第1课时 电场和磁场的基本性质.docx
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第1课时电场和磁场的基本性质
第1课时 电场和磁场的基本性质
一、电场知识网络
二、磁场知识网络
电场的基本性质
1.必须领会的“2种物理思想和5种方法”
(1)等效思想、分解思想;
(2)比值定义法、控制变量法、对称法、合成法、分解法。
2.必须辨明的“4个易错易混点”
(1)在电场强度定义式E=
中,错误地认为E与F、q有关;
(2)判断电场力时注意带电粒子的电性,要区分轨迹与电场线的不同;
(3)不能随意忽略带电体的重力;
(4)电场强度和电势高低、电势能的大小没有直接关系。
命题角度一 库仑定律的应用及库仑力的合成
【例1】(2018·全国卷Ⅰ,16)如图1,三个固定的带电小球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( )
图1
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=
命题角度二 根据电场中的“点、线、面、迹”判断相关物理量的变化
【例2】(多选)(2016·全国卷Ⅰ)如图2,一带负电荷的油滴在匀强电场中运动,其轨迹在竖直面(纸面)内,且相对于过轨迹最低点P的竖直线对称。
忽略空气阻力。
由此可知( )
图2
A.Q点的电势比P点高
B.油滴在Q点的动能比它在P点的大
C.油滴在Q点的电势能比它在P点的大
D.油滴在Q点的加速度大小比它在P点的小
审题指导
(1)油滴在匀强电场中运动
油滴做匀变速曲线运动
(2)“相对于过轨迹最低点P的竖直线对称”
合力为竖直向上的恒力
带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法
命题角度三 电场线、等势面及E=
的应用
【例3】(多选)(2017·全国卷Ⅲ,21)一匀强电场的方向平行于xOy平面,平面内a、b、c三点的位置如图3所示,三点的电势分别为10V、17V、26V。
下列说法正确的是( )
图3
A.电场强度的大小为2.5V/cm
B.坐标原点处的电势为1V
C.电子在a点的电势能比在b点的低7eV
D.电子从b点运动到c点,电场力做功为9eV
解题关键
(1)读题
①看到“匀强电场”想到“沿任一不垂直于电场线的直线电势均匀变化”。
②看到“三点的电势分别为10V、17V、26V”想到“找等势面,画电场线”。
(2)文图转换
命题角度四 与平行板电容器有关的电场问题
【例4】(2016·全国卷Ⅰ)一平行板电容器两极板之间充满云母介质,接在恒压直流电源上。
若将云母介质移出,则电容器( )
A.极板上的电荷量变大,极板间电场强度变大
B.极板上的电荷量变小,极板间电场强度变大
C.极板上的电荷量变大,极板间电场强度不变
D.极板上的电荷量变小,极板间电场强度不变
“1+3”分析法思路(“1个不变,3个公式”)
1.如图4所示,图中虚线为某静电场中的等差等势线,实线为某带电粒子在该静电场中运动的轨迹,a、b、c为粒子的运动轨迹与等势线的交点,粒子只受电场力作用,则下列说法正确的是( )
图4
A.粒子在a点的加速度比在b点的加速度小
B.粒子在a点的动能比在b点的动能大
C.粒子在a点和在c点时速度相同
D.粒子在b点的电势能比在c点时的电势能小
2.(多选)如图5所示,线段AE=FB,C、D为圆周上关于AB对称的两个点。
在A、B两点分别放置带电荷量为Q的点电荷,下列判断正确的是( )
图5
A.E、F两点电场强度可能相同
B.C、D两点电场强度相同
C.E、F两点电势可能相等
D.C、D两点电势一定相等
3.如图6是平行于地面放置的均匀带电无限长直导线周围的电场线,地面可视为无穷大的导体平面,a、b、c、d是电场中距导线等距的四个点。
下列说法正确的是( )
图6
A.c点的电场强度小于a点的电场强度
B.b点的电势等于d点的电势
C.若将试探电荷+q由d点静止释放,它将沿着电场线运动到地面
D.带正电的物块(可视为质点)在左侧地面上以初速度v0向右运动,它将先做减速运动后做加速运动
4.(多选)(2019·广东惠州模拟)如图7所示,在水平放置的已经充电的平行板电容器之间,有一带负电的油滴处于静止状态。
若某时刻油滴的电荷量开始减小(质量不变),为维持该油滴原来的静止状态应( )
图7
A.给平行板电容器继续充电,补充电荷量
B.让平行板电容器放电,减少电荷量
C.使两极板相互靠近些
D.将上极板水平右移一些
磁场的基本性质
命题角度一 磁场的叠加
