高中物理电场与磁场

知识梳理
一、电场的基本性质
1．电场力的性质
库仑定律：F=kQ
1Q
2
/r2;电场力：F=qE..
注意电场强度只与源处电荷有关;与检验电荷无关..
电场线形象直观地反映电场的强弱与方向..疏密表示电场的强弱;而切线方向表示电场的方向..
2．电场能的性质
1电势与电势差：U
AB
=W/q;电势高低与零势点选择有关;但电势差与零势点选择无关..
2电势的变化规律：沿着场线的方向;电势是逐渐降低的..
3电场力做功特点：电场力做功与路径无关;只与初末位置有关..电场力做功;电势能减少；外力克服电场力做功;电势能增加..
3．电容
1两个公式：C=Q/U ;C= ε
r
S/4πkd
前者是定义式;后者是平行板电容器的决定式..
2平行板内部电场是匀强电场..
二、带电粒子在电场的特点
1．平衡：与其它力一起参与力的合成;合力为零;则物体处于平衡状态..
2．加速运动：初速度与电场平行时..
3．偏转：初速度与电场垂直时..
三、电流与电荷在磁场中受力及运动
1．磁感应强度B=F/IL ;注意磁场产生的两种方式：磁铁产生与电流产生..
2．磁场方向
a．用小磁针N极受力方向判定..
b．用右手法则判定电流产生的磁场..
3．磁感应线;其为闭合的曲线;比较于电场线不同..
4．安培力
1公式：F=BIL..
2方向：左手定则;注意将安培力比较于电场力：电荷只要放在电场中就一定受到电场力作用;而电流处于磁场中;受的安培力与放置位置有关;导线与磁场垂直时;安培力最大..
5．洛仑兹力
1公式：F=qvB;判定方向注意电荷正负..
2特点：永不做功；电场力与洛仑兹力的大小与方向上的不同..
命题预测
考查电场力方向与电场方向关系;洛仑兹力的大小与速度的关系;安培力的大小与电流强度的关系;及这些力与其它力使物体平衡、作匀速直线运动;是命题热点..
运用功能关系处理带电粒子在电场及磁场中速度大小问题;考查电场力做功与路径无关;及洛仑兹力不做功的特点;也是命题热点之一..
地磁场是命题的一个热点;它涉及地理、生物、物理知识;还涉及学生空间想象能力..
例题精析
题型一电场、磁场的概念
例1如果空间某一区域中存在有电场或磁场中的一种;则下列说法正确的是设放人的电荷质量很小
A．如果存在的是电场;则在某处放入电荷;该电荷不一定会运动
B．如果存在的是磁场;则放人电荷时;该电荷不会做圆周运动
C．如果存在磁场;则放入通电直导体后;该直导体一定受到安培力的作用
D．如果存在电场;在某处放入一电荷后经过一段时间后;该电荷的电势能会增加
解析电场对电荷作用是没有条件的;而磁场对电荷或电流作用是有条件的;磁场只对运动电荷作用;且电荷速度方向不与磁场平行;而磁场对通电直导体的作用也是直导体不与磁场平行..
答案B
点评理解概念与公式定律;要充分理解其条件..
题型二电场力、电场方向与平衡条件的应用
例2如图7－1所示;带电量为q的小球质量为m;用一细线系在O点;整个放置在水平匀强电场中;静止时小球与竖直线的夹角为θ..下列说法正确的是
A．小球带正电荷;电场强度大小是E=mgtanθ/q
B．小球带正电荷;电场强度大小是 E=mgcosθ/q
C．若细线断开;则小球作平抛运动
D．以上说法都不对..
解析因为小球平衡;所以球受的合力为零..小球受力分析如图7—2所示;电场力一定向右;所以小球带正电..
列方程有：Tcosθ=mg;Tsinθ=qE
所以E=mgtanθ/q
答案A
点评要会判定电场力与电场方向关系;会对物体进行受力分析;列出相应的平衡方程..
