高中物理电磁学重点难点突破资料.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,电磁学重点难点突破,2011,年高考物理学科二轮复习,静电场的基本性质,1,带电粒子在匀强电场中的运动,2,带电粒子在匀强磁场中的运动,3,动生感应电动势与感生感应电动势,4,主要内容：,电磁学重点难点突破,静电场的基本性质,1,概念：,静电场基本性质：,静电场,静电场,：相对于观察者静止的电荷产生的电场,。,场,：,如果在全部空间（或部分空间,),里的每一点，都对应着某个物,理量的一个确定值，就说在这个空间里确定了该物理量的一个场。,矢量场,电场强度,标量场,电势,无旋场,保守力场,静电场的电场强度,E=kQ/r,2,E=F/q,1.,定义式：,单位正电荷所受的力,E=F/q,F=kQq/r,2,2.,孤立点电荷所形成的电场场强的决定式：,孤立点电荷所形成的电场电场线的分布,静电场的电场强度,3.,等量、异种,电荷所形成的电场场强分布：,E,P,=,E,A,+,E,B,=,在,两电荷连线,中点,O,处,场强,最小，从,O,点向,两侧场强大小逐渐增大，数值关于,O,点,对称。,场强分布,特点,：,（,1,）在两电荷连线上：,P,O,B,A,x,L,场强方向均沿连线指向负电荷一侧。,静电场的电场强度,E,P,=,（,2,）两点电荷连线中垂线上：,E,A,O,B,A,x,E,P,P,E,B,L,场强分布特点：,在,O,点，即,x,=0,处，场强最大，,x,越大，即距,O,点越远场强越,小，两侧电场强度大小关于,O,点,对称。,场强方向均垂直中垂线指向负电荷一侧。,静电场的电场强度,静电场的电场强度,E,P,=,场强分布特点：,在两电荷连线中点,O,处场强最小且为零，,从,O,点向,两侧场强大小逐渐增大，数值关于,O,点,对称。,4.,等量、同种,电荷所形成的电场场强分布：,P,O,B,A,x,L,（,1,）在两电荷连线上：,场强方向相反，均沿中垂线指向,O,点。,静电场的电场强度,（,2,）两点电荷连线中垂线上：,E,P,=,x,P,B,O,A,E,P,E,B,E,A,L,场强分布特点：,从中点沿,中垂线向两侧，电场强度的数值先增大后减小，关于,O,点对称的点,数值相等。,两侧场强方向相反，均沿着中垂线背离,O,点。,静电场的电场强度,y,，,=,令,y,，,=0,，则,即,时,，,E,P,有最大值,当,令,y=,2,3,2,2,2,+,L,x,x,5.,等量异、同种,电荷产生的电场电场线的平面分布,等量、,异,种,电荷产生的电场,等量、,同,种,电荷产生的电场,静电场的电场强度,奇点,静电场的电场强度,6.,几种典型的静电场电场线的,空间分布,：,静电场的电场强度,7.,基于,等量同种电荷,连线中垂线上场强分布特点的,场强的矢量叠加,P,O,均匀带电圆环,R,P,O,均匀带电圆盘,R,P,O,R,P,均匀带电圆柱体,O,静电场的电场强度,R,P,8.,均匀带电球体和均匀带电球壳所产生的场强,+,Q,E,P,=KQ/r,2,静电场的电场强度,q,9.,基于均匀带电球体和均匀带电球壳所产生的场强分布特点,的矢量叠加,R,P,Q,4R,R/2,例,1.,电量为,Q,的均匀带电实心球体半径为,R,，球心为,O,点在球的右侧挖去一个半径为,R/2,的小球，如图所示，则大球剩余部分对距离大球球心,4,R,处的,P,点所引入的电量为,q,的试探电荷的库仑力,F,为多少？,静电场的电场强度,R,Q,P,R/2,例,2.,已知均匀带电薄球壳内部电场场强处处为零，求：半径为,R,，,电量为,Q,的均匀带电实心球体内部距离球心为,R,/2,处的,P,点的电场强度大小。