高考物理专题三 电场和磁场

高考物理专题三 电场和磁场内容摘要：

1、- 1 电场和磁场【方法归纳】一、场强、电势的概念1、电场强度 E定义：放入电场中某点的电荷受的电场力 F 与它的电量 q 的比值叫做该点的电场强度。 数学表达式： ，单位：电场强度 E 是矢量，规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向即为该点的电场强度的方向场强的三个表达式定义式 决定式 关系式表达式 用范围对任何电场 E 的大小及方向都适用。 与检验电荷的电量的大小、电性及存在与否无关。 q：是检验电荷只对真空的点电荷适用。 Q：是场源电荷的电量。 r：研究点到场源电荷的距离。 只对匀强电场适用。 U：电场中两点的电势差。 d：两点间沿电场线方向的距离。 说明电场强度是描述电场力的性质的物理量。 电场 E 与 2、F、q 无关，取决于电场本身。 当空间某点的电场是由几个点电荷共同激发的，则该点的电场强度等于每个点电荷单独存在时所激发的电场在该点的场强的矢量和。 比较电场中两点的电场强度的大小的方法：由于场强是矢量。 比较电场强度的大小应比较其绝对值的大小，绝对值大的场强就大，绝对值小的场强就小。 在同一电场分布图上，观察电场线的疏密程度，电场线分布相对密集处，场强较大；电场较大；电场线分布相对稀疏处，场强较小。 形成电场的电荷为点电荷时，由点电荷场强公式 可知，电场中距这个点电荷 Q 较近的2的场强比距这个点电荷 Q 较远的点的场强大。 匀强电场场强处处相等等势面密集处场强大，等势面稀疏处场强小2、电势、电势差和电 3、势能定义：电势：在电场中某点放一个检验电荷 q，若它具有的电势能为 E，则该点的电势为电势能与电荷的比值。 电场中某点的电势在数值上等于单位正电荷由该点移到零电势点时电场力所做的功。 也等于该点相对零电势点的电势差。 - 2 荷在电场中由一点 A 移到另一点 B 时，电场力做功 与电荷电量 q 的比值，称为点间的电势差，也叫电压。 电势能：电荷在电场中所具有的势能；在数值上等于将电荷从这一点移到电势能为零处电场力所做的功。 定义式： 或 ，单位：说明：电势具有相对性，与零电势的选择有关，一般以大地或无穷远处电势为零。 电势是标量，有正负，其正负表示该的电势与零电势的比较是高还是低。 电势是描述电场能的物理量 4、，关于几个关系关于电势、电势差、电势能的关系电势能是电荷与电场所共有的；电势、电势差是由电场本身因素决定的，与检验电荷的有无没有关系。 电势、电势能具有相对性，与零电势的选择有关；电势差具有绝对性，与零电势的选择无关。 关于电场力做功与电势能改变的关系电场力对电荷做了多少功，电势能就改变多少；电荷克服电场力做了多少功，电势能就增加多少，电场力对电荷做了多少正功，电势能就减少多少，即。 在学习电势能时可以将“重力做功与重力势能的变化”作类比。 关于电势、等势面与电场线的关系电场线垂直于等势面，且指向电势降落最陡的方向，等势面越密集的地方，电场强度越大。 比较电荷在电场中某两点的电势大小的方法：利用电场线 5、来判断：在电场中沿着电场线的方向，电势逐点降低。 利用等势面来判断：在静电场中，同一等势面上各的电势相等，在不同的等势面间，沿着电场线的方向各等势面的电势越来越低。 利用计算法来判断：因为电势差 ，结合若 ，则 ，若 ，则 ；0则0比较电荷在电场中某两点的电势能大小的方法：利用电场力做功来判断：在电场力作用下，电荷总是从电势能大的地方移向电势能小的地方。 这种方法与电荷的正负无关。 利用电场线来判断：正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减少；逆着电场线方向移动时，电势能逐渐增大。 