【例1】如图8所示,两根相互平行的长直导线分别过纸面上的M、N两点,且与纸面垂直,导线中通有大小相等、方向相反的电流。
a、O、b在M、N的连线上,O为MN的中点,c、d位于MN的中垂线上,且a、b、c、d到O点的距离均相等。
关于以上几点处的磁场,下列说法正确的是( )
图8
A.O点处的磁感应强度为零
B.a、b两点处的磁感应强度大小相等,方向相反
C.c、d两点处的磁感应强度大小相等,方向相同
D.a、c两点处磁感应强度的方向不同
[典例拓展](变换电流方向)(多选)两根长直导线a、b平行放置,垂直于导线的截面如图9所示。
在图示平面内,O为两根导线连线的中点,M、N为两根导线附近的两点,它们在两导线连线的中垂线上,且与O点的距离相等。
两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流I。
关于线段MN上各点的磁感应强度,下列说法正确的是( )
图9
A.M点和N点的磁感应强度大小相等,方向相同
B.M点和N点的磁感应强度大小相等,方向相反
C.在线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零
D.在线段MN上只有一点的磁感应强度为零
命题角度二 磁场对电流的作用
【例2】(多选)(2019·江苏卷,7)如图10所示,在光滑的水平桌面上,a和b是两条固定的平行长直导线,通过的电流强度相等。
矩形线框位于两条导线的正中间,通有顺时针方向的电流,在a、b产生的磁场作用下静止。
则a、b的电流方向可能是( )
图10
A.均向左B.均向右
C.a的向左,b的向右D.a的向右,b的向左
1.如图11所示,在平面直角坐标系的第一象限分布着非匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,沿y轴方向磁场分布是均匀的,沿x轴方向磁感应强度B与x满足关系B=kx,其中k是一恒定的正数。
由粗细均匀的同种规格导线制成的正方形线框ADCBE边长为a,A处有一极小开口AE,整个线框放在磁场中,且AD边与y轴平行,AD边与y轴间距离为a,线框A、E两点与一电源相连,稳定时流入线框的电流为I。
关于线框受到的安培力情况,下列说法正确的是( )
图11
A.整个线框受到的合力方向与BD连线垂直
B.整个线框沿y轴方向所受合力为0
C.整个线框在x轴方向所受合力为
ka2I,沿x轴正向
D.整个线框在x轴方向所受合力为
ka2I,沿x轴正向
2.(2019·潍坊三模)如图12所示,导体棒ab用绝缘细线水平悬挂,通有由a到b的电流。
ab正下方放一圆形线圈,线圈通过导线、开关与直流电源连接。
开关闭合瞬间,导体棒ab将( )
图12
A.向外摆动
B.向里摆动
C.保持静止,细线上张力变大
D.保持静止,细线上张力变小
3.(多选)(2019·湖北十堰调研)如图13所示,三根通电长直导线A、B、C互相平行,在横截面为等腰直角三角形的三个顶点上,三根导线中通入的电流大小相等,且A、C中电流方向垂直于纸面向外,B中电流方向垂直于纸面向内;已知通电导线在其周围产生的磁场的磁感应强度B=
,其中I为通电导线的电流强度,r为到通电直导线的距离,k为常量。
下列说法正确的是( )
图13
A.导线A所受磁场作用力的方向与导线B、C所在平面垂直
B.导线B所受磁场作用力的方向与导线A、C所在平面垂直
C.导线A、B单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶2
D.导线A、B单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶
电磁场中的STSE问题
命题角度一 指南针
【例1】(多选)(2015·新课标全国Ⅱ)指南针是我国古代四大发明之一。
关于指南针,下列说法正确的是( )
A.指南针可以仅具有一个磁极
B.指南针能够指向南北,说明地球具有磁场
C.指南针的指向会受到附近铁块的干扰
D.在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线,导线通电时指南针不偏转
命题角度二 静电除尘
【例2】如图14所示为静电除尘机理图,废气先经过一个机械过滤装置,再进入静电除尘区,放电极(位于中央)和集尘极分别接到高压直流电源的两极上,其间电场线如图。
带负电的尘埃在电场力的作用下向集尘极运动并沉积,达到除尘目的。
不考虑尘埃间的相互作用及其他作用,下列说法正确的是( )
图14
A.电场线方向由放电极指向集尘极
B.图中a点电场强度小于b点电场强度
C.尘埃会沿电场线从c向d运动
