模塊三 電磁學(xué)new

PAGEPAGE6模塊三電磁學(xué)知識結(jié)構(gòu)說明：電磁學(xué)的知識主要包括場和路兩大方面，場包括電場和磁場，在很多問題中還涉及復(fù)合場；路的部分主要有直流電路和交流電路,電磁感應(yīng)則是場和路相結(jié)合的知識.不論場還是路，都是圍繞著電荷而展開的.電荷周圍存在電場，運動的電荷產(chǎn)生磁場；電荷在電場中要受電場力作用，而磁場只對運動電荷產(chǎn)生力的作用.電場一章以電場的力的特性和能的特性為主線，建立電場強度和電勢的概念，以電場力、電勢能、電勢差、電場力做功等電場知識的應(yīng)用，研究帶電粒子在電場中的運動.為了表征磁場的力的特性，引入磁感應(yīng)強度的概念，研究磁場對通電導(dǎo)體和運動電荷的作用，形成磁場與力學(xué)的綜合題，這也是磁場中的一個重點問題.磁通量的變化是研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的出發(fā)點，感應(yīng)電動勢的大小和方向都是由磁通量的變化情況決定的.交流電的產(chǎn)生和變壓器的原理是電磁感應(yīng)原理在生產(chǎn)實際中的應(yīng)用.電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生的過程也是能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式的過程，遵循能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律.專題一電場的基本性質(zhì)考情動態(tài)分析本專題中的庫侖定律、電場線、點電荷的電場及其場強的疊加、電勢、電勢差、等勢面等概念以及電荷在電場中運動過程中電場力做功、電荷電勢能和動能的變化等問題，歷來是高考考查的熱點，其中既有難度中、低檔的選擇題和填空題，也不乏難度較大的綜合性計算題，甚至作為壓軸題出現(xiàn)在高考試卷中.由于本專題知識容易和力學(xué)中的牛頓定律、動能定理、功能關(guān)系及運動學(xué)等知識結(jié)合，構(gòu)建物理情景新穎、能力要求突出的綜合題，在當(dāng)今強調(diào)考查學(xué)生綜合能力的背景下，學(xué)好本專題知識，具有重要的意義.考點核心整合1.庫侖定律是庫侖通過實驗總結(jié)得出的關(guān)于真空中點電荷間相互作用力的規(guī)律，其公式為F=.對于庫侖定律的應(yīng)用，應(yīng)該明確：（1）公式F=適用于真空中點電荷間相互作用力的計算，但對均勻帶電球間庫侖力的計算也適用，只是r應(yīng)用兩球心間距.不過應(yīng)當(dāng)知道，“均勻帶電球體”只能是一種理想化的模型，實際上要使相互作用的兩球均勻帶電是不可能的.鏈接·思考將兩導(dǎo)體球固定于球心相距為r的兩位置，當(dāng)分別給兩球帶上電荷量均為q的同種和異種電荷時，兩球間庫侖力的大小是否相等？為什么？答案：由于電荷在導(dǎo)體中可以自由移動，當(dāng)兩球帶同種電荷時，由于電荷間庫侖斥力的作用，使兩球所帶電荷均向兩球的遠(yuǎn)側(cè)移動，使兩球所帶電荷的“中心”間距大于r,而使其間庫侖力F＜k.類似地分析可知,當(dāng)兩球帶異種電荷時,其間庫侖力F′＞k,可見F≠F′.（2）庫侖力也稱靜電力，具有力的共性，遵循力的獨立作用原理、運算定則和牛頓第三定律.2.電場及其基本性質(zhì)電荷的周圍存在電場，帶電體間的相互作用力就是通過電場產(chǎn)生的.電場的基本特性是對放入其中的電荷有力的作用，這也是檢驗空間是否存在電場的重要依據(jù).