,静电场的电势,=,/q,1.,定义式：,单位正电荷所具有的电势能,2.,孤立点电荷所形成的电场电势的决定式：,=kQ/r,孤立的正点电荷形成的电场各点电势为正,孤立的负点电荷形成的电场各点电势为负,无穷远电势为零,孤立的点电荷形成的电场等势面为球面,静电场的电势,孤立的正点电荷形成的电场等势面分布,静电场的电势,3.,等量、异种,电荷所形成的电场电势分布：,P,=,A,+,B,=,由正电荷至负电荷电势降低。,电势分布特点：,P,O,B,A,x,L,静电场的电势,（,2,）两点电荷连线中垂线,上：,P,=,O,B,A,x,P,L,电势分布特点：,连线中垂面上电势处处为零，中垂面是等势面。,0,连线中垂线上电势处处为零，中垂线是等势线。,连线中垂面正电荷一侧空间电势为正，负电荷一侧空间电势为负,静电场的电势,4.,等量、同种,电荷所形成的电场电势分布：,P,O,B,A,x,L,（,1,）在两电荷连线上：,P,=,=,电势分布特点：,在,O,点，电势最低且为正值，,x,越小，即在连线上距,O,点越远电势越,高，两侧电势数值关于,O,点,对称。,静电场的电势,（,2,）两点电荷连线中垂线上：,P,B,O,A,L,电势分布特点：,在,O,点，电势最高且为正值，距,O,点越远电势越,低，两侧电势数值关于,O,点,对称。延伸至无穷远电势为零。,P,=,静电场的电势,5.,等量异、同种,电荷产生的电场等势线的平面分布,静电场场强和电势的关系,功是能量转化的量度，力在空间上的积累是能量转化的量度,U,=,Ed,E,=,U,d,/,标量场,能量,矢量场,力,W=qU,W=qEd,匀强电场,空间,静电场场强和电势的关系,1,2,3,E,P,A,B,L,Ecos,Ecos,=,(,2,3,),/,L,=,/,L,电场中某一点的电场强度沿某一方向的分量的大小，等于这一点的电势沿该方向单位长度上电势变化量的负值,静场场强的方向是电势在空间上降落最快的方向,静电场场强方向与等势面处处垂直,静电场场强和电势的关系,静电场的场强和电势是对空间的变化率（导数）,和对空间的积累（积分）的关系,=kQ/r,，,=,-,kQ/r,2,以点电荷为例,，,E,=,-,kQ/r,2,=,等势面密集的处场强大,基于考察静电场性质的几个问题,1.,关于静电场，下列结论普遍成立的是,(),A,电场中任意两点之间的电势差只与这两点的场强有关,B,电场强度大的地方电势高，电场强度小的地方电势低,C,将正点电荷从场强为零的一点移动到场强为零的另一点，电场力做功为零,D,在正电荷或负电荷产生的静电场中，场强方向都指向电势降低最快的方向,基于考察静电场性质的几个问题,2.,如图是某一点电荷的电场线分布图，下列表述正确的是,(),A.a,点的电势高于,b,点的电势,B.,该点电荷带负电,C.a,点和,b,点电场强度的方向相同,D.a,点的电场强度大于,b,点的电场强度,基于考察静电场性质的几个问题,3,.,带负电的粒子在某电场中仅受电场力作用，能分别完成以下两种运动：在电场线上运动，在等势面上做匀速圆周运动。该电场可能由,(),A.,一个带正电的点电荷形成,B.,一个带负电的点电荷形成,C.,两个分立的带等量负电的点电荷形成,D.,一带负电的点电荷与带正电的,无限大平板,形成,基于考察静电场性质的几个问题,4.,如图所示，在,y,轴上关于,O,点对称的,A,、,B,两点有等量同种点电荷,+,Q,，在,x,轴上,C,点有点电荷,-,Q,，且,CO=OD,，,ADO,60,o,下列判断正确的是,(),A.O,点电场强度为零,B.D,点电场强度为零,C.,若将点电荷,+q,从,O,移向,C,，电势能增大,D.,若将点电荷,-,q,从,O,移向,C,，电势能增大,基于考察静电场性质的几个问题,5.,图示为一个内、外半径分别为,R,1,和,R,2,的圆环状均匀带电平面，其单位面积带电量为,。取环面中心,O,为原点，以垂直于环面的轴线为,x,轴。设轴上任意点,P,到,O,点的的距离为,x,，,P,点电场强度的大小为,E,。