D.尘埃在运动过程中动能增大
命题角度三 科学小实验
【例3】(多选)央视《是真的吗》节目做了如下实验:
用裸露的铜导线绕制成一根无限长螺旋管,将螺旋管放在水平桌面上,用一节干电池和两磁铁制成一个“小车”,两磁铁的同名磁极粘在电池的正、负两极上,只要将这辆小车推入螺旋管中,小车就会加速运动起来,如图15所示。
关于小车的运动,以下说法正确的是( )
图15
A.将小车上某一磁铁改为S极与电池粘连,小车仍能加速运动
B.将小车上两磁铁均改为S极与电池粘连,小车的加速度方向将发生改变
C.图中小车加速度方向向右
D.图中小车加速度方向向左
命题角度四 电容式位移传感器
【例4】(多选)如图16为某一机器人上的电容式位移传感器工作时的简化模型图。
当被测物体在左右方向发生位移时,电介质板随之在电容器两极板之间移动,连接电容器的静电计会显示电容器电压的变化,进而能测出电容的变化,最后就能探测到物体位移的变化,若静电计上的指针偏角为θ,则被测物体( )
图16
A.向左移动时,θ增大B.向右移动时,θ增大
C.向左移动时,θ减小D.向右移动时,θ减小
A卷 提能小卷练
一、选择题
1.(多选)在国际单位制中,电荷量的单位是库仑,符号是C,静电力常量k=9.0×109N·m2/C2。
关于电荷量与库仑力,下列说法正确的是( )
A.两个电荷量为1C的点电荷在真空中相距1m时,相互作用力相当于地球上九十万吨的物体所受的重力
B.我们几乎不可能做到使相距1m的两个物体都带1C的电荷量
C.在微观带电粒子的相互作用中,库仑力比万有引力强得多
D.库仑定律的公式和万有引力定律的公式在形式上很相似,所以它们是性质相同的两种力
2.指南针是我国古代的四大发明之一。
当指南针静止时,其N极指向如图中虚线(南北指向)所示。
若某一条件下该指南针静止时N极指向如图1中实线(N极指向北偏东)所示。
则以下判断正确的是( )
图1
A.可能在指南针上面有一导线东西放置,通有由东向西的电流
B.可能在指南针上面有一导线东西放置,通有由西向东的电流
C.可能在指南针上面有一导线南北放置,通有由北向南的电流
D.可能在指南针上面有一导线南北放置,通有由南向北的电流
3.如图2所示,在x轴上关于O点对称的A、B两点分别放有等量正电荷,M、N是x轴上的两点,且OM=MN,P点在第一象限且PM垂直于x轴,则( )
图2
A.P点电势比M点电势高
B.O、M两点间电势差大于M、N两点间电势差
C.M点场强比N点场强大
D.在M点静止释放一带正电粒子,该粒子将在x轴上做往返运动
4.如图3所示,a、b为平行金属板,静电计的外壳接地,合上开关S后,静电计的指针张开一个较小的角度,能使角度增大的办法是( )
图3
A.使a、b板的距离增大一些
B.使a、b板的正对面积减小一些
C.断开S,使a板向左平移一些
D.断开S,使a、b板的正对面积增大一些
5.(2019·山东淄博高三模拟)已知一个无限大的金属板与一个点电荷之间的空间电场分布与等量异种电荷之间的电场分布类似,即金属板表面各处的电场强度方向与板面垂直。
如图4所示MN为无限大的不带电的金属平板,且与大地连接。
现将一个电荷量为Q的正点电荷置于板的右侧,图中a、b、c、d是以正点电荷Q为圆心的圆上的四个点,四点的连线构成一内接正方形,其中ab连线与金属板垂直。
则下列说法正确的是( )
图4
A.b点电场强度与c点电场强度相同
B.a点电场强度与b点电场强度大小相等
C.a点电势等于d点电势
D.将一试探电荷从a点沿直线ad移到d点的过程中,试探电荷电势能始终保持不变
6.(多选)(2019·江苏卷,9)如图5所示,ABC为等边三角形,电荷量为+q的点电荷固定在A点。
先将一电荷量也为+q的点电荷Q1从无穷远处(电势为0)移到C点,此过程中,电场力做功为-W。
再将Q1从C点沿CB移到B点并固定。
最后将一电荷量为-2q的点电荷Q2从无穷远处移到C点。
下列说法正确的有( )
图5
A.Q1移入之前,C点的电势为
B.Q1从C点移到B点的过程中,所受电场力做的功为0
C.Q2从无穷远处移到C点的过程中,所受电场力做的功为2W
D.Q2在移到C点后的电势能为-4W
7.(多选)(2019·安徽淮北模拟)如图6所示,A、B、C、D是匀强电场中一正方形的四个顶点,已知A、B、C三点的电势分别为φA=25V,φB=5V,φC=-5V,则下列说法正确的是( )
图6
A.把电荷量为1×10-3C的正点电荷从B点经C点移到A点,电场力做功为
-2×10-2J
B.A、C两点的连线方向即为电场线方向
C.D点的电势为15V
D.把一个电子从B点移到D点,电场力做功可能为0
二、非选择题
