)D正確。答案：BD

謹(jǐn)記師說1．描述電場(chǎng)的物理量間的關(guān)系2．電荷電勢(shì)能大小判斷四法做功判斷法電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小；電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增大電荷電勢(shì)法正電荷在電勢(shì)越高的地方電勢(shì)能越大，負(fù)電荷在電勢(shì)越低的地方電勢(shì)能越大公式法由Ep＝qφ，將q、φ的大小、正負(fù)號(hào)一起代入公式，Ep數(shù)值(包括正負(fù)號(hào))越大，表示電勢(shì)能越大能量守恒法在電場(chǎng)中，若只有電場(chǎng)力做功時(shí)，電荷的動(dòng)能和電勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，兩種能量之和不變，所以電荷動(dòng)能增加時(shí)，其電勢(shì)能減?。环粗?，其電勢(shì)能增大考點(diǎn)二電容器及其動(dòng)態(tài)分析3.電容式壓力傳感器的原理如圖所示，其中上板為固定電極，下板為可動(dòng)電極?？蓜?dòng)電極的兩端固定，當(dāng)有壓力作用于可動(dòng)電極時(shí)，極板會(huì)發(fā)生形變，從而改變電容器的電容。已知電流從靈敏電流計(jì)的正接線柱流入時(shí)指針往右偏，則壓力突然增大時(shí)

(

)A．電容器的電容變小

B．電容器的電荷量不變C．靈敏電流計(jì)指針往左偏

D．電池對(duì)電容器充電4．一平行板電容器兩極板之間充滿云母介質(zhì)，接在恒壓直流電源上。若將云母介質(zhì)移出，則電容器

(

)A．極板上的電荷量變大，極板間電場(chǎng)強(qiáng)度變大B．極板上的電荷量變小，極板間電場(chǎng)強(qiáng)度變大C．極板上的電荷量變大，極板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變D．極板上的電荷量變小，極板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變5．研究與平行板電容器電容有關(guān)因素的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。下列說法正確的是

(

)A．實(shí)驗(yàn)前，只用帶電玻璃棒與電容器a板接觸，能使電容器帶電B．實(shí)驗(yàn)中，只將電容器b板向上平移，靜電計(jì)指針的張角變小C．實(shí)驗(yàn)中，只在極板間插入有機(jī)玻璃板，靜電計(jì)指針的張角變大D．實(shí)驗(yàn)中，只增加極板帶電量，靜電計(jì)指針的張角變大，表明電容增大謹(jǐn)記師說平行板電容器的動(dòng)態(tài)問題分析考點(diǎn)三磁場(chǎng)的性質(zhì)及磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用6.(2021·浙江6月選考)(多選)如圖所示，有兩根用超導(dǎo)材料制成的長(zhǎng)直平行細(xì)導(dǎo)線a、b，分別通以80A和100A流向相同的電流，兩導(dǎo)線構(gòu)成的平面內(nèi)有一點(diǎn)p，到兩導(dǎo)線的距離相等。下列說法正確的是

(

)A．兩導(dǎo)線受到的安培力Fb＝125FaB．導(dǎo)線所受的安培力可以用F＝ILB計(jì)算C．移走導(dǎo)線b前后，p點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向改變D．在離兩導(dǎo)線所在的平面有一定距離的有限空間內(nèi)，不存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的位置解析：兩導(dǎo)線受到的安培力是相互作用力，大小相等，故A錯(cuò)誤；導(dǎo)線所受的安培力可以用F＝ILB計(jì)算，因?yàn)榇艌?chǎng)與導(dǎo)線垂直，故B正確；移走導(dǎo)線b前，b的電流較大，則p點(diǎn)磁場(chǎng)方向與導(dǎo)線b產(chǎn)生磁場(chǎng)方向同向，方向垂直紙面向里，移走導(dǎo)線b后，p點(diǎn)磁場(chǎng)方向與導(dǎo)線a產(chǎn)生磁場(chǎng)方向相同，方向垂直紙面向外，故C正確；在離兩導(dǎo)線所在的平面有一定距離的有限空間內(nèi)，兩導(dǎo)線在任意點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)均不在同一條直線上，故不存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的位置，故D正確。答案：BCD

7.如圖所示，四根相互平行的固定長(zhǎng)直導(dǎo)線L1、L2、L3、L4，其橫截面構(gòu)成一角度為60°的菱形，均通有相等的電流I，菱形中心為O。L1中電流方向與L2中的相同，與L3、L4中的相反，下列說法正確的是

(

)A．菱形中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零B．菱形中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向沿OL1C．L1所受安培力與L3所受安培力大小不相等D．L1所受安培力的方向與L3所受安培力的方向相同解析：由右手螺旋定則可知，L1在菱形中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向沿OL2方向，L2在菱形中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向沿OL3方向，L3在菱形中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向沿OL2方向，L4在菱形中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向OL3方向，由平行四邊形定則可知，菱形中心O處的合磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，方向應(yīng)在OL3方向與OL2方向之間，故A正確，B錯(cuò)誤；L1和L3受力如圖所示，由于四根導(dǎo)線中的電流大小相等且距離相等，所以每?jī)筛鶎?dǎo)線間的相互作用力大小相等，由幾可關(guān)系可知，L1所受安培力與L3所受安培力大小相等，方向相反，故C、D錯(cuò)誤。答案：A

謹(jǐn)記師說磁場(chǎng)性質(zhì)分析的三個(gè)技巧(1)判斷電流的磁場(chǎng)要正確應(yīng)用安培定則(右手螺旋定則)，明確大拇指、四指及手掌的放法。(2)求解安培力作用下的力學(xué)問題的基本思路(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，多個(gè)通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加時(shí)，合磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各場(chǎng)源單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和，遵從平行四邊形定則。9．(2019·北京高考)如圖所示，正方形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一帶電粒子垂直磁場(chǎng)邊界從a點(diǎn)射入，從b點(diǎn)射出。下列說法正確的是(

