（课标版）2020届高考物理二轮复习 专题三 第6讲 电场和磁场的基本性质课件

第6讲电场和磁场的基本性质总纲目录考点一电场力的性质考点二电场能的性质考点四磁场对运动电荷的作用素养提升解答电场的性质问题时常遇到的几个易错点考点三磁场及其对电流的作用考点一电场力的性质1.(2019课标Ⅱ,20,6分)(多选)静电场中,一带电粒子仅在电场力的作用下自M点由静止开始运动,N为粒子运动轨迹上的另外一点,则 (AC)A.运动过程中,粒子的速度大小可能先增大后减小B.在M、N两点间,粒子的轨迹一定与某条电场线重合C.粒子在M点的电势能不低于其在N点的电势能D.粒子在N点所受电场力的方向一定与粒子轨迹在该点的切线平行答案AC本题考查带电粒子在电场中运动的问题,体现了能量观念、科学推理等核心素养。粒子仅在电场力作用下由静止开始运动,运动过程中,电场力可能先做正功后做负功,速度可能先增大后减小,A正确;若电场线为曲线,则粒子运动的轨迹与电场线不重合,B错误;由能量守恒定律知动能与电势能之和恒定,而粒子在N点有动能或动能为0,则粒子在N点的电势能不可能高于在M点的电势能,C正确;粒子在N点所受电场力的方向沿电场线切线方向,与轨迹切线不一定平行,D错误。2.(2018课标Ⅰ,16,6分)如图,三个固定的带电小球a、b和c,相互间的距离分别为ab=5cm,bc=3cm,ca=4cm。小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线。设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k,则 (D) A.a、b的电荷同号,k= B.a、b的电荷异号,k= C.a、b的电荷同号,k= D.a、b的电荷异号,k= 16916964276427答案D本题考查库仑定律及矢量合成。若a、b的电荷同号,则c所受库仑力的合力指向2或4区域;若a、b的电荷异号,则c所受库仑力的合力指向1或3区域;故只有a、b的电荷异号,合力方向才能与a、b连线平行。设a带正电荷,b、c带负电荷,c受力如图,tanβ=tanα= , =tanβ,由库仑定律得 = ,联立得k= = 。故A、B、C三项均错误,D项正确。34baFFbaFF22||||acbbcarQrQabQQ64271.解答电场叠加问题的重要方法——对称法2.由电场中的“点、线、面、迹”判断相关问题的思路(1)根据电场线或等势面疏密判断电场力(加速度)的大小。(2)由轨迹向合外力的方向弯曲,确定粒子所受电场力方向。(3)根据粒子电性判断电场线方向。(4)根据“沿电场线方向电势降低”判断电势高低。(5)根据公式Ep=qφ(代入正负号)判断电势能大小。(6)根据电场力做功与电势能变化的关系判断正、负功。(7)根据动能定理或能量守恒定律判断动能变化。考向一匀强电场中有关电场强度的计算1.(多选)(2019湖北黄石模拟)空间有一与纸面平行的匀强电场,纸面内的A、B、C三点位于以O点为圆心、半径R=10cm的圆周上,并且∠AOC=90°,∠BOC=120°,如图所示。现把一个电荷量q=1×10-5C的正电荷从A移到B,电场力做功-1×10-4J;从B移到C,电场力做功3×10-4J,则该匀强电场的场强方向和大小是 ()A.场强大小为200V/mB.场强大小为200 V/mC.场强方向垂直OA向右D.场强方向垂直OC向下3答案ACUAB= = V=-10V,UBC= = V=30V,则UAC=UAB+UBC=20V,若设φC=0,则φA=20V,φB=30V,如图,延长AO则与BC的连线交于BC的三等分点D点,D点的电势应为20V,则AD为电势为20V的等势面,故场强方向垂直OA向右,大小为E= = V/m=200V/m,故A、C正确。 ABWq4-5-110110BCWq-4-5310110OCUR200.1考向二点电荷电场中有关电场强度的计算2.(2019陕西宝鸡模拟)直角坐标系xOy中,M、N两点位于x轴上,G、H两点坐标如图。