8.如图7,直角坐标系xOy区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B=
T。
现有一带负电的粒子,电荷量q=-1×10-6C,质量m=5×10-12kg,以v=1×106m/s的速度先后经过P(1,5)、Q(5,2)两点,粒子重力不计,求:
图7
(1)粒子做圆周运动的半径R;
(2)粒子从P运动到Q所用的时间t。
B卷 高考标准练
(20分钟 48分)
选择题(本大题共8小题,每小题6分,共48分。
其中第1~5题为单项选择题,第6~8题为多项选择题)
1.如图8所示,圆环上带有大量的负电荷,当圆环沿顺时针方向转动时,a、b、c三枚小磁针都要发生转动,以下说法正确的是( )
图8
A.a、b、c的N极都向纸里转
B.b的N极向纸外转,而a、c的N极向纸里转
C.b、c的N极都向纸里转,而a的N极向纸外转
D.b的N极向纸里转,而a、c的N极向纸外转
2.如图9所示,a、b、c为点电荷产生的电场线上的三点,ab=bc。
一电子仅在电场力作用下由静止先从a点运动到b点,再从b点运动到c点,经历两个运动过程,电子运动的加速度逐渐增大。
下列说法正确的是( )
图9
A.点电荷位于a点左侧
B.点电荷一定带正电
C.两个运动过程,电场力做的功相等
D.两个运动过程,电子的电势能增大
3.(2019·北京卷,17)如图10所示,a、b两点位于以负点电荷-Q(Q>0)为球心的球面上,c点在球面外,则( )
图10
A.a点场强的大小比b点大
B.b点场强的大小比c点小
C.a点电势比b点高
D.b点电势比c点低
4.如图11所示,点电荷+2Q、-Q分别置于M、N两点,O点为M、N连线的中点。
点a、b在M、N连线上,点c、d在M、N连线的中垂线上,a、b和c、d分别关于O点对称。
下列说法正确的是( )
图11
A.c、d两点的电场强度相同
B.a、b两点的电势相同
C.将电子沿直线从c移到d,电场力对电子先做负功再做正功
D.将电子沿直线从a移到b,电子的电势能一直增大
5.如图12所示,质量为m、长为L的金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为B。
当棒中通以恒定电流后,金属棒向右摆起后两悬线与竖直方向夹角的最大值为θ=60°,下列说法正确的是( )
图12
A.电流由N流向M
B.悬线与竖直方向的夹角为θ=60°时,金属棒处于平衡状态
C.悬线与竖直方向的夹角为θ=30°时,金属棒的速率最大
D.恒定电流大小为
6.如图13所示,在竖直面内,长为L的轻杆一端用铰链固定在O点,另一端连接带正电的小球M,与O点等高的N、P两点到O点的距离均为L,在N点固定带正电的小球,轻杆初始时与水平方向夹角为30°。
小球M由静止释放,运动到Q点速度为零。
小球M由静止向Q点运动的过程中,下列说法正确的是( )
图13
A.小球M的电势能先减小后增大
B.小球M运动到P点时动能最大
C.小球M的机械能先增大后减小
D.小球M到最低点时重力功率最大
7.如图14所示,一质量为m、电荷量为q的带电粒子,仅在电场力作用下以恒定的速率v沿圆弧从A点运动到B点,速度方向转过θ角,AB弧长为l。
则下列说法正确的是( )
图14
A.该粒子一定处在一个点电荷的电场中
B.该粒子可能处在两个点电荷的电场中
C.圆弧AB中点的电场强度大小为
D.圆弧AB中点的电场强度大小为
8.(2017·全国卷Ⅱ,21)某同学自制的简易电动机示意图如图15所示。
矩形线圈由一根漆包线绕制而成,漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出,并作为线圈的转轴。
将线圈架在两个金属支架之间,线圈平面位于竖直面内,永磁铁置于线圈下方。
为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来,该同学应将( )
图15
A.左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉
B.左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉
C.左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉
D.左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉
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