专题电场和磁场

专题 电场和磁场

一、电场和磁场中的带电粒子

1、知识网络

2、方法点拨：

分析带电粒子在电场、磁场中运动，主要是两条线索：

（1）力和运动的关系。根据带电粒子所受的力，运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解。

（2）功能关系。根据场力及其它外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系，从而可确定带电粒子的运动情况，这条线索不但适用于均匀场，也适用于非均匀场。因此要熟悉各种力做功的特点。

处理带电粒子在场中的运动问题应注意是否考虑带电粒子的重力。这要依据具体情况而定，质子、α粒子、离子等微观粒子，一般不考虑重力；液滴、尘埃、小球等宏观带电粒子由题设条件决定，一般把装置在空间的方位介绍的很明确的，都应考虑重力，有时还应根据题目的隐含条件来判断。

处理带电粒子在电场、磁场中的运动，还应画好示意图，在画图的基础上特别注意运用几何知识寻找关系。

3、典型例题

【例题1】（1999年高考全国卷）如图1所示，图中虚线MN 是一垂直纸面的平面与纸面的交线，在平面右侧的半空间存在一磁感应强度为B 的匀强磁场，方向垂直纸面向外。O 是MN 上的一点，从O 点可以向磁场区域发射电量为+q 、质量为m 、速率为v 的半径公式：qB m v R = 周期公式：qB m T π2=

粒子，粒子射入磁场时的速度可在纸面内各个方向。已知先后射入的两个粒子恰好在磁场中给定的P 点相遇，P 到O 的距离为L ，不计重力及粒子间的相互作用。

（1）求所考察的粒子在磁场中的轨道半径；

（2）求这两个粒子从O 点射入磁场的时间间隔。

【点拨解疑】（1）设粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为R ，由牛顿第二定律得

R v m qvB 2=，则qB

m v R = （2）如图2所示，以OP 为弦可以画两个半径相同的圆，分别表示在P 点相遇的两个粒子的轨迹。圆心分别为O 1、O 2，过O 点的直径分别为OO 1Q 1、OO 2Q 2，在O 点处两个圆的切线分别表示两个粒子的射入方向，用θ表示它们之间的夹角。由几何关系可知，θ=∠=∠2211Q PO Q PO ，从O 点射入到相遇，粒子1的路程为半个圆周加弧长Q 1P =R θ，粒子2的路程为半个圆周减弧长PQ 2=R θ

粒子1的运动时间为 v

R T t θ+=

211，其中T 为圆周运动的周期。 粒子2运动的时间为 v

R T t θ-=212 两粒子射入的时间间隔为 v

R t t t θ221=-=? 因为 22c o s L R =θ 所以 R L 2arccos 2=θ 有上述算式可解得 )2a r c c o s (4mv

LqB qB m t =? 点评：解带电粒子在磁场中运动的题，除了运用常规的解题思路（画草图、找“圆心”、定“半径”）之外，更应侧重于运用数学知识进行分析。本题在众多的物理量和数学量中，角度是最关键的量，它既是建立几何量与物理量之间关系式的一个纽带，又是

沟通几何图形与物理模型的桥梁。

【例题2】如图3所示，在直角坐标系的第一、二象限内有垂直于纸面的匀强磁场，第三象限有沿Y 轴负方向的匀强电场，第四象限内无电场和磁场。质量为m 、带电量为q 的粒子从M 点以速度v 0沿x 轴负方向进入电场，不计粒子的重力，粒子经N 、P 最后又回到M 点。设OM =L ，ON =2L ，则：

关于电场强度E 的大小，下列结论正确的是 （ ）

A ．qL mv 204

B ．qL m v 20

C ．qL mv 2420

D ．qL

mv 202 （2）匀强磁场的方向是 。

（3）磁感应强度B 的大小是多少？

【点拨解疑】 （1）由带电粒子在电场中做类平抛运动，易知221t m

qE L =

，且t v L 02=则E =qL mv 202 故选C （2）由左手定则，匀强磁场的方向为垂直纸面向里。

（3）根据粒子在电场中运动的情况可知，粒子带负电。粒子在电场中做类平抛运动，设到达N 点的速度为v ，运动方向与x 轴负方向的夹角为θ，如图4所示。 由动能定理得2022

121mv mv qEL -= 将（1）式中的E 代入可得02v v = 所以θ=45°

粒子在磁场中做匀速圆周运动，经过P 点时速度方向也与x 轴负方向成45°角。 则OP =OM =L NP =NO +OP =3L

粒子在磁场中的轨道半径为R =Np cos45°=23

又qB

m v R = 解得 qL

m v B 320= 点评：带电粒子的复杂运动常常是由一些基本运动组合而成的。掌握基本运动的特点是解决这类问题的关键所在。该题中，粒子在匀强磁场中运动轨迹的圆心不在y 轴上，注意到这一点是很关键的。

【例题3】 如图5所示，在水平正交的匀强电场和匀强磁场中，半径为R 的光滑绝缘竖直圆环上，套有一个带正电的小球，已知小球所受电场力与重力相等，小球在环顶端A 点由静止释放，当小球运动的圆弧为周长的几分之几时，所受磁场力最大？

【点拨解疑】 小球下滑的过程中，要使磁场力最大，则需要速度最大。OC 为与小球受到的重力、电场力的合力平行的半径。由功能关系寻找速度最大的点，因为洛伦兹力不做功，所以不考虑磁场的作用，从图中A 到C ，上述合力有切向分力，且与速度同向，因此做正功，小球动能增加；在C 点时，该合力为径向，没有切向分力；此后切向分力与线速度反向，动能将减小；故在C 点时速度最大，所受磁场力也最大。由受力分析知

mg =qE mg =qE tan α 得α= 45°

由图知θ=α+90°=135° 故小球运动的弧长与周长之比为

83360135360==?θ， 所以运动的弧长为周长的8

3。 点评：讨论带电粒子的运动，必须熟悉各种力做功的特点。该题也可用等效法处理。把电场和重力场合起来当作一个新的重力场，这个重力场的竖直方向与原水平方向成45°角斜向下，这样就很容易确定速度最大的点。