)A．粒子帶正電B．粒子在b點(diǎn)速率大于在a點(diǎn)速率C．若僅減小磁感應(yīng)強(qiáng)度，則粒子可能從b點(diǎn)右側(cè)射出D．若僅減小入射速率，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間變短

謹(jǐn)記師說分析磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用的三個(gè)關(guān)鍵命題導(dǎo)向——在真題集訓(xùn)中把脈規(guī)律

1.(2021·浙江6月選考)如圖所示，在火箭發(fā)射塔周圍有鋼鐵制成的四座高塔，高塔的功能最有可能的是

(

)A．探測(cè)發(fā)射臺(tái)周圍風(fēng)力的大小B．發(fā)射與航天器聯(lián)系的電磁波C．預(yù)防雷電擊中待發(fā)射的火箭D．測(cè)量火箭發(fā)射過程的速度和加速度解析：鋼鐵制成的高塔有避雷作用，高塔的功能是預(yù)防雷電擊中待發(fā)射的火箭，故C正確。答案：C

2．(2020·浙江7月選考)空間P、Q兩點(diǎn)處固定電荷量絕對(duì)值相等的點(diǎn)電荷，其中Q點(diǎn)處為正電荷，P、Q兩點(diǎn)附近電場(chǎng)的等勢(shì)線分布如圖所示，a、b、c、d、e為電場(chǎng)中的5個(gè)點(diǎn)，設(shè)無窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為0，則

(

)A．e點(diǎn)的電勢(shì)大于0B．a(chǎn)點(diǎn)和b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同C．b點(diǎn)的電勢(shì)低于d點(diǎn)的電勢(shì)D．負(fù)電荷從a點(diǎn)移動(dòng)到c點(diǎn)時(shí)電勢(shì)能增加解析：由等勢(shì)線分布圖可以確定P、Q處固定等量異種點(diǎn)電荷，兩點(diǎn)電荷連線垂直平分線為等勢(shì)線且電勢(shì)為0，A項(xiàng)錯(cuò)誤；電場(chǎng)線與等勢(shì)線垂直，故a、b兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向不同，B項(xiàng)錯(cuò)誤；Q點(diǎn)處為正電荷，則P處固定電荷為負(fù)電荷，所以φb>0，φd<0，所以b點(diǎn)電勢(shì)高于d點(diǎn)電勢(shì)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；又負(fù)電荷在電勢(shì)高處電勢(shì)能小，所以負(fù)電荷從a點(diǎn)移到c點(diǎn)時(shí)電勢(shì)能增加，D項(xiàng)正確。答案：D

3．(2018·浙江4月選考)一帶電粒子僅在電場(chǎng)力作用下從A點(diǎn)開始以－v0做直線運(yùn)動(dòng)，其v--t圖像如圖所示。粒子在t0時(shí)刻運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，3t0時(shí)刻運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，下列判斷正確的是

(

)A．A、B、C三點(diǎn)的電勢(shì)關(guān)系為φB>φA>φCB．A、B、C三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小關(guān)系為EC>EB>EAC．粒子從A點(diǎn)經(jīng)B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，電勢(shì)能先增加后減少D．粒子從A點(diǎn)經(jīng)B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，電場(chǎng)力先做正功后做負(fù)功解析：帶電粒子的帶電性不確定，無法判斷電勢(shì)的高低，A錯(cuò)誤。由題圖可知，帶電粒子從A點(diǎn)到B點(diǎn)過程中加速度越來越大，故電場(chǎng)強(qiáng)度EA<EB，從B點(diǎn)到C點(diǎn)過程中，加速度越來越小，可知EC<EB，B錯(cuò)誤。帶電粒子從A點(diǎn)經(jīng)B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，速率先減小后增大，故電場(chǎng)力先做負(fù)功，后做正功，電勢(shì)能先增加后減少，故C正確，D錯(cuò)誤。答案：C

4．(2020·浙江1月選考)如圖所示，電子以某一初速度沿兩塊平行板的中線方向射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，已知極板長(zhǎng)度l，間距d，電子質(zhì)量m，電荷量e。若電子恰好從極板邊緣射出電場(chǎng)，由以上條件可以求出的是

(

)A．偏轉(zhuǎn)電壓 B．偏轉(zhuǎn)的角度C．射出電場(chǎng)速度

D．電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間5．(2019·浙江4月選考)在磁場(chǎng)中的同一位置放置一條直導(dǎo)線，導(dǎo)線的方向與磁場(chǎng)方向垂直，則下列描述導(dǎo)線受到的安培力F的大小與通過導(dǎo)線的電流I的關(guān)系圖像正確的是

(

)解析：磁場(chǎng)中同一位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度B保持不變。導(dǎo)線方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，安培力F＝BIL，故A選項(xiàng)正確。答案：A

6．(2020·浙江7月選考)特高壓直流輸電是國(guó)家重點(diǎn)能源工程。如圖所示，兩根等高、相互平行的水平長(zhǎng)直導(dǎo)線分別通有方向相同的電流I1和I2，I1>I2。a、b、c三點(diǎn)連線與兩根導(dǎo)線等高并垂直，b點(diǎn)位于兩根導(dǎo)線間的中點(diǎn)，a、c兩點(diǎn)與b點(diǎn)距離相等，d點(diǎn)位于b點(diǎn)正下方。不考慮地磁場(chǎng)的影響，則

(

)A．b點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)