通用版2019版高考物理二轮复习第二部分第一板块第1讲抓住“两类场的本质”理解电磁场的性质讲义含解析.pdf
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1、抓住“两类场的本质”理解电、磁场的性质抓住“两类场的本质”理解电、磁场的性质 考法 学法 根据近几年的高考试题来看,电场、磁场的性质一直是考查的热点。多数情 况下, 高考对该部分内容以选择题的形式考查, 难度中等。 主要考查内容有 : 描述电场性质的物理量:电场强度、电势;平行板电容器的电容;描述 电场的工具:电场线和等势面;描述磁场性质的物理量:磁感应强度。用 到的思想方法有:理想模型法;比值定义法;控制变量法;对称法; 合成法;分解法;整体法和隔离法;等效思想;分解思想。 提能点一 “吃透”电场强度和电势概念,理解电场的性质基础保分类考点 练练就能过关 知能全通 1类比法、对称法求解叠加场
2、的场强 (1)类比法 : 当空间某一区域同时存在两个或两个以上的电场(由各自独立的场源电荷所 激发)时,某点场强 E 等于各电场的场强在该点的矢量和,遵循平行四边形定则,可以类比 力的合成与分解。 (2)对称法: 2电势高低的三种判断方法 根据电场线方向判断沿电场线方向电势逐渐降低 根据场源电荷的正负判断 取无穷远处电势为零,正电荷周围电势为正值,负电荷周围电 势为负值;靠近正电荷处电势高,靠近负电荷处电势低 根据电场力做功判断 根据UAB,UABAB,将WAB、q的正负号代入,由UAB WAB q 的正负判断A、B的高低 3电荷电势能大小判断的“四法” 做功判断法电场力做正功,电势能减小;电
3、场力做负功,电势能增大 电荷电势法正电荷在电势越高的地方电势能越大, 负电荷在电势越低的地方电势能越大 能量守恒法 在电场中,若只有电场力做功时,电荷的动能和电势能相互转化,两种能量 之和不变,所以电荷动能增加时,其电势能减小;反之,其电势能增大 公式法 将q、的大小、正负号一起代入公式Epq,Ep数值(包含正负号)越大, 表示电势能越大 4.电势差的三种计算方法 (1)UABAB。 (2)UAB,适用于任何电场。 WAB q (3)UEd,适用于匀强电场。 题点全练 1.(2018全国卷)如图,三个固定的带电小球a、b和c,相互间的距离分别 为ab5 cm,bc3 cm,ca4 cm。小球c
4、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( ) Aa、b的电荷同号,k Ba、b的电荷异号,k 16 9 16 9 Ca、b的电荷同号,k Da、b的电荷异号,k 64 27 64 27 解析 : 选 D 由于小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线, 根据受力分析知, a、b的电荷异号, 根据库仑定律,a对c的库仑力为Fak0,b qaqc ac2 对c的库仑力为Fbk0。设合力向左,如图所示,根据相似 qbqc bc2 三角形,得,联立以上各式得k,D 正 Fa ac Fb bc| qa qb| ac3 bc3 64 27 确。 2 多
5、选(2018石家庄质检)如图所示,正方形ABCD的四个顶点各固 定一个点电荷,所带电荷量分别为q、q、q、q,E、F、O分别为AB、BC、AC 的中点。下列说法正确的是( ) AE点电势低于F点电势 BF点电势等于E点电势 CE点电场强度与F点电场强度相同 DF点电场强度大于O点电场强度 解析:选 BD 根据对称性可知,E、F两点电势相等,A 项错误,B 项正确;根据对称性 及电场强度的叠加原理可知,E点和F点电场强度大小相等而方向不同,O点的电场强度为零, F点的电场强度大于零,C 项错误,D 项正确。 3.(2018菏泽模拟)如图所示为某电场中x轴上电势随x变 化的图像,一个带电粒子仅受电