【例题4 】 从阴极K 发射的电子经电势差

U 0=5000V 的阳极加速后，沿平行于板面的方向从

中央射入两块长L 1=10cm 、间距d =4cm 的平行金

属板A 、B 之间，在离金属板边缘L 2=75cm 处放置

一个直径D =20cm 、带有纪录纸的圆筒。整个装置

放在真空内，电子发射时的初速度不计，如图6所示，若在金属板上加一U =1000cos2πt V 的交

流电压，并使圆筒绕中心轴按图示方向以n=2r/s 匀速转动，分析电子在纪录纸上的轨迹形状并画出从t =0开始的1s 内所纪录到的图形。

【点拨解疑】 对电子的加速过程，由动能定理得：

eU 0=2

1mv 02 得电子加速后的速度 v 0=m

eU 02=4.2×107m/s 电子进入偏转电场后，由于在其中运动的时间极短，可以忽略运动期间偏转电压的变化，认为电场是稳定的，因此电子做类平抛的运动。

如图7所示。

交流电压在A 、B 两板间产生的电场强度

t d

U E π2cos 105.24?==V/m 电子飞离金属板时的偏转距离 20

1211)(2121v L m eE at y == 电子飞离金属板时的竖直速度 )(0

11v L m eE at v y == 电子从飞离金属板到到达圆筒时的偏转距离 020122v L v L m eE t v y y =

= 所以在纸筒上的落点对入射方向的总偏转距离为

t dU U L L L mv eEL L L y y y π2cos 20.02)2()2(

0212120

12121=+=+=+=m 图 6

图7

可见，在纪录纸上的点在竖直方向上以振幅0.20m 、周期T =1s 做简谐运动。因为圆筒每秒转2周，故转一周在纸上留下的是前半个余弦图形，接着的一周中，留下后半个图形，合起来，1s 内，在纸上的图形如图8所示。

点评：偏转电场如果不稳定，电子在其中的运动将非常复杂，因此理想化处理是解答本题的关键。示波器是常用的电子仪器，其原理与该题的情景有相似之处。

二、电场、磁场中的能量转化

1、知识网络

能量及其相互转化是贯穿整个高中物理的一条主线，在电场、磁场中，也是分析解决问题的重要物理原理。在电场、磁场的问题中，既会涉及其他领域中的功和能，又会涉及电场、磁场本身的功和能，相关知识如下表：

2、方法技巧：

如果带电粒子仅受电场力和磁场力作用，则运动过程中，带电粒子的动能和电势能之间相互转化，总量守恒；如果带电粒子受电场力、磁场力之外，还受重力、弹簧弹力等，但没有摩擦力做功，带电粒子的电势能和机械能的总量守恒；更为一般的情况，除了电场力做功外，还有重力、摩擦力等做功，如选用动能定理，则要分清有哪些力做功？做的是正功还是负功？是恒力功还是变力功？还要确定初态动能和末态动能；如选用能量守恒定律，则要分清有哪种形式的能在增加，那种形式的能在减少？发生了怎样的能量转化？能量守恒的表达式可以是：①初态和末态的总能量相等，即E 初=E 末；②某些形势的能量的减少量等于其他形式的能量的增加量，即ΔE 减=ΔE 增；③各种形式的能量的增量（ΔE =E 末-E 初）的代数和为零，即ΔE 1+ΔE 2+…ΔE n =0。

电磁感应现象中，其他能向电能转化是通过安培力的功来量度的，感应电流在磁场中受到的安培力作了多少功就有多少电能产生，而这些电能又通过电流做功转变成其他能，如电阻上产生的内能、电动机产生的机械能等。从能量的角度看，楞次定律就是能量转化和守恒定律在电磁感应现象中的具体表现。电磁感应过程往往涉及多种能量形势

电、磁场中的功和能

电场中的

功和能 电势能

由电荷间的相对位置决定，数值具有相对性，常取无电场力的功 与路径无关，仅与电荷移动的始末位置有关：W =qU

电场力的功和电势能的变化 电场力做正功 电势能 → 其他能 电场力做负功 其他能 → 电势能

转化 转化 磁场中的

功和能 洛伦兹力不做功

安培力的功 做正功：电能 → 机械能，如电动机 做负功：机械能 → 电能，如发电机

转化 转化

的转化，因此从功和能的观点入手，分析清楚能量转化的关系，往往是解决电磁感应问题的重要途径；在运用功能关系解决问题时，应注意能量转化的来龙去脉，顺着受力分析、做功分析、能量分析的思路严格进行，并注意功和能的对应关系。

3、典型例题

【例题5】（1989年高考全国卷）如图1所示，一个质量为m ，电量为-q 的小物体，可在水平轨道x 上运动，O 端有一与轨道垂直的固定墙，轨道处在场强大小为E ，方向沿Ox 轴正向的匀强磁场中，小物体以初速度v 0从点x 0沿Ox 轨道运动，运动中受到大小不变的摩擦力f 作用，且f

【点拨解疑】 首先要认真分析小物体的运动过程，建立物理图景。开始时，设物体从x 0点，以速度v 0向右运动，它在水平方向受电场力qE 和摩擦力f ，方向均向左，因此物体向右做匀减速直线运动，直到速度为零；而后，物体受向左的电场力和向右的摩擦力作用，因为qE >f ，所以物体向左做初速度为零的匀加速直线运动，直到以一定速度与墙壁碰撞，碰后物体的速度与碰前速度大小相等，方向相反，然后物体将多次的往复运动。

但由于摩擦力总是做负功，物体机械能不断损失，所以物体通过同一位置时的速度将不断减小，直到最后停止运动。物体停止时，所受合外力必定为零，因此物体只能停在O 点。

对于这样幅度不断减小的往复运动，研究其全过程。电场力的功只跟始末位置有关，而跟路径无关，所以整个过程中电场力做功 0qEx W E =

根据动能定理 k E W ?=总， 得：

200210mv fs qEx -=- f

mv qEx s 22200+=∴。 点评：该题也可用能量守恒列式：电势能减少了0qEx ，动能减少了

2021mv ，内能增加了fs ， ∴ 2002

1mv qEx fs +=

同样解得f

mv qEx s 22200+=。 【例题6】 如图2所示，半径为r 的绝缘细圆环的环面固定在水平面上，场强为E 的匀强电场与环面平行。一电量为+q 、质量为m 的小球穿在环上，可沿环作无摩擦的圆周运动，若小球经A 点时，速度v A 的方向恰与电场垂直，且圆环与小球间沿水平方向无力的作用，试计算：

（1）速度v A 的大小；

（2）小球运动到与A 点对称的B 点时，对环在水平方向的作用力。

【点拨解疑】 （1）在A 点，小球在水平方向只受电场力作用，根据牛顿第二定律

得： r

v m qE A 2= 所以小球在A 点的速度m

qEr v A =。 （2）在小球从A 到B 的过程中，根据动能定理，电场力做的正功等于小球动能的增加量，即 222

1212A B mv mv qEr -=， 小球在B 点时，根据牛顿第二定律，在水平方向有r

v m qE N B B 2=- 解以上两式，小球在B 点对环的水平作用力为：qE N B 6=。

点评：分析该题，也可将水平的匀强电场等效成一新的重力场，重力为Eq ，A 是环上的最高点，B 是最低点；这样可以把该题看成是熟悉的小球在竖直平面内作圆周运动的问题。