由于電場力的存在，在電場中移動電荷時，必然通過電場力做功伴隨有相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化.場強和電勢就是分別從力和能兩個方面對電場進行描述的物理量.（1）電場強度：是反映電場力的性質(zhì)的物理量，定義為放入電場中某點的電荷受到的電場力跟其電荷量的比值.定義式E=適用于任何電場.場強是由電場本身的性質(zhì)決定的，與檢驗電荷無關(guān)，這在點電荷周圍場強的決定式E=k中，得到了很好的體現(xiàn)，式中的Q就是產(chǎn)生電場的場源電荷而非檢驗電荷.另外，反映場強和電勢差關(guān)系的公式E=只適用于勻強電場，且式中d指所考查的兩點在電場方向上的距離，但由此式引申出的意義——場強等于電場方向上單位長度的電勢降落（反映電勢降落的快慢，高一級教材中叫負(fù)的電勢梯度），則具有普遍性.圖3-1-1場強是一矢量，方向規(guī)定為正電荷在該點所受電場力的方向.場強的疊加合成遵守平行四邊形定則或三角形定則.圖3-1-1所示分別為等量同（異）種點電荷連線中垂線上各點場強的合成情況.電場線是人們?yōu)榱诵蜗蟮孛枋鲭妶龆氲募傧肭€，客觀上并不存在，但其疏密程度表示場強大小,切線方向表示電場方向.沿電場線方向電勢逐漸降低等性質(zhì)在電場問題的討論中都是非常有用的.（2）電勢：是描述電場能的性質(zhì)的物理量，有兩種不同的定義方法：其一是電荷在電場中某點具有的電勢能E和電荷所帶電荷量q的比值定義為該點的電勢，即φ=；其二是電場中某點和所選參考位置（電勢為零的位置）的電勢差定義為該點的電勢，即φP=UP參.另外，電場中某點的電勢，在數(shù)值上等于單位正電荷由該點移動到參考點時，電場力做的功.①等勢面電場中電勢相等的點組成的面叫等勢面.電場線總是和等勢面垂直且由電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面.在相鄰兩等勢面間電勢差相等的情況下，等勢面密處場強大，疏處場強小.②電勢差電荷q在電場中由A點移動到B點時，電場力做的功WAB與電荷量q的比值WAB/q，叫做A、B兩點的電勢差，即UAB=.電勢差UAB在數(shù)值上等于單位正電荷由A點移動到B點時電場力做的功WAB，也可表示為：UAB=φA-φB,同樣，UBA=φB-φA.顯然UAB=-UBA.③電場力的功在電場中移動電荷時電場力要做功.電場力做的功由移動電荷的電荷量q和始、末兩位置間電勢差U決定，而與移動路徑無關(guān)，用公式可表示為：WAB=qUAB或WBA=qUBA.用該公式計算電場力做功或電勢差時，一定要注意功W和電勢差U的下標(biāo)字母順序必須一致.電場力做功的過程，就是電勢能和其他形式的能量轉(zhuǎn)化的過程.電場力做正功，電勢能減少（轉(zhuǎn)化為其他形式的能），電場力做負(fù)功，電勢能增加（其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能），且電場力做功的數(shù)值等于電勢能變化的數(shù)值，用符號表示為：W=-ΔE.考題名師詮釋【例1】(2006全國高考Ⅱ，17)ab是長為l的均勻帶電細(xì)桿，P1、P2是位于ab所在直線上的兩點，位置如圖3-1-2所示.ab上電荷產(chǎn)生的靜電場在P1處的場強大小為E1，在P2處的場強大小為E2.則以下說法正確的是（）圖3-1-2A.兩處的電場方向相同，E1>E2B.兩處的電場方向相反，E1>E2C.兩處的電場方向相同，E1<E2D.