M、N两点各固定一负点电荷,一电荷量为Q的正点电荷置于O点时,G点处的电场强度恰好为零。静电力常量用k表示。若将该正点电荷移到G点,则H点处场强的大小和方向分别为 (B)A. ,沿y轴正向B. ,沿y轴负向C. ,沿y轴正向D. ,沿y轴负向234kQa234kQa254kQa254kQa答案BM、N两点处的负点电荷在G点处产生的合场强E1与O点处正点电荷在G点处产生的场强等大反向,所以E1= ,方向沿y轴正向,因为H与G关于x轴对称,所以M、N两点处的负点电荷在H点处产生的合场强E2=E1= ,方向沿y轴负方向。当正点电荷放在G点时,它在H点产生的场强E3= ,方向沿y轴正方向,则H点处的场强为EH= - = ,方向沿y轴负方向,B正确。2kQa2kQa2(2)kQa2kQa2(2)kQa234kQa考向三非匀强电场中有关电场强度的计算3.均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的点电荷电场。如图所示,在 球面AB上均匀分布正电荷,总电荷量为q,球面半径为R,球心为O,CD为 球面AB的对称轴,在轴线上有M、N两点,且OM=ON=2R,A1A∥B1B∥CD,已知球面A1B1在M点的场强大小为E,静电力常量为k,则N点的场强大小为 (C) 2323A. -EB. -EC. -ED. -E22kqR24kqR238kqR212kqR答案C若球完整,则带电荷量Q= q,则球在M点产生的电场E0= = ,根据电场的叠加原理,除去A1B1球面后,球在M点产生的电场E1=E0-E= -E,由对称性可知球壳在N点产生的场强大小等于E1,C正确。322(2)kQR238kqR238kqR4.(2019河北邯郸模拟)如图所示,均匀带正电圆环带电荷量为Q,半径为R,圆心为O,A、B、C为垂直于圆环平面的中心轴上的三个点,且BC=2AO=2OB=2R,当在C处放置一点电荷时(不影响圆环的电荷分布情况,整个装置位于真空中),B点的电场强度恰好为零,则由此可得A点的电场强度大小为 (B) A. B. C. D. 224kQR25216kQR23216kQR222kQR答案B在带电圆环上取一长为Δl的微小段,则其所带电荷量为Δq= ,此微小段在B点产生的电场强度大小为E1=k 。由对称性可知,带电圆环在B处产生的电场强度是水平向右的(垂直分量相抵消),大小为EB= ·E1·cos45°,联立得EB= ,再由对称性知,圆环在A点产生的电场强度水平向左,大小也为 ,又因在C处放置一点电荷时,B点的电场强度恰好为零,故点电荷在B点产生的电场强度水平向左,大小为 ,由点电荷电场强度决定式可Δ2πQlR2Δ(2)qR2πΔRl224kQR224kQR224kQR知,点电荷在A点产生的电场强度水平向左,大小为 ,由电场强度的矢量叠加可知,A点的电场强度大小为 ,B项正确。 2216kQR25216kQR考点二电场能的性质1.(多选)(2019课标Ⅲ,21,6分)如图,电荷量分别为q和-q(q0)的点电荷固定在正方体的两个顶点上,a、b是正方体的另外两个顶点。则 (BC)A.a点和b点的电势相等B.a点和b点的电场强度大小相等C.a点和b点的电场强度方向相同D.将负电荷从a点移到b点,电势能增加答案BC本题通过两等量异种点电荷的电场考查了电场力的性质与电场能的性质,利用点电荷所处的空间位置考查了学生的推理能力,体现了运动与相互作用观念、能量观念等物理观念的素养要素。由点电荷产生的电势分布可知q在a点产生的电势低于在b点产生的电势,-q在a点产生的电势也低于在b点产生的电势,故φaφb,再由Ep=qφ可知负电荷在a、b两点的电势能EpaEpb,故A、D均错误。由点电荷的场强分布可知q在a点产生的场强与-q在b点产生的场强完全相同,q在b点产生的场强与-q在a点产生的场强也完全相同,故a点与b点的总场强也完全相同,B、C均正确。2.(多选)(2018课标Ⅰ,21,6分)图中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面,已知平面b上的电势为2V。