【例题7】（2002年理综全国卷）如图3所示有三根长度皆为l ＝1.00

m 的不可伸长的绝缘轻线，其中两根的一端固定在天花板上的 O 点，

另一端分别挂有质量皆为m ＝1.00×2

10-kg 的带电小球A 和B ，它们的电量分别为一q 和＋q ，q ＝1.00×710-C ．A 、B 之间用第三根线连接起来．空间中存在大小为E ＝1.00×106N/C 的匀强电场，场强方向沿水平向右，平衡时 A 、B 球的位置如图所示．现将O 、B 之间的线烧断，由于有空气阻力，A 、B 球最后会达到新的平衡位置．求最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比改变了多少．（不计两带电小球间相互作用的静电力）

【点拨解疑】图（1）中虚线表示A 、B 球原来的平衡位置，实线表示烧断后重新达到平衡的位置，其中α、β分别表示OA 、AB 与竖直方向的夹角。A 球受力如图（2）所示：重力mg ，竖直向下；电场力qE ，水平向左；细线OA 对A 的拉力T 1，方向如图；细线AB 对A 的拉力T 2，方向如图。由平衡条件得 qE T T =+βαsin sin 21① βαcos cos 21T mg T +=②

B 球受力如图（3）所示：重力mg ，竖直向下；电场力qE ，水平向右；细线AB 对B

的拉力T 2，方向如图。由平衡条件得

qE T =βsin 2③ mg a T =cos 2④

联立以上各式并代入数据，得 0=α⑤ 45=β⑥

由此可知，A 、B 球重新达到平衡的位置如图（4）所示。

与原来位置相比，A 球的重力势能减少了 )60sin 1(

-=mgl E A ⑦

B 球的重力势能减少了 )45cos 60sin 1( +-=mgl E B ⑧

A 球的电势能增加了 W A =qElcos 60°⑨

B 球的电势能减少了 )30sin 45(sin -=qEl W B ⑩

图 4

两种势能总和减少了 B A A B E E W W W ++-=

代入数据解得 J W 2

108.6-?=

【例题8】（2003年全国理综卷）如图5所示，两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感应强度B =0.50T 的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计。导轨间的距离l=0.20m 。两根质量均为m=0.10kg 的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻为R =0.50Ω。在t =0时刻，两杆都处于静止状态。现有一与导轨平行、大小为0.20N 的恒力F 作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动。经过t =5.0s ，金属杆甲的加速度为a =1.37m/s 2，问此时两金属杆的速度各为多少？

【点拨解疑】设任一时刻t 两金属杆甲、乙之间的距离为x ，速度分别为v 1和v 2,经过很短的时间△t ，杆甲移动距离v 1△t ，杆乙移动距离v 2△t ，回路面积改变 t l v v lx t t v t v x S ?-=-+?+?-=?)(])[(2112 由法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势t S B

E ??= 回路中的电流 R

E i 2= 杆甲的运动方程ma Bli

F =-

由于作用于杆甲和杆乙的安培力总是大小相等，方向相反，所以两杆的动量0(=t 时为0）等于外力F 的冲量211mv mv F += 联立以上各式解得)](2[21211ma F F B R m F v -+= )](2[212212ma F I

B R m F v --= 代入数据得s m v s

m v /85.1/15.821==

图 5

针对训练

1．（2002年广西、河南、广东卷）在图9中虚线所示的区域存在匀强电场和匀强磁场。取坐标如图。一带电粒子沿x轴正方向进入此区域，在穿过此区域的过程中运动方向始终不发生偏转。不计重力的影响，电场强度E和磁感强度B的方向可能是（）

A．E和B都沿x轴正方向B．E沿y轴正向，B沿z轴正向

C．E沿x轴正向，B沿y轴正向D．E、B都沿z轴正向

2．如图10所示，一束电子（电量为e）以速度v垂直射入磁感应强度为B，宽度为d的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30°，则电子的质量是，穿透磁场的时间是。

3．（2000年全国卷）如图11所示，两个共轴的圆筒形金

属电极，外电极接地，其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝

a、b、c和d，外筒的外半径为r，在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀

磁场，磁感强度的大小为B。在两极间加上电压，使两圆筒之间的区域内有沿半径向外的电场。一质量为ｍ、带电量为＋q的粒子，从紧靠内筒且正对狭缝a的S点出发，初速为零。

如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点

a

O

图10

S ，则两电极之间的电压U 应是多少？（不计重力，整个装置在真空中）

4．如图12所示，空间分布着有理想边界的匀强电场和匀强磁场。左侧匀强电场的场强大小为E 、方向水平向右，电场宽度为L ；中间区域匀强磁场的磁感应强度大小为B ，方向垂直纸面向里。一个质量为m 、电量为q 、不计重力的带

正电的粒子从电场的左边缘的O 点由静止开始运动，穿过中

间磁场区域进入右侧磁场区域后，又回到O 点，然后重复上述运动过程。求：

（1）中间磁场区域的宽度d ；

（2）带电粒子从O 点开始运动到第一次回到O 点所用时

间t 。

参考答案：

1．AB

解析：E 和B 都沿x 轴正方向，由于带电粒子速度与磁感应强度B 平行或反向平行，故不受磁场力只受电场力，而不论粒子带何种电荷，电场力与速度均共线，由此知粒子作直线运动，A 正确。若E 沿y 轴正向则电场力沿y 轴正向（带正电）或负向（带负电），而B 沿z 轴正向，则由左手定则知其所受洛仑兹力沿y 轴负向（带正电）或正向（带负电），合外力可能为零，故B 正确。若E 沿z 轴正向，则电场力沿z 轴正向（带正电）或负向（带负电），B 沿y 轴正向，则洛仑兹力也沿z 轴正向（带正电）或负向（带负电），合力不为零，且与速度不共线，粒子必然发生偏转，故C 错。若E 、B 都沿z 轴方向，则电场力也沿z 轴方向，而洛仑兹力沿y 轴方向，合力不为零，且与速度不共线，粒子必发生偏转，故D 错。

2．解析：电子在磁场中运动，只受洛仑兹力作用，故其轨迹是圆弧的一部分，又因为f ⊥v ，故圆心在电子穿入和穿出磁场时受到洛仑兹力指向交点上，如图10中的O 点，由几何知识知，AB 间圆心角θ＝30°，OB 为半径。