下面给出,E,的四个表达式（式中,k,为静电力常量），其中只有一个是合理的。你可能不会求解此处的场强,E,，但是你可以通过一定的物理分析，对下列表达式的合理性做出判断。根据你的判断，,E,的合理表达式应为,(),基于考察静电场性质的几个问题,6.,空间某一静电场的电势在,X,轴上分布如图所示，,x,轴上两点,B,、,C,点电场强度在,X,方向上的分量分别是,E,BX,、,E,CX,，下列说法中正确的有,(),A,E,Bx,的大小大于,E,Cx,的大小,B,E,Bx,的方向沿,x,轴正方向,C,电荷在点,O,受到的电场力在,X,方向上的分量最大,D,负电荷沿,X,轴从,B,移到,C,的过程中，,电场力先做正功，,后做负功,基于考察静电场性质的几个问题,7.,空间有一沿,x,轴对称分布的电场，其电场强度,E,随,X,变 化的图像如图所示。下列说法正确的是（）,A,O,点的电势最低,B,X,2,点的电势最高,C,X,1,和,-X,1,两点的电势相等,D,X,1,和,X,3,两点的电势相等,基于考察静电场性质的几个问题,8.,空间有一均匀强电场，在电场中建立如图所示的直角坐标系，,M,、,N,、,P,为电场中的三个点，,M,点的坐标为,(0,a,0,），,N,点的坐标为,(a,0,0,），,P,点的坐标为（,a,a/2,a/2,）。已知电场方向平行于直线,MN,，,M,点电势为,0,，,N,点电势为,1V,，则,P,点的电势为,(),电磁学重点难点突破,带电粒子在匀强电场中的运动,2,1.,加速,2.,偏转,B,A,t,/,s,U,B,/,v,0,U,0,-,U,0,带电粒子在交变电压下的加速,例：如图，,A,板的电势,U,A,0,，,B,板的电势,U,B,随时间的变化规律如图所示。则（）,若电子是在,t,0,时刻进入的，它将一直向,B,板运动,若电子是在,t,T,/8,时刻进入的，它可能时而向,B,板运动，,时而向,A,板运动,最后打在,B,板上,若电子是在,t,3,T,/8,时刻进入的，它可能时而向,B,板运动，,时而向,A,板运 动,最后打在,B,板上,若电子是在,t,T,/2,时刻进入的，它可能时而向,B,板、时而,向,A,板运动,C.,D.,B.,A.,F=Eq=qU,0,/d,F=ma,a=qU,0,/md,B,A,t/,s,U/,v,0,U,0,-U,0,t/,s,0,a,0,-a,0,a/,m/s,2,t/,s,0,v,0,-v,0,v/,m/s,若电子是在,t,0,时刻进入,a,U,T,t/,s,U/,v,0,U,0,-,U,0,T,/2,2,T,3,T,/2,T,t/,s,0,T,/2,2,T,3,T,/2,a/,m/s,2,a,0,-a,0,T,0,T,/2,2,T,3,T,/2,t/,s,v,0,-v,0,v/,m/s,若电子是在,t,T,/8,时刻进入的,带电粒子在匀强电场中的偏转,v,l,d,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,两板间电压为,U,v,0,-,q m,F,电,运动性质分析：,x,方向：匀速直线运动,x,y,方向：初速度为零的匀加速直线运动,y,带电粒子在匀强电场中的偏转,l,d,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,两板间电压为,U,v,0,-,q m,F,电,x,y,通过电场的时间,带电粒子的偏转位移,y,v,带电粒子速度偏转角,v,0,v,y,速度反向延长线过水平位移中点,l/,2,带电粒子位移偏转角,S,带电粒子在匀强电场中的偏转,(,a,0,),x,y,x,1,y,1,p,o,(,a,0,),带电粒子在交变电压下的偏转,示波管,示波管原理,y,)U,l,(L,d,mv,ql,2,2,0,+,=,y,y,同理,x,带电粒子在交变电压下的偏转,t,u,x,0,T,2T,t,y,0,T,2T,t,x,0,T,2T,t,u,y,0,T,2T,运动的合成,基于示波管原理的几个问题,例：图示为示波管构造的示意图，现在,xx,/,上加上,u,xx,t,信号，,yy,/,上加上,u,yy,t,信号，（如图甲、乙所示）。