6、场力作用在x0处由静止释放,沿x 轴正方向运动, 且以一定的速度通过xx2处, 则下列说法正确的是 ( ) Ax1和x2处的场强均为零 Bx1和x2之间的场强方向不变 C粒子从x0 处运动到xx2过程中,电势能先增大后减小 D粒子从x0 处运动到xx2过程中,加速度先减小后增大 解析 : 选 D x图像中图线的斜率表示场强,斜率绝对值的大小表示场强的大小,斜 率的正负表示场强的方向,题图中x1和x2之间的场强大小先减小后增大,场强方向先沿x 轴负方向后沿x轴正方向,A、B 项错误;粒子由x0 处由静止沿x轴正方向运动,表明粒 子运动方向与电场力方向相同,则从x0 到xx2的过程中,电场力先做正
7、功后做负功, 电势能先减小后增大,C 项错误 ; 因从x0 到xx2过程中,场强先减小后增大,即粒子所 受的电场力先减小后增大,因此粒子的加速度先减小后增大,D 项正确。 4多选(2018全国卷)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( ) 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W 1W2 2 C若c、d之间的距离为L,则该电场
8、的场强大小一定为W 2 qL D若W1W2,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 解析:选 BD 结合题意,只能判定ab,cd,但场强方向不能得出,故 A 错 误;场强的方向沿cd时,才有场强E,故 C 错误;由于M、N分别为ac和bd的中点, W2 qL 对于匀强电场,M,N, 则UMN, 可知该粒子从M点移动到N ac 2 bd 2 UabUcd 2 点的过程中, 电场力做功W, 故 B 正确 ; 若W1W2, 则abcd, 变形得a W1W2 2 cbd,即UacUbd,而UaM,UbN,可知UaMUbN,故 D 正确。 Uac 2 Ubd 2 提能点二 “公式法”“结
9、论法”破解平行板电容器问题基础保分类考点 练练就能过关 知能全通 1公式法分析平行板电容器的两类动态问题 公式C C E rS 4kd Q U U d 情形始终连接电源充电后断开电源 不变量UQ d变大C变小,Q变小,E变小C变小,U变大,E不变 r变大C变大,Q变大,E不变C变大,U变小,E变小 S变大C变大,Q变大,E不变C变大,U变小,E变小 2.熟记二级结论 (1)在直流电路中,电容器相当于断路,其两端电压等于与之并联的支路两端电压。 (2)电容器所带的电荷量恒定不变时,极板间的电场强度与极板间距离无关。 题点全练 1 (2018北京高考)研究与平行板电容器电容有关因素的实验 装置如图
10、所示。下列说法正确的是( ) A实验前, 只用带电玻璃棒与电容器a板接触,能使电容器带 电 B实验中,只将电容器b板向上平移,静电计指针的张角变小 C实验中,只在极板间插入有机玻璃板,静电计指针的张角变大 D实验中,只增加极板带电量,静电计指针的张角变大,表明电容增大 解析:选 A 实验前,只用带电玻璃棒与电容器a板接触,由于静电感应,在b板上将 感应出异种电荷,故 A 正确 ; 实验中,b板向上平移,正对面积S变小,由C知,电 rS 4kd 容C变小,由C 知,Q不变,U变大,因此静电计指针的张角变大,故 B 错误;插入有机 Q U 玻璃板,相对介电常数r变大,由C知,电容C变大,由C 知,
11、Q不变,U变小, rS 4kd Q U 因此静电计指针的张角变小,故 C 错误 ; 只增加极板带电量,电容C不变,静电计指针的张 角变大,是由于U变大导致的,故 D 错误。 2(2018江苏高考)如图所示,水平金属板A、B分别与电 源两极相连, 带电油滴处于静止状态。 现将B板右端向下移动一 小段距离, 两金属板表面仍均为等势面, 则该油滴( ) A仍然保持静止 B竖直向下运动 C向左下方运动 D向右下方运动 解析 : 选 D 开始时油滴处于静止状态,有mgq,B板右端 U d 下移时,U不变,d变大, 电场力Fq变小,mgF; 并且A、B两 U d 板之间的等差等势面右端将均匀地顺次向下移动