负电荷则相反。 - 3 电场中的平衡问题电场力（库仑力）虽然在本质上不同于重力、弹力、摩擦力，但是产生的效果是服从牛顿力学 6、中的所有规律，所以在计算其大小、方向时应按电场的规律，而在分析力产生的效果时，应根据力学中解题思路进行分析处理。 对于静电场中的“平衡”问题，是指带电体的加速度为零的静止或匀速直线运动状态，属于“静力学”的范畴，只是分析带电体受的外力时除重力、弹力、摩擦力等等，还需多一种电场而已。 解题的一般思维程序为：明确研究对象将研究对象隔离出来，分析其所受的全部外力，其中电场力，要根据电荷的正负及电场的方向来判断。 根据平衡条件 或 ， 列出方程0出方程，求出结果。 三、电加速和电偏转1、带电粒子在电场中的加速在匀强电场中的加速问题 一般属于物体受恒力（重力一般不计）作用运动问题。 处理的方法有两种：根据牛顿第二 7、定律和运动学公式结合求解根据动能定理与电场力做功，运动学公式结合求解基本方程： 212在非匀强电场中的加速问题 一般属于物体受变力作用运动问题。 处理的方法只能根据动能定理与电场力做功，运动学公式结合求解。 基本方程： 2122、带电粒子在电场中的偏转设极板间的电压为 U，两极板间的距离为 ，极板长度为。 电粒子垂直于匀强电场的场强方向进入电场后，受到恒定的电场力作用，且与初速度方向垂直，因而做匀变速曲线运动类似平抛运动如图 1。 运动特点分析：在垂直电场方向做匀速直线运动 0vx初速度为零的匀加速直线运动 图 1v0 d - 4 过电场区的时间： 0 20子通过电场区偏转角： 20电粒子从极板的中 8、线射入匀强电场，其出射时速度方向的反向延长线交于入射线的中点。 所以侧移距离也可表示为： 、电容器的动态分析这类问题关键在于弄清楚哪些是变量；哪些是不变量；哪些是自变量；哪些是因变量。 同时要注意对公式 的理解，定义式适用于任何电容器，而电容 C 与 Q、U 无关。 分两种基本情况：一是电容器两极间与电源相连接，则电容器两极间的电势差 U 不变；二是电容器充电后与电源断开，则电容器所带的电量 Q 保持不变。 电容器结构变化引起的动态变化问题的分析方法 平行板电容器是电容器的一个理想化模型，其容纳电荷的本领用电容 C 来描述，当改变两金属板间距 d、正对面积 S 或其中的介质时，会引起 两个金属板带上等 9、量异号电荷 Q 后，板间出现匀强电场 E，存在电势差 U。 若改变上述各量中的任一个，都会引起其它量的变化。 若两极板间一带电粒子，则其受力及运动情况将随之变化，与两极板相连的静电计也将有显示等等。 解此类问题的关键是：先由电容定义式 、平行板电容器电容的大小 C 与板距 d、正面积US、介质的介电常数 的关系式 和匀强电场的场强计算式 导出 ，Q， 等几个制约条件式备用。 接着弄清三点：电容器两极板是否与E电源相连接。 哪个极板接地。 C 值通过什么途径改变。 若电容器充电后脱离电源，则隐含“Q 不改变”这个条件；若电容器始终接在电源上，则隐含“U 不改变” （等于电源电动势）这个条件；若带正电极板接地， 10、则该极板电势为零度，电场中任一点的电势均小于零且沿电场线方向逐渐降低；若带负电极板接地，则该极板电势为零，电场中任一点电势均大于零。 五、带电粒子在匀强磁场的运动1、带电粒子在匀强磁场中运动规律初速度的特点与运动规律- 5 - 为静止状态0 则粒子做匀速直线运动B/洛 ,则粒子做匀速圆周运动，其基本公式为：v动轨道半径公式： ；T2动能公式： 1T 或 、 的两个特点：fT、 和 的大小与轨道半径（R ）和运行速率（ ）无关，只与磁场的磁感应强度（B）和粒子）有关。 ）相同的带电粒子，在同样的匀强磁场中， 、 和 相同。 与 B 成 （ 角， ，则粒子做等距螺旋运动v)90题思路及方法圆运动的圆心 11、的确定：利用洛仑兹力的方向永远指向圆心的特点，只要找到圆运动两个点上的洛仑兹力的方向，其延长线的交点必为圆心利用圆上弦的中垂线必过圆心的特点找圆心六、加速器问题1、直线加速器单级加速器：是利用电场加速，如图 2 所示。 粒子获得的能量： 图 2U- 6 子获得的能量与电压有关，而电压又不能太高，所以粒子的能量受到限制。 多级加速器：是利用两个金属筒缝间的电场加速。 粒子获得的能量： 1缺点是：金属筒的长度一个比一个长，占用空间太大。 2、回旋加速器采用了多次小电压加速的优点，巧妙地利用电场对粒子加速、利用磁场对粒子偏转，实验对粒子加速。 回旋加速器使粒子获得的最大能量：在粒子的质量 、电量 ，磁感应强度 12、 B、D 型盒的半径 R 一定的条件下，由轨道半径可知，有， ，所以粒子的最大能量为，加速电压的高低只会影响带电粒子加速的总次数，并不影响引时的最大速度和相应的最大能量。 回旋加速器能否无限制地给带电粒子加速。 回旋加速器不能无限制地给带电粒子加速，在粒子的能量很高时，它的速度越接近光速，根据爱因斯坦的狭义相对论，这里粒子的质量将随着速率的增加而显著增大，从而使粒子的回旋周期变大（频率变小）这样交变电场的周期难以与回旋周期一致，这样就破坏了加速器的工作条件，也就无法提高速率了。 七、粒子在交变电场中的往复运动当电场强度发生变化时，由于带电粒子在电场中的受力将发生变化，从而使粒子的运动状态发生相应的变 13、化，粒子表现出来的运动形式可能是单向变速直线运动，也可能是变速往复运动。 带电粒子是做单向变速直线运动，还是做变速往复运动主要由粒子的初始状态与电场的变化规律（受力特点）的形式有关。 1、若粒子（不计重力）的初速度为零，静止在两极板间，再在两极板间加上图 3 的电压，粒子做单向变速直线运动；若加上图 4 的电压，粒子则做往复变速运动。 2、若粒子以初速度为 从 B 板射入两极板之间，并且电场力能在半个周期内使之速度减小到零，0v 图 3 图 4q，m uA t ；则图 2 的电压也不能粒子做往复运动。 所以这类问题要结合粒子的初始状态、电压变化的特点及规律、再运用牛顿第二定律和运动学知识综合分析。 八、 14、粒子在复合场中运动1、在运动的各种方式中，最为熟悉的是以垂直电磁场的方向射入的带电粒子，它将在电磁场中做匀速直线运动，那么，初速 大小必为 E/B，这就是速度选择器模型，关于这一模型，我们必须清楚，它只能选取择速度，而不能选取择带电的多少和带电的正负，这在历年高考中都是一个重要方面。 2、带电物体在复合场中的受力分析：带电物体在重力场、电场、磁场中运动时，其运动状态的改变由其受到的合力决定，因此，对运动物体进行受力分析时必须注意以下几点：受力分析的顺序：先场力（包括重力、电场力、磁场力） 、后弹力、再摩擦力等。 重力、电场力与物体运动速度无关，由物体的质量决定重力大小，由电场强决定电场力大小；但洛仑兹力的大小与粒子速度有关，方向还与电荷的性质有关。 所以必须充分注意到这一点才能正确分析其受力情况，从而正确确定物体运动情况。 3、带电物体在复合场的运动类型：匀速运动或静止状态：当带电物体所受的合外力为零时匀速圆周运动：当带电物体所受的合外力充当向心力时非匀变速曲线运动；当带电物体所受的合力变化且和速度不在一条直线上时4、综合问题的处理方法(1)处理力电综合题的的方法处理力电综合题与解答力学综合题的思维方法基本相同，先确定研究对象，然后进。