则在屏幕上看到的图形是（）,电磁学重点难点突破,带电粒子在匀强磁场中的运动,3,（,3,）有初速度,v,0,（,v,0,B,）,始终静止,匀速直线运动,匀速圆周运动,带电粒子在匀强磁场中的运动,（,1,）无速度,（,2,）有初速度,v,0,（,v,0,/,B,）,利用,v,r,利用弦的中垂线,带电粒子在匀强磁场中的运动,1,、找圆心,一,.,基本技能：,2,、定半径,几何法求半径,（,勾股定理、三角函数）,向心力公式求半径,（,r=mv/qB,）,A,B,O,v,v,r,r,带电粒子在匀强磁场中的运动,3,、,确定运动时间,A,弦切角、偏向角、回旋角的关系,v,v,O,B,O,粒子速度的偏向角,等于回旋角,，并等于,AB,弦与切线的夹角,(,弦切角,),的,2,倍,相对的弦切角,相等，与相邻的弦切角,互补,带电粒子在无界匀强磁场中的运动,两个重要模型：,第一类粒子源：,能在同一平面内，沿各个方向发射相同速率的同种带电粒子，这些带电粒子垂直于磁感线射入布满空间的匀强磁场，做,同方向旋转的匀速圆周运动,。（设粒子源在中心,O,点，带电粒子带正电,磁场垂直纸面向里）,。,各带电粒子的圆轨迹半径相等，运动周期相等。,各带电粒子圆轨迹的圆心分布在以粒子源,O,为圆心，,r,为半径的一个圆周上。,带电粒子在磁场中可能经过的区域是以粒子源,O,为圆心，,2,r,为半径的大圆,O,v,特点,二,.,同源粒子垂直进入无界匀强磁场的运动轨迹,带电粒子在无界匀强磁场中的运动,v,速率大的带电粒子所走过的路程大，对应大圆。,第二类粒子源：,在同一平面内沿某一方向发射的速率不同的同种带电粒子,各带电粒子的圆轨迹有一个公共切点，且各圆的圆心分布在同一条直线上。,特点,各带电粒子做匀速圆周运动的周期相等。,o,带电粒子在匀强磁场中的运动,三,.,带电粒子在有界匀强磁场中的运动,解答有关运动电荷在有界匀强磁场中的运动问题时，可以将有界磁场视为无界磁场让粒子能够做完整的圆周运动。确定粒子圆周运动的圆心，作好辅助线，充分利用圆的有关特性和公式定理、圆的对称性等几何知识是解题关键，如弦切角等于圆心角的一半、速度的偏转角等于圆心角。粒子在磁场中的运动时间与速度方向的偏转角成正比。,带电粒子在单直线边界磁场中的运动,带电粒子在平行直线边界磁场中的运动,带电粒子在矩形边界磁场中的运动,带电粒子在圆形边界磁场中的运动,四类基本问题：,带电粒子在单直线边界磁场中的运动,例如图,在一水平放置的平板,MN,上方有匀强磁场,磁感应强度的大小为,B,磁场方向垂直于纸面向里,许多质量为,m,带电量为,+q,的粒子,以相同的速率,v,沿位于纸面内的各个方向,由小孔,O,射入磁场区域,不计重力,不计粒子间的相互影响,.,下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域,其中,r,=,mv,/,qB,.,哪个图是正确的,(),2,r,r,2,r,M,N,O,2,r,r,2,r,M,N,O,2,r,2,r,2,r,M,N,O,r,2,r,2,r,M,N,O,D.,A.,B.,C.,带电粒子在单直线边界磁场中的运动,带电粒子在平行直线边界磁场中的运动,S,B,P,S,Q,P,Q,Q,P,S,圆心在磁场原边界上,速度较小时，作半圆运动后从原边界飞出；速度增加为某临界值时，粒子作部分圆周运动其轨迹与另一边界相切；速度较大时粒子作部分圆周运动后从另一边界飞出,.,圆心在过入射点跟边界垂直的直线上,速