∴r =d /sin30°=2d ，又由r =mv /Be 得m =2dBe/v

又∵AB 圆心角是30°，∴穿透时间t =T /12，故t=πd /3v 。

B B 图12

3．解析：如图13所示，带电粒子从S 点出发，在两筒之间的电场作用下加速，沿径向穿过狭缝a 而进入磁场区，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。粒子再回到S 点的条件是能沿径向穿过狭缝d .只要穿过了d ，粒子就会在电场力作用下先减速，再反向加速，经d 重新进入磁场区，然后粒子以同样方式经过c 、b ，再回到S 点。设粒子进入磁场区的速度大小为v ，根据动能定理，有

22

1mv qU = 设粒子做匀速圆周运动的半径为R ，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律，有 R

v m Bqv 2

= 由前面分析可知，要回到S 点，粒子从a 到d 必经过43圆周，所以半径R 必定等于筒的外半径r ，即R=r 。由以上各式解得

m

qr B U 22

2=。 4．解析：（1）带电粒子在电场中加速，由动能定理，可得： 22

1mv qEL = 带电粒子在磁场中偏转，由牛顿第二定律，可得： R

v m B q v 2

= 由以上两式，可得 q

mEL B R 21=。 可见在两磁场区粒子运动半径相同，如图14所示，三段圆弧的圆心组成的三角形ΔO 1O 2O 3是等边三角形，其边长为2R 。所以中间磁场区域的宽度为

q

mEL B R d 62160sin 0== （2）在电场中 qE

mL qE mv a v t 22221===

，

图

13

在中间磁场中运动时间qB

m T t 3232π== 在右侧磁场中运动时间qB m T t 35653π==

， 则粒子第一次回到O 点的所用时间为

qB m qE mL t t t t 3722321π+=++=。

针对训练

1． 如图6所示，长L 1宽L 2的矩形线圈电阻为R ，处于磁

感应强度为B 的匀强磁场边缘，线圈与磁感线垂直。将线圈以

向右的速度v 匀速拉出磁场，求：①拉力F 大小；②拉力的功

率P ；③拉力做的功W ；④线圈中产生的电热Q ；⑤通过线圈某

一截面的电荷量q 。

2．如图7所示，水平的平行虚线间距为d =50cm ，其间有B=1.0T

的匀强磁场。一个正方形线圈边长为l =10cm ，线圈质量m=100g ，电

阻为R =0.020Ω。开始时，线圈的下边缘到磁场上边缘的距离为

h =80cm 。将线圈由静止释放，其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时的

速度相等。取g =10m/s 2，求：?线圈进入磁场过程中产生的电热Q 。

?线圈下边缘穿越磁场过程中的最小速度v 。?线圈下边缘穿越磁场

过程中加速度的最小值a 。

3．（2001年上海卷）如图8所示，有两根和水平方向成。角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻R ，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感强度为及一根质量为m 的金属杆从轨道上由静止滑下。经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度几，则

（A ）如果B 增大，v m 将变大

（B ）如果α变大，v m 将变大

图

7 图 6

（C ）如果R 变大，v m 将变大

（D ）如果m 变小，v m 将变大

4．（2001年上海卷）半径为a 的圆形区域内有均匀磁场，磁感强度为B ＝0.2T ，磁场方向垂直纸面向里，半径为b 的金属圆环与磁场同心地放

置，磁场与环面垂直，其中a ＝0.4m ，b ＝0.6m ，金属环上

分别接有灯L 1、L 2，两灯的电阻均为R 0＝2Ω，一金属棒

MN 与金属环接触良好，棒与环的电阻均忽略不计

（1）若棒以v 0＝5m/s 的速率在环上向右匀速滑动，求

棒滑过圆环直径OO ′ 的瞬时（如图9所示）MN 中的电动势

和流过灯L 1的电流。

（2）撤去中间的金属棒MN ，将右面的半圆环OL 2O ′ 以

OO ′ 为轴向上翻转90o，若此时磁场随时间均匀变化，其变

化率为ΔB /Δt ＝4T/s ，求L 1的功率。

5．如图10所示，电动机牵引一根原来静止的、长L 为1m 、质量m 为0.1kg 的导体棒MN 上升，导体棒的电阻R 为1Ω，架在竖直放置的框架上，它们处于磁感应强度B 为1T 的匀强磁场中，磁场方向与框架平面垂直。当导体棒上升h =3.8m 时，获得稳定的速度，导体棒上产生的热量为2J ，电动机牵引棒时，电压表、电流表的读数分别为7V 、1A ，电动机内阻r 为1Ω，不计框架电阻及一切摩擦，求：

（1）棒能达到的稳定速度；

（2）棒从静止至达到稳定速度所需要的时间。

参考答案

1．解析：

图9

V BL E 2=，R E I =，2BIL F =，V R

V L B F ∝=∴222；2V FV P ∝=；V R

V L L B FL W ∝==12221；V W Q ∝=；无关。与v R t R E t I q ?Φ==?= 特别要注意电热Q 和电荷q 的区别，其中 q 与速度无关！

2．解：?由于线圈完全处于磁场中时不产生电热，所以线圈进入磁场过程中产生的电热Q 就是线圈从图中2位置到4位置产生的电热，而2、4位置动能相同，由能量守恒Q =mgd=0.50J