12、, 又电场强度垂直于等势面,可得油滴的受 力如图所示,mg与F的合力方向为向右下方,故油滴向右下方运动,D 正确。 3多选(2019 届高三上饶六校联考)一位同学用底面半径为r的圆桶形塑料瓶制作 了一种电容式传感器,用来测定瓶内溶液深度的变化,如图所示。瓶的外壁涂有一层导电涂 层和瓶内导电溶液构成电容器的两极,它们通过探针和导线与电源、电流计、开关相连,中 间的一层塑料为绝缘介质,其厚度为d,相对介电常数为r。若发现在某段时间t内有大 小为I的电流从下向上流过电流计,设电源电压恒为U,则下列说法中正确的是( ) A瓶内液面升高了 B瓶内液面降低了 C电容器在这段时间内放电 D瓶内液面高度在时间
13、t内变化了2kdIt Urr 解析:选 BCD 根据公式C,当d、r不变时,CS,而正对面积S正比于液 rS 4kd 面高度h。某段时间t内电流计中有从下向上流过的电流,说明电容器在该段时间内放电, 电容器所带的电荷量QCU在减小, 由电源电压U恒定, 可知电容C在减小, 则h也在减小, 即瓶内的液面降低了,故 A 错误,B、C 正确;时间t内电容器放电,释放的电荷量 Q UCIt,C,解得 h,故 D 正确。 rS 4kd r2rh 4kd 2kdIt Urr 4多选如图所示,平行板电容器与直流电源、理想二极管(正向 电阻为零可以视为短路,反向电阻无穷大可以视为断路)连接,电源负 极接地。初
14、始电容器不带电,闭合开关稳定后,一带电油滴位于电容 器中的P点且处于静止状态。下列说法正确的是( ) A减小极板间的正对面积,带电油滴会向上运动,且P点的电势会降低 B将上极板下移,则P点的电势不变 C将下极板下移,则P点的电势升高 D无论哪个极板上移还是下移,带电油滴都不可能向下运动 解析:选 CD 二极管具有单向导电性,闭合开关后电容器充电,电容器的电容 C Q U ,极板间的电场强度E ,整理得E,油滴静止,则qEmg,减小极板间的 rS 4kd U d 4kQ rS 正对面积S,由于二极管具有单向导电性,电容器不能放电,所以电场强度E变大,油滴所 受电场力变大,油滴会向上运动,P点与下
15、极板的距离不变,E变大,则P点的电势升高, 故 A 错误;将上极板向下移动,d变小,电容器两极板间的电场强度E 变大,P点与下极 U d 板的距离不变,P点的电势升高, 故 B 错误 ; 将下极板向下移动,d变大, 由C可知,C rS 4kd 变小,由于二极管具有单向导电性,电容器不能放电,由E可知电容器两极板间的 4kQ rS 电场强度不变,P点与下极板的距离变大,P点与下极板间的电势差变大,P点的电势升高, 故 C 正确;上极板上移或下极板下移时,d变大,由 C 项分析知电容器两极板间的电场强度 不变,油滴所受电场力不变,油滴静止不动,上极板下移或下极板上移时,d变小,由 B 项 分析知电
16、场力变大,电场力大于重力,油滴所受合力向上,油滴向上运动,故 D 正确。 提能点三 四“两”“拨”磁场基础保分类考点 练练就能过关 知能全通 1掌握“两个力” (1)安培力:FBIL(IB)。 (2)洛伦兹力:FqvB(vB),永不做功。 2用准“两个定则” (1)对电流周围的磁场方向判定用安培定则。 (2)对安培力和洛伦兹力的方向判定用左手定则。 3画好“两个图形” (1)对安培力作用下的平衡、运动问题画好受力图。 (2)对带电粒子的匀速圆周运动问题画好几何图形。 4熟记“两个等效模型” (1)变曲为直 : 图甲所示通电导线,在计算安培力的大小和判断方向时均可等效为ac直 线电流。 (2)化