度较小时，作圆周运动通过射入点；速度增加为某临界值时，粒子作圆周运动其轨迹与另一边界相切；速度较大时粒子作部分圆周运动后从另一边界飞出,.,圆心在过入射点跟跟速度方向垂直的直线上,速度较小时，作圆周运动后从原边界飞出；速度增加为某临界值时，粒子作部分圆周运动其轨迹与另一边界相切；速度较大时粒子作部分圆周运动后从另一边界飞出,.,带电粒子在平行直线边界磁场中的运动,o,v,v,o,v,o,带电粒子在矩形边界磁场中的运动,B,圆心在磁场原边界上,速度较小时粒子作半圆运动后从原边界飞出；速度在某一范围内时从侧面边界飞出；速度较大时粒子作部分圆周运动从对面边界飞出。,速度较小时粒子做部分圆周运动后从原边界飞出；速度在某一范围内从上侧面边界飞；速度较大时粒子做部分圆周运动从右侧面边界飞出；速度更大时粒子做部分圆周运动从下侧面边界飞出。,圆心在过入射点跟速度方向垂直的直线上,B,带电粒子在矩形边界磁场中的运动,s,v,v,S,带电粒子在圆形边界磁场中的运动,B,O,O,入射速度方向指向匀强磁场区域圆的圆心，刚出射时速度方向的反向延长线必过该区域圆的圆心,r,v,R,v,基于带电粒子在匀强磁场中运动的一个问题,如图所示，在,0,x,a,、,0,y,a/2,范围内有垂直于,xy,平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为,B,，坐标原点,O,处有一个粒子源，在某时刻发射大量质量为,m,、电荷量为,q,的带正电粒子，它们的速度大小相同，速度方向均在,xy,平面内，与,y,轴正方向的夹角分布在,0,90,范围内，已知粒子在磁场中做圆周运动的半径介于,a,/2,到,a,之间，从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动周期的四分之一，求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的（,1,）速度的大小；（,2,）速度方向与,y,轴正方向夹角的正弦,.,x,y,0,a/2,a,B,Y,X,电磁学重点难点突破,动生感应电动势与感生感应电动势,4,动生感应电动势与感生感应电动势,法拉第电磁感应定律：,电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路中的磁通量的变化率成正比。,动生感应电动势,感生感应电动势,用公式求出的是平均感应电动势,用公式求出的是整个回路中感应电动势的总和,动生感应电动势的本质,L,-e,v,1,f,1,L,v,1,f,1,v,2,v,合,f,合,f,2,W,非,=,W,f1,=,f,1,L,=,e v,1,B,L,=,e v,1,B,L/,e=B,L,v,1,W,f,合,=,0,W,f1,=,-,W,f2,产生动生感应电动势的非静电力是洛伦兹力的一个分力，洛仑兹力的作用并不提供能量，而只是传递能量。实质上表示能量的转换和守恒。,动生电动势只存在于运动的一段导体上，而不动的那一段导体上没有电动势。,感生感应电动势的本质,E,P,Q,静电场,感应电场,由静止电荷产生,由变化磁场产生,电场线不闭合,电场线闭合,电场力做功与路径无关,电场力做功与路径有关,静电场与感应电场的区别,B,R,关于感应电动势的一个问题,如图所示，固定于水平面上的金属架,CDEF,处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒,0MN,沿框架以速度,v,向右做匀速运动。,t,=0,时，磁感应强度为,B,0,，,此时,MN,到达的位置恰好使,MDEN,构成一个边长为,L,的正方形。为使,MN,棒中不产生感应电流，从,t,=0,开始，磁感应强度,B,应该怎样随时间,t,变化？,M,N,v,D,E,C,F,-e,F,洛,F,电,