?3位置时线圈速度一定最小，而3到4线圈是自由落体运动因此有

v 02-v 2=2g (d-l )，得v =22m/s

?2到3是减速过程，因此安培力R

v l B F 22=减小，由F -mg =ma 知加速度减小，到3位置时加速度最小，a=4.1m/s 2

3． B 、C

4．解析：（1）E 1＝B 2a v ＝0.2×0.8×5＝0.8V ①

I 1＝E 1/R ＝0.8/2＝0.4A ②

（2）E 2＝ΔФ/Δt ＝0.5×πa 2×ΔB /Δt ＝0.32V ③

P 1＝(E 2/2)2/R ＝1.28×102W

5．解析：（1）电动机的输出功率为：62=-=r I IU P 出

W 电动机的输出功率就是电动机牵引棒的拉力的功率，所以有Fv P =出

其中F 为电动机对棒的拉力，当棒达稳定速度时L I B mg F '+= 感应电流R

BLv R E I ==' 由①②③式解得，棒达到的稳定速度为2=v m/s

（2）从棒由静止开始运动至达到稳定速度的过程中，电动机提供的能量转化为棒的机械能和内能，由能量守恒定律得：Q mv mgh t P ++

=22

1出 解得 t =1s

高考物理二轮复习专题三电场和磁场课时作业新人教

课时作业八 一、选择题 1．(多选)(2020·河北唐山一模)如图所示，匀强电场中的A 、B 、C 、D 点构成一位于纸面内的平行四边形，电场强度的方向与纸面平行．已知A 、B 两点的电势分别为φA ＝12 V 、φB ＝6 V ，则C 、D 两点的电势可能分别为( ) A ．9 V 、15 V B ．9 V 、18 V C ．0 V 、6 V D ．6 V 、0V AC 已知ABCD 为平行四边形，则AB 与CD 平行且等长，因为匀强电场的电场强度的方向与纸面平行，所以U AB ＝U DC ＝6 V ，分析各选项中数据可知，A 、C 正确，B 、D 错误． 2．如图所示，Q 1、Q 2为两个等量同种带正电的点电荷，在两者的电场中有M 、N 和O 三点，其中M 和O 在Q 1、Q 2的连线上(O 为连线的中点)，N 为过O 点的垂线上的一点．则下列说法中正确的是( ) A ．在Q 1、Q 2连线的中垂线位置可以画出一条电场线 B ．若将一个带正电的点电荷分别放在M 、N 和O 三点，则该点电荷在M 点时的电势能最大 C ．若将一个带电荷量为－q 的点电荷从M 点移到O 点，则电势能减少 D ．若将一个带电荷量为－q 的点电荷从N 点移到O 点，则电势能增加 B 根据等量同种正电荷形成的电场在点电荷连线和中垂线上的电场强度和电势的特点可判定A 错；M 、N 、O 三点电势大小的关系为φM >φO >φN ，可判定带正电的点电荷在M 点时的电势能最大，B 正确；从M 点到O 点，电势是降低的，故电场力对带电荷量为－q 的点电荷做负功，则电势能增加， C 错；从N 点到O 点，电势是升高的，故电场力对带电荷量为－q 的点电荷做正功，则电势能减少， D 错． 3．(2020· 河北冀州2月模拟)我国位处北半球，某地区存在匀强电场E 和可看作匀强磁场的地磁场B ，电场与地磁场的方向相同，地磁场的竖直分量和水平分量分别竖直向下和水平指北，一带电小球以速度v 在此区域内沿垂直场强方向在水平面内做直线运动，忽略空气阻力，此地区的重力加速度为g ，则下列说法正确的是( ) A ．小球运动方向为自南向北 B ．小球可能带正电 C ．小球速度v 的大小为E B D ．小球的比荷为 g E 2 ＋ vB 2

2021-2022年高考物理二轮复习专题突破3电场和磁场第1讲电场和磁场的基本性质

2021年高考物理二轮复习专题突破3电场和磁场第1讲电场和磁场 的基本性质 1．(xx·全国卷Ⅰ，14)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 解析 由C ＝εr S 4πkd 可知，当云母介质移出时，εr 变小，电容器的电容C 变小；因为电容器接在恒压直流电源上，故U 不变，根据Q ＝CU 可知，当C 减小时，Q 减小。再由E ＝U d ，由于U 与d 都不变，故电场强度E 不变，选项D 正确。 答案 D 2．(xx ·全国卷Ⅲ，15)关于静电场的等势面，下列说法正确的是( ) A ．两个电势不同的等势面可能相交 B ．电场线与等势面处处相互垂直 C ．同一等势面上各点电场强度一定相等 D ．将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做正功 解析 若两个不同的等势面相交，则在交点处存在两个不同电势数值，与事实不符，A

错；电场线一定与等势面垂直，B 对；同一等势面上的电势相同，但电场强度不一定相同，C 错；将一负电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做负功，故D 错。 答案 B 3．(xx·全国卷Ⅱ，15)如图1，P 是固定的点电荷，虚线是以P 为圆心的两个圆。带电粒子Q 在P 的电场中运动，运动轨迹与两圆在同一平面内，a 、b 、c 为轨迹上的三个点。若Q 仅受P 的电场力作用，其在a 、b 、c 点的加速度大小分别为a a 、a b 、a c ，速度大小分别为v a 、v b 、v c ，则( ) 图1 A ．a a >a b >a c ，v a >v c >v b B ．a a >a b >a c ，v b >v c >v a C ．a b >a c >a a ，v b >v c >v a D ．a b >a c >a a ，v a >v c >v b 解析 由库仑定律F ＝kq 1q 2r 2 可知，粒子在a 、b 、c 三点受到的电场力的大小关系为F b >F c >F a ，由a ＝F m 可知a b >a c >a a 。根据粒子的轨迹可知，粒子Q 与场源电荷P 的电性相同，二者之间存在斥力，由c →b →a 整个过程中，电场力先做负功再做正功，且W ba >|W cb |，结合动能定理可知，v a >v c >v b ，故选项D 正确。 答案 D 4．(xx·全国卷Ⅱ，14)如图2，两平行的带电金属板水平放置。若在两板中间a 点从静止释放一带电微粒，微粒恰好保持静止状态，现将两板绕过a 点的轴(垂直于纸面)逆时

电磁场与电磁(第三版)课后答案第3章

第三章习题解答 3.1 真空中半径为a 的一个球面，球的两极点处分别设置点电荷q 和q -，试计算球赤道平面上电通密度的通量Φ(如题3.1图所示)。 解 由点电荷q 和q -共同产生的电通密度为 33[]4q R R π+- +- = -=R R D 22322232 () (){}4[()][()]r z r z r z a r z a q r z a r z a π+-++-+-++e e e e 则球赤道平面上电通密度的通量 d d z z S S S Φ====??D S D e 22322232 ()[]2d 4()()a q a a r r r a r a ππ--=++? 2212 01)0.293()a qa q q r a =-=-+ 3.2 1911年卢瑟福在实验中使用的是半径为a r 的球体原子模型，其球体内均匀分布有总电荷量为Ze -的电子云，在球心有一正电荷Ze （Z 是原子序数，e 是质子电荷量），通 过实验得到球体内的电通量密度表达式为02314r a Ze r r r π?? =- ??? D e ，试证明之。 解 位于球心的正电荷Ze 球体内产生的电通量密度为 12 4r Ze r π=D e 原子内电子云的电荷体密度为 33 3434a a Ze Ze r r ρππ=- =- 电子云在原子内产生的电通量密度则为 3223 4344r r a r Ze r r r ρπππ==-D e e 故原子内总的电通量密度为 122314r a Ze r r r π??=+=- ???D D D e 3.3 电荷均匀分布于两圆柱面间的区域中，体密度为30C m ρ, 两 圆柱面半径分别为a 和b ，轴线相距为c )(a b c -<，如题3.3图()a 所示。求空间各部分 的电场。 解 由于两圆柱面间的电荷不是轴对称分布，不能直接用高斯定律求解。但可把半径为 a 的小圆柱面内看作同时具有体密度分别为0ρ±的两种电荷分布，这样在半径为 b 的整个圆 柱体内具有体密度为0ρ的均匀电荷分布，而在半径为a 的整个圆柱体内则具有体密度为 0ρ-的均匀电荷分布，如题3.3图()b 所示。空间任一点的电场是这两种电荷所产生的电场 的叠加。 在b r >区域中，由高斯定律 d S q ε= ? E S ，可求得大、小圆柱中的正、负电荷在点P 产生的电场分别为 2200120022r b b r r πρρπεε==r E e 220012 0022r a a r r πρρπεε' -''==-''r E e 题3.1 图 题3. 3图( )a