17、电为磁:环形电流可等效为小磁针,通电螺线管可等效为条形磁铁,如图乙。 题点全练 1多选(2018全国卷)如图,纸面内有两条互相垂直的长直绝 缘导线L1、L2,L1中的电流方向向左,L2中的电流方向向上;L1的正上方有a、b两点,它们 相对于L2对称。 整个系统处于匀强外磁场中,外磁场的磁感应强度大小为B0,方向垂直于纸面向 外。已知a、b两点的磁感应强度大小分别为B0和B0,方向也垂直于纸面向外。则 ( ) 1 3 1 2 A流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0 7 12 B流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0 1 12 C流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0 1
18、 12 D流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0 7 12 解析 : 选 AC 外磁场、电流的磁场方向如图所示,由题意知,在b点 : B0B0B1B2,在a点:B0B0B1B2, 由上述两式解得B1B0,B2 1 2 1 3 7 12 B0,故 A、C 正确。 1 12 2 多选(2017全国卷)如图, 三根相互平行的固定长直 导线L1、L2和L3两两等距, 均通有电流I,L1中电流方向与L2中的 相同,与L3中的相反。下列说法正确的是( ) AL1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直 BL3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直 CL1、L2和L3单位长度所受的磁场作用
19、力大小之比为 11 3 DL1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为133 解析:选 BC 由安培定则可判断出L2在L1处产生的磁场(B21)方向垂直L1和L2的连线 竖直向上,L3在L1处产生的磁场(B31)方向垂直L1和L3的连线指向右下方,根据磁场叠加原 理,L3和L2在L1处产生的合磁场(B合 1)方向如图 1 所示,根据左手定则可判断出L1所受磁 场作用力的方向与L2和L3所在平面平行,选项 A 错误;同理,如图 2 所示,可判断出L3所 受磁场(B合 3)作用力的方向(竖直向上)与L1、L2所在平面垂直,选项 B 正确 ; 同理,如图 3 所示,设一根长直导线在另一根导线处
20、产生的磁场的磁感应强度大小为B,根据几何知识可 知,B合 1B,B合 2B,B合 3B,由安培力公式FBIL可知,L1、L2和L3单位长度所受3 的磁场作用力大小之比为 11,选项 C 正确,D 错误。3 3.如图所示,两平行导轨与水平面的夹角37, 导轨间距为 L1.0 m,匀强磁场 的磁感应强度B可调,方向垂直导轨所在平面向下。一金属杆长也为L,质量 为m0.2 kg,水平放置在导轨上,与导轨接触良好而处于静止状态,金属杆与导轨间的动摩 擦因数0.5, 通有图示方向的电流, 电流大小I2.0 A, 设最大静摩擦力等于滑动摩擦力, 则磁感应强度的最大值和最小值分别为( ) A1.0 T,0
21、B1.0 T,0.6 T C1.0 T,0.2 T D0.6 T,0.2 T 解析 : 选 C 由左手定则知安培力的方向沿斜面向上, 因mgsin 1.2 N,fm mgcos 0.8 N,所以当磁感应强度B最小时,安培力F1BminIL0.4 N,即Bmin0.2 T;当B最大时,安培力F2BmaxIL2.0 N,即Bmax1.0 T,C 对。 4.有一匀强磁场的方向与xOy坐标平面平行, 一通电直导线与x 轴平行放置时, 导线受到的安培力为F。若将该导线做成 圆环,放 3 4 置在xOy坐标平面内, 如图所示, 并保持通电的电流不变, 两端点a、b 连线也与x轴平行, 则 圆环受到的安培力
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