题型三电场力做功与路径无关及洛仑兹力不做功;场力做功与电势能变化关系
例3带电量为q的粒子;不计重力的作用;当它以初速度v分别自电场与磁场中的A点往宽度为L的电场与磁场中射入;最后都从相应高度的B 处射出..下列说法正确的是
A．电荷从两个场中出来的速度大小一样大
B．电荷在电场中出来时的速度要变大
C．电荷在磁场中的运动轨迹是抛物线
D．从A到B过程中;电场对电荷做功为qEL
解析电荷在电场与磁场中都受到力的作用;电场力对电荷做功;洛仑兹力不做功;所以A错..由力可知;电场力对电荷做正功;且W=Fscosθ中..s
是在力的方向的位移;应为h;根据动能定理;电荷的速度增大;所以B对D 错..电荷受洛仑兹力作用做圆周运动;不是平抛运动;C错..
答案B
点评掌握电场力与洛仑兹力的特点; 区分粒子在其中的运动轨迹的不同..
题型四电场线、电场力做功与电势及电势能的变化
例4在固定的等量异种电荷连线上;a点是连线的中点;如图7－5所示;静止a点的点电荷在电场力作用下向b点运动..在运动过程中;以下判定正确的是
A．点电荷的速度越来越大
B．点电荷的加速度不变
C．点电荷的电势能越来越大
D．点电荷通过的各点电势越来越高
解析根据电场线的特点;沿电场线电势逐渐降低;所以D不正确..由于放入a处的电荷静止时从a运动到b;说明该电荷是正电荷;且电场力一直做正功;所以电势能减少;C不正确..根据动能定理;可知速度越来越大;所以A正确..加速度的大小由合外力决定;合外力F=qE;根据等量异种电荷的电场线特点;可知E是变化的;故B不正确..
答案A
点评要充分利用几种常见的电场线特点进行电势的分析;要运用动能定理判定粒子的速度变化;要学会根据运动状态的动态变化判定粒子的一些性质..
摸拟操练
1．如图7－6所示;在点电荷Q的电场中;已知a、b两点在同一等势面上;c、d两点在同一等势面上;无穷远处电势为零..甲、乙两个带粒子经过a点时动能相同; 甲粒子的运动轨迹为acb;乙粒子的运动轨迹为adb..判定错误的是
A．甲粒子经过c点与乙粒子经过d点时的动能相等
B．甲、乙两粒子带异种电荷
C．甲粒子经过c点时的电势能小于乙粒子经过d点时的电势能
D．两粒子经过b点时具有相同的动能
2．在赤道上空;水平放置一根通以由西向东的电流的直导线;则此导线
A．受到竖直向上的安培力
B．受到竖直向下的安培力
C．受到由南向北的安培力
D．受到由西向东的安培力
3．关于磁场和磁感线的描述;下列说法正确的是
A．磁感线就是细铁屑连成的曲线
B．磁感线可以形象地描述各点的磁场的强弱和方向;磁感线上每一点的切线方向都和小磁针在该点静止时N极所指的方向一致
C．异名磁极相互吸引;同名磁极相互排斥;任何时候都是成立的
D．磁感线总是从磁极的N极出发;到S极终止
4．有一电场的电场线如图7—7 所示;场中A、B两点电场强度的大小
和电势分别用E
A 、E
B
和U
A
、U
B
表示;则
5．两个完全相同的金属小球带有异种电荷;其电量之比是1：7;当它们互相接触后再置于原来的位置上;它们的作用力是原来的倍6．条形磁铁放在水平桌面上;它的上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直的导电棒;图7—8中只画出此棒的截面图;并标出此棒中的电流是流向纸内的;在通电的一瞬间可能产生的情况是
A．磁铁对桌面的压力减小
B．磁铁对桌面的压力增大
C．磁铁不受摩擦力
D．磁铁受向左的摩擦力
7．如图7－9所示;绝缘光滑半圆环轨道放在竖直向下的匀强磁场中;在与环心等高处放有一质量为m、带电+q的小球;由静止开始沿轨道运动;下述说法正确的是
A．小球在运动过程中机械能守恒
B．小球经过环的最低点时速度最大
C．小球经过环的最低点时对轨道压力为2mg
D．小球经过环的最低点时对轨道压力为3mg
答案点拨
1．A 根据等势线及物体作曲线运动的条件进行判定
2．A 根据地磁场方向与安培力左手法则进行判定
3．B
4．D 电场线的疏密表示电场的强弱;而沿电场线的方向电势逐渐降低5．B根据同种物质接触;电荷先中和后平分的原则及库仑定律求解6．A 画出磁铁磁感应线;分析电流受力．应用牛顿第三定律
7．D 根据洛仑兹力不做功及圆周运动规律。