高考物理专题复习(教案+学案+考案)专题五 电场和磁场

专题五 电场和磁场 一 教案 一． 专题要点 第一部分：场的基本性质 1. 库仑定律：在真空中静止的两个点电荷之间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们之间的距离的平方成反比，作用力的方向在他们的连线上 即叫静电力常量）式中,/100.9(2 292 21C m N k r Q Q k F ??==，适用条件：真空中的点电荷（如果带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体的形状对相互作用力的影响可忽略不计，这样的带电体可以看成点电荷） 2.电场的最基本性质：对放入其中的电荷有力的作用。电场强度E 是描述电场的力的性质的物理量。 3. 电场强度的三种表达方式的比较 定义式 决定式 关系式 表达式 q F E /= 2/r kQ E = d U E /= 适用 范围 任何电场 真空中的点电荷 匀强电场 说明 E 的大小和方向与检验电荷 的电荷量以及电性以及存在与否无关 Q ：场源电荷的电荷量 r:研究点到场源电荷的距离 U:电场中两点的电势差 d ：两点沿电场线方向的距离 4. 叠加性：多个电荷在电场中某点的电场强度为各个电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和，这种关系叫做电场强度的叠加，电场强度的叠加尊从平行四边形定则。 5. 磁场和电场一样，也是一种特殊物质。磁体的周围，电流的周围，变化的电场存在磁场。 6.带电粒子在磁场中的受力情况：磁场对运动电荷有力的作用，对静止电荷没有力的作用。磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力洛伦兹力的大小和方向：其大小为 的夹角。与为，B v Bqv F θθsin =F 的方向依然用左手定则判定，但四指的指向应为正电 荷运动的方向或与负电荷定向运动的方向相反。

黄冈中学第二轮复习专题三电场和磁场

黄冈中学第二轮复习 专题三电场和磁场 【方法归纳】 一、场强、电势的概念 1、电场强度E ①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。 ②数学表达式：，单位： ③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 ④场强的三个表达式 ⑤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。 Ⅰ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。 Ⅱ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较近的点的场强比距这个点电荷Q较远的点的场强大。 Ⅲ匀强电场场强处处相等 Ⅳ等势面密集处场强大，等势面稀疏处场强小 2、电势、电势差和电势能 ①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。 电势差：电荷在电场中由一点A移到另一点B时，电场力做功与电荷电量q的比值，称为AB两点间的电势差，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。 ②定义式：或，单位：V 单位：J ③说明：Ⅰ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。 Ⅱ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。 Ⅲ电势是描述电场能的物理量，

利与弊的电磁场解读

电磁场的利与弊 摘要：随着科学技术和理论的发展，电磁场的应用更加普遍。然而在利用电磁场为我们服务的时候，电磁场同时也给我们带来很多危害。 关键词：电磁场电磁辐射电磁波危害利用 电场和磁场的传播过程生成一个作用力场，这个作用力场就叫做电磁场，而这样的传播过程就叫做电磁辐射。如手机、电话机、输配电线等都有电流，有电流肯定就存在辐射的问题。所以在我们应用电磁场就会带来电磁辐射和电磁波，这就带来危害。 二十世纪被誉为电气时代，发电站、输电线越建越多，各种各样的电器大量深入工厂、实验室、办公室以及普通居民家庭。人们不得不考虑：电磁场，特别是（50~60赫）工业频率的电磁场对人体健康是否有影响？1960年代初，有关专家们开始研讨这个问题。起初，专家们的注国家的有关卫生保健标准中只规定工业频率电磁场中可以容许的电场分量意力全部集中于电场的作用而忽略了磁场的作用。因为当时人们误以为这种电磁场中的磁场分量很小，它不可能对人体健康产生可以感觉出来的影响。许多的标准；在制造各种电气设备和电器以及架设输电线时，只考虑对电场分量规定的标准，而没有考虑对磁场分量可以容许的最高限额。但后来进行大量的调查与统计分析却表明，可能影响人体健康的正是我们没有考虑的磁场。 欧美各国进行了大量调查与统计分析，每次调查的规模大小不

等，一次被调查者的数量有数千人，数万人、数十万人甚至数百万人。调查地点有在野外的，例如，在输电线附近、变电站附近、地铁站、电气火车内；或在工厂厂房、实验室、办公室以及居民家庭。调查跨越的时间有长达十多年甚至数十年的。大量调查结果令人确信，人体发生多种肿瘤病变的概率与所受到的低频磁场辐射密切相关。欧美许多国家的专家和一些政府机构确信，低频磁场会显著增大下列疾病的发生率：白血球增生与白血病（特别是对儿童危害更大），癌症，新生儿形体缺陷，乳腺癌，脑瘤，恶性淋巴瘤，神经系统肿瘤，星形细胞的发展，慢性骨髓细胞样的白血病，染色体畸变等。有些报告还指出，在电磁场作用下某种激素的分泌减少，还可能是引起乳腺肿瘤发展的原因。某些调查报告还指出，经常接触电磁辐射的人，若再受到高温作用，则他们体内发生乳腺癌变的危险就更大。不少调查报告指出，从事"电气职业"者、儿童以及不适当使用家庭电器者（常玩视频游戏的儿童，常使用电热毯和其他电加热器的妇女与儿童等）受低频磁场损害的危险较大。低频磁场辐照的强度和累积量就都会影响致病的概率。并且，有些人是在潜伏期长达10~15年以后才发病的。国际卫生标准中规定，可以容许的磁感应强度上限为100微特斯拉。但大量调查、统计分析的结果表明，0.2~0.4微特斯拉的250~500倍！英国国家辐射保护委员会和美国一些专家们已于1995年提出，把国际卫生标准中规定的标准（100微特斯拉）修改为0.2微特斯拉。总之，许多迹象都使研究人员强烈地怀疑低频磁场的辐射对人体健康会产生严重后果，但人们目前的知识水平又不足以对此作用充分