兩處的電場方向相反，E1<E2解析：設(shè)均勻帶電細(xì)桿帶正電荷，對P1，均勻帶電細(xì)桿左邊和右邊的電荷在P1點的場強疊加為零，細(xì)桿右邊距P1處的電荷對P1點疊加后的場強為E1，方向水平向左；對P2，均勻帶電細(xì)桿整個桿的電荷對P2均有場強，疊加后為E2，方向水平向右，對P1產(chǎn)生場強的電荷小于對P2產(chǎn)生場強的電荷，所以兩處的場強方向相反，E1<E2，若均勻帶電細(xì)桿帶負(fù)電荷，同理可得.所以選項D正確.答案：D點評：對此類非點電荷場強疊加問題，在中學(xué)階段常利用電荷分布的對稱性、等效性來處理.如本題中，由于P1左、右邊的電荷在P1的合場強為零，所以桿在P1的場強等效于桿右邊距P1到處的電荷對P1的場強.鏈接·拓展如圖3-1-3一半徑為R的絕緣球殼上均勻地帶有電荷量+Q的電荷，另一電荷量為+q的點電荷放在球心O上，由于對稱性，點電荷受力為零.現(xiàn)在球殼上挖去半徑為r（r<<R）的一個小圓孔M，則此時置于球心的點電荷所受力的大小為______________（已知靜電力常量k），方向____________.圖3-1-3解析：球面上各點在O處均產(chǎn)生電場，未挖去M時，由于對稱性，疊加后的合場強為零，挖去M后，球心O處合場強不再為零，場強可看作是由與M對稱的N處的電荷產(chǎn)生的，N處電荷Q′=Q.由于r<<R，對O點來說，N處電荷可視為點電荷，則F=kQ′，方向指向圓孔.答案：，方向指向圓孔.【例2】(2006上海高考，8)圖3-1-4（a）中，A、B是一條電場線上的兩點，若在A點釋放一初速為零的電子，電子僅受電場力作用，并沿電場線從A運動到B，其速度隨時間變化的規(guī)律如圖3-1-4（b）所示.設(shè)A、B兩點的電場強度分別為EA、EB，電勢分別為UA、UB，則（）圖3-1-4A.EA=EBB.EA<EBC.UA=UBD.UA<UB解析：由v-t圖線可看出，電子在電場力作用下做勻加速直線運動，其所受電場力是一恒力，該電場為勻強電場，場強EA=EB，選項A正確；電子所受電場力的方向與場強方向相反，所以電場線方向由B指向A，沿電場線方向電勢降低，故電勢UB>UA，選項D正確.答案：AD點評：本題將帶電粒子的速度圖象和電場知識有機結(jié)合，考查對圖象的識別能力，對電場知識的理解、分析、推理能力.【例3】(2004全國高考Ⅲ，21)一帶正電的小球，系于長為l的不可伸長的輕線一端，線的另一端固定在O點，它們處在勻強電場中，電場的方向水平向右，場強的大小為E.已知電場對小球的作用力的大小等于小球的重力.現(xiàn)先把小球拉到圖3-1-6中的P1處，使輕線拉直，并與場強方向平行，然后由靜止釋放小球.已知小球在經(jīng)過最低點的瞬間，因受線的拉力作用，其速度的豎直分量突變?yōu)榱悖椒至繘]有變化，則小球到達(dá)與P1點等高的P2點時速度的大小為（）圖3-1-5A.B.C.2D.0解析：小球釋放后至輕線被拉緊前受水平向右的大小等于重力的電場力和向下的重力作用,其合力大小F=mg,方向與水平方向成45°角向右下方,小球釋放后即沿該方向做勻加速直線運動,直至運動到最低點輕線被拉直.由于輕線的拉力作用,小球運動到最低點的瞬間,豎直方向速度突變?yōu)榱?只有水平方向速度vx=.從最低點到P2點,小球?qū)⒀匕霃綖閘的圓周運動,只有重力和電場力做功.由動能定理得:-mgl+qEl=mv22-mvx2又mg=qE,解得v2=vx=,即B正確.答案：B點評:正確地分析小球的受力情況并由此確定小球的運動情況,是解決本題的關(guān)鍵.本題最易犯的錯誤是認(rèn)為小球始終沿半徑為l的圓周運動而得出v2=2的錯誤結(jié)論.因此,處理電場中的力學(xué)問題,仍要緊緊抓住物體受力情況和運動情況的分析.鏈接·拓