一电子经过a时的动能为10eV,从a到d的过程中克服电场力所做的功为6eV。下列说法正确的是 (AB)A.平面c上的电势为零B.该电子可能到达不了平面fC.该电子经过平面d时,其电势能为4eVD.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍答案AB本题考查带电粒子在匀强电场中的运动,能量的转化与守恒等知识。电子从a到d的过程中克服电场力做功6eV,说明电场方向由a→f,且Uad=3Uab=3Ubc=3Ucd=3Udf=6V,故Uab=Ubc=Ucd=Udf=2V,又因为φb=2V,故φa=4V,φc=0V,φd=-2V,φf=-4V,可知A项正确。Eka=10eV,从a到f过程中,需克服电场力做功8eV,Eka|W电|,因为不知道电子的运动方向,故不能确定电子能否到达平面f,故B项正确。电子经过平面d时,其电势能为2eV,故C项错误。经过平面b时的动能为8eV,经过平面d时的动能为4eV,又知Ek= mv2,故 = = ,D项错误。12bdvvkkbdEE213.(多选)(2018课标Ⅱ,21,6分)如图,同一平面内的a、b、c、d四点处于匀强电场中,电场方向与此平面平行,M为a、c连线的中点,N为b、d连线的中点。一电荷量为q(q0)的粒子从a点移动到b点,其电势能减小W1;若该粒子从c点移动到d点,其电势能减小W2。下列说法正确的是 (BD)A.此匀强电场的场强方向一定与a、b两点连线平行B.若该粒子从M点移动到N点,则电场力做功一定为 122WWC.若c、d之间的距离为L,则该电场的场强大小一定为 D.若W1=W2,则a、M两点之间的电势差一定等于b、N两点之间的电势差2WqL答案BD本题考查电场力做功与电势能变化量的关系、匀强电场中U=Ed。根据电场力做功与电势能变化量的关系有W1=q(φa-φb)①,W2=q(φc-φd)②,WMN=q(φM-φN)③,根据匀强电场中“同一条直线上两点间的电势差与两点间的距离成正比”的规律可知,UaM=UMc,即φa-φM=φM-φc,可得φM= ④,同理可得φN= ⑤,联立①②③④⑤式可得:WMN= ,即B项正确。若W1=W2,则φa-φb=φc-φd,结合④⑤两式可推出φa-φM=φb-φN,即D项正确。由题意无法判定电场强度的方向,故A、C项均错误。 2acφφ2bdφφ122WW1.电场中电势高低、电势能大小的判断判断电势的高低根据电场线的方向判断根据UAB=φA-φB判断根据电场力做功(或电势能)判断判断电势能的大小根据Ep=qφ判断根据电场力做功(W=-ΔEp)判断2.φ-x图线的分析方法(1)φ-x图线上某点切线的斜率的绝对值等于电场强度的大小,电场强度为零处,φ-x图线存在极值,极值点切线的斜率为零。(2)在φ-x图像中可以直接判断各点电势的大小,并可根据电势大小关系确定电场强度的方向。3.电容器有关问题的解题思路(1)判断电容器中某点电势的变化时,一般是通过该点与某一极板的电势差的变化来判断。(2)求解平行板电容器动态分析的问题时,难点是判断电容器两板间场强的变化:①两板间U不变时,E与d成反比;②Q不变时,E与两板正对面积成反比,不随d变化。考向一等势面特点的应用1.(多选)(2019辽宁锦州模拟)如图所示,一带电小球固定在光滑水平面上的O点,虚线a、b、c、d是带电小球激发电场的四条等距离的等势线,一个带电小滑块从等势线d上的1处以水平初速度v0运动,结果形成了实线所示的小滑块运动轨迹,1、2、3、4、5是等势线与小滑块运动轨迹的一些交点。由此可以判定 ()A.固定小球与小滑块带异种电荷B.在整个运动过程中小滑块的加速度先减小后增大C.在整个过程中小滑块的电势能先增大后减小D.小滑块从位置3到4和从位置4到5的过程中,电场力做功的大小关系是W34W45答案CD由题图看出小滑块的轨迹向右弯曲,可知小滑块受到了斥力作用,则知小球与小滑块电性一定相同,故A项错误;小滑块与小球的距离先减小后增大,由库仑定律得知,小滑块所受的库仑力先增大后减小,则其加速度先增大后减