高中物理专题：电场磁场与复合场

电场、磁场及复合场 【典型例题】 1．空间存在相互垂直的匀强电场E 和匀强磁场B ，其方向如图所示．一带电粒子+q 以初速度v 0垂直 于电场和磁场射入，则粒子在场中的运动情况可能是 （ ） A ．沿初速度方向做匀速运动 B ．在纸平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动 C ．在纸平面内做轨迹向下弯曲的匀变速曲线运动 D ．初始一段在纸平面内做轨迹向下（向上）弯曲的非匀变速曲线运动 2．如图所示空间存在着竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，一带电液滴从静止开始自A 沿曲线ACB 运动到B 点时，速度为零，C 是轨迹的最低点，以下说法中正确的是 （ ） A ．液滴带负电 B ．滴在C 点动能最大 C ．若液滴所受空气阻力不计，则机械能守恒 D ．液滴在C 点机械能最大 3．如图所示，一个带正电的滑环套在水平且足够长的粗糙绝缘杆上，整个装置处在与杆垂直的水平方向的匀强磁场中，现给滑环以水平向右的瞬时冲量，使滑环获得向右的初速，滑环在杆上的运动情况可能是 （ ） A ．始终作匀速运动 B ．先作加速运动，后作匀速运动 C ．先作减速运动，后作匀速运动 D ．先作减速运动，最后静止在杆上 4．如图所示，质量为m 、带电量为+q 的带电粒子，以初速度v 0垂直进入相互正交的匀强电场E 和匀 强磁场B 中，从P 点离开该区域，此时侧向位移为s （重力不计），则 （ ） A ．粒子在P 点所受的磁场力可能比电场力大 B ．粒子的加速度为(qE – qv 0B )/m C ．粒子在P 点的速率为m qsE v 220 D ．粒子在P 点的动能为mv 02 /2 – qsE 5．如图所示，质量为m ，电量为q 的正电物体，在磁感强度为B 、方向垂 直纸面向里的匀强磁场中，沿动摩擦因数为μ的水平面向左运动，物体运动初速度为v ，则 （ ） A ．物体的运动由v 减小到零所用的时间等于mv /μ（mg+qvB ） B ．物体的运动由v 减小到零所用的时间小于mv /μ（mg+qvB ） C ．若另加一个电场强度为μ（mg+qvB ）/q 、方向水平向左的匀强电场，物体做匀速运动 D ．若另加一个电场强度为（mg+qvB ）/q 、方向竖直向上的匀强电场，物体做匀速运动 6．如图所示，磁感强度为B 的匀强磁场，在竖直平面内匀速平移时，质量为m ，带电– q 的小球，用线悬挂着，静止在悬线与竖直方向成30°角的位置，则磁场的最小移动速度为 ． 7．如图所示，质量为1g 的小环带4×10-4 C 正电，套在长直的绝缘杆上，两者间的动摩擦 因数μ = 0.2，将杆放入都是水平的互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，杆所在的竖 直平面与磁场垂直，杆与电场夹角为37°，若E = 10N/C ，B = 0.5T ，小环从静止释放，求： ⑴ 当小环加速度最大时，环的速度和加速度； ⑵ 当小环速度最大时，环的速度和加速度． 8．如图所示，半径为R 的光滑绝缘竖直环上，套有一电量为q 的带正电的小球，在水平正交的匀强电场和匀强磁场中，已知小球所受的电场力与重力的大小相等．磁场的磁感强度为B ，求： ⑴ 在环顶端处无初速释放小球，小球运动过程中所受的最大磁场力； ⑵ 若要小球能在竖直圆环上做完整的圆周运动，在顶端释放时初速必须满足什么条件？ 9．如图所示，匀强磁场沿水平方向，垂直纸面向里，磁感强度B =1T ，匀强电场方向水平向右，场强E = 103N/C ．一带正电的微粒质量m = 2×10-6kg ，电量q = 2×10-6 C ，在此空间恰好作直线运动，问： ⑴ 带电微粒运动速度的大小和方向怎样？ ⑵ 若微粒运动到P 点的时刻，突然将磁场撤去，那么经多少时间微粒到达Q 点？（设PQ 连线与电场方向平行） 10．如图所示，两块平行放置的金属板，上板带正电，下板带等量负电．在两板间有一垂直纸面向里 的匀强磁场．一电子从两板左侧以速度v 0沿金属板方向射入，当两板间磁场的磁感强度为B 1时，电子从a 点射出两板，射出时的速度为2v 0．当两板间磁场的磁感强度为B 2时，电子从b 点射出时的侧移量仅为从a 点射出时侧移量的1/4，求电子从b 点射出的速率． 11．如图所示，在一个同时存在匀强磁场和匀强电场的空间，有一个质量为m 的带电微粒，系于长为 l 的细丝线的一端，细丝线另一端固定于O 点．带电微粒以角速度ω在水平面内作匀速圆周运动，此时细线与竖直方向成30°角，且细线中张力为零，电场强度为E ，方向竖直向上． ⑴ 求微粒所带电荷的种类和电量； ⑵ 问空间的磁场方向和磁感强度B 的大小多大？ ⑶ 如突然撤去磁场，则带电粒子将作怎样的运动？线中的张力是多大？

(完整版)高中高考物理专题复习专题4电场、磁场和能量转化

考点4 电场、磁场和能量转化 山东 贾玉兵 命题趋势 电场、磁场和能量的转化是中学物理重点内容之一，分析近十年来高考物理试卷可知，这部分知识在高考试题中的比例约占13%，几乎年年都考，从考试题型上看，既有选择题和填空题，也有实验题和计算题；从试题的难度上看，多属于中等难度和较难的题，特别是只要有计算题出现就一定是难度较大的综合题；由于高考的命题指导思想已把对能力的考查放在首位，因而在试题的选材、条件设置等方面都会有新的变化，将本学科知识与社会生活、生产实际和科学技术相联系的试题将会越来越多，而这块内容不仅可以考查多学科知识的综合运用，更是对学生实际应用知识能力的考查，因此在复习中应引起足够重视。 知识概要 能量及其相互转化是贯穿整个高中物理的一条主线，在电场、磁场中，也是分析解决问题的重要物理原理。在电场、磁场的问题中，既会涉及其他领域中的功和能，又会涉及电场、磁场本身的功和能，相关知识如下表： 如果带电粒子仅受电场力和磁场力作用，则运动过程中，带电粒子的动能和电势能之间相互转化，总量守恒；如果带电粒子受电场力、磁场力之外，还受重力、弹簧弹力等，但没有摩擦力做功，带电粒子的电势能和机械能的总量守恒；更为一般的情况，除了电场力做功外，还有重力、摩擦力等做功，如选用动能定理，则要分清有哪些力做功？做的是正功还是负功？是恒力功还是变力功？还要确定初态动能和末态动能；如选用能量守恒定律，则要分清有哪种形式的能在增加，那种形式的能在减少？发生了怎样的能量转化？能量守恒的表达式可以是：①初态和末态的总能量相等，即E 初=E 末；②某些形势的能量的减少量等于其他形式的能量的增加量，即ΔE 减=ΔE 增；③各种形式的能量的增量（ΔE =E 末-E 初）的代数和为零，即ΔE 1+ΔE 2+…ΔE n =0。 电、磁场中的功和能 电场中的 功和能 电势能 由电荷间的相对位置决定，数值具有相对性，常取无限远处或大地为电势能的零点。重要的不是电势能的值，是其变化量 电场力的功 与路径无关，仅与电荷移动的始末位置有关：W =qU 电场力的功和电势能的变化 电场力做正功 电势能 → 其他能 电场力做负功 其他能 → 电势能 转化 转化 磁场中的 功和能 洛伦兹力不做功 安培力的功 做正功：电能 → 机械能，如电动机 做负功：机械能 → 电能，如发电机 转化 转化

第二轮专题三：电场和磁场

物理第二轮复习 专题三：电场和磁场
一、知识网络
1．带电粒子在电场、磁场中的运动可分为下列几种情况：
带电粒子 在电场中 的运动
直线运动：如用电场加速或减速粒子 偏转：类似平抛运动，一般分解成两个分运动求解 圆周运动：以点电荷为圆心运动或受装置约束运动
带电粒子在 电场磁场中 的运动
带电粒子 在磁场中 的运动
带电粒子 在复合场 中的运动
直线运动（当带电粒子的速度与磁场平行时）
圆周运动（当带电粒子的速度与磁场垂直时）
半径公式： R mv
2m 周期公式：T
qB
qB
直线运动：垂直运动方向的力必定平衡
圆周运动：重力与电场力一定平衡，由洛伦兹力提 供向心力
一般的曲线运动
.带电粒子在匀强电场、匀强磁场中运动的比较
在场强为E的匀强电场中
在磁感应强度为B的匀强磁场中
初速度为零
做初速度为零的匀加速直线运动
保持静止
初速度∥场线 做匀变速直线运动
做匀速直线运动
初速度⊥场线 做匀变速曲线运动(类平抛运动)
做匀速圆周运动
共同规律
受恒力作用，做匀变速运动
洛伦兹力不做功，动能不变
(1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动。这类题的解题关键是画出示意图。
运动特点分析：在垂直电场方向做匀速直线运动 vx v0
x v0t
在平行电场方向，做初速度为零的匀加速直线运动 v y at
y 1 at 2 2
a Eq Uq 通过电场区的时间： t L
UqL2 粒子通过电场区的侧移距离： y
m dm
v0
2mdv02
粒子通过电场区偏转角： tg UqL
mdv
2 0
带电粒子从极板的中线射入匀强电场，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： y L tg 2
(2) 不计重力的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。这类题的解题关键是画好示意图， 画示意图的要点是找圆心、找半径和用对称。在画图的基础上特别注意使用几何知识寻找关系。
用几何知识确定圆心并求半径：画出粒子运动轨迹中任意两点(大多是射入点和出射点)的 F 或半径方向，其延长线的交点即为圆心，再用几何知识求其半径与弦长的关系；确定轨迹所 对的圆心角，求运动时间：先利用圆心角与弦切角的关系，或者是四边形内角和等于 360°(或 2)计算出圆心角 的大小，再由公式 t=T/3600(或 T/2)可求出运动时间。
向心力公式： Bqv m v 2 运动轨道半径公式： R mv ； 运动周期公式：T 2m
R
Bq
Bq
T 或 f 、 的两个特点：T、 f 和 的大小与轨道半径（R）和运行速率（ v ）无关，只与磁场的磁感
q
应强度（B）和粒子的荷质比（ ）相关。
m
(3)处理带电粒子在场中的运动问题应注意是否考虑带电粒子的重力。这要依据具体情况而 定，质子、α粒子、离子等微观粒子，一般不考虑重力；液滴、尘埃、小球等宏观带电粒子由
题设条件决定，一般把装置在空间的方位介绍的很明确的，都应考虑重力，有时还应根据题目

2019届高考物理专题三电场和磁场18年真题汇编

考点十一 磁场 1.(2018·全国卷II ·T20)如图，纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L 1、L 2，L 1中的电流方向向左，L 2中的电流方向向上；L 1的正上方有a 、b 两点，它们相对于L 2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B 0，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13B 0和1 2 B 0，方向也垂直于纸面向外。则( ) A.流经L 1的电流在b 点产生的磁感应强度大小为 0127 B B.流经L 1的电流在a 点产生的磁感应强度大小为0121 B C.流经L 2的电流在b 点产生的磁感应强度大小为01 12B D.流经L 2的电流在a 点产生的磁感应强度大小为07 12 B 【命题意图】本题意在考查右手螺旋定则的应用和磁场叠加的规律。 【解析】选A 、C 。设L 1在a 、b 两点产生的磁感应强度大小为B 1，设L 2在a 、b 两点产生的磁感应强度大小为B 2，根据右手螺旋定则，结合题意B 0-(B 1+B 2)=13B 0，B 0+B 2-B 1=1 2 B 0， 联立可得B 1= 712B 0，B 2=1 12 B 0，选项A 、 C 正确。 2.(2018·北京高考·T6)某空间存在匀强磁场和匀强电场。一个带电粒子(不计重力)以一定 初速度射入该空间后，做匀速直线运动；若仅撤除电场，则该粒子做匀速圆周运动，下列因素与完成上述两类运动无关的是 ( ) A.磁场和电场的方向 B.磁场和电场的强弱 C.粒子的电性和电量 D.粒子入射时的速度 【解析】选C 。由题可知，当带电粒子在复合场内做匀速直线运动，即Eq=qvB ，则v= E B ，若仅撤除电场，粒子仅在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，说明要满足题意，对磁场与电场的方向以及强弱程度都要有要求，但是对电性和电量无要求，根据F=qvB 可知，洛伦兹力的方向与速度方向有关，故对入射时的速度也有要求，故选C 。 3.(2018·全国卷I ·T25) 如图，在y>0的区域存在方向沿y 轴负方向的匀强电场，场强大小为E ；在y<0的区域存在方向垂直于xOy 平面向外的匀强磁场。一个氕核11H 和一个氘核21H 先后从y 轴上y=h 点以相同的动能射出，速度方向沿x 轴正方向。已知11H 进入磁场时，速度方向与x 轴正方向的夹角为60°，并从坐标原点O 处第一次射出磁场。11H 的质量为m ，电荷量为q 。不计重力。求

高考物理热门考点聚焦专题4电场、磁场和能量转化

考点4 电场、磁场和能量转化 命题趋势 电场、磁场和能量的转化是中学物理重点内容之一，分析近十年来高考物理试卷可知，这部分知识在高考试题中的比例约占13%，几乎年年都考，从考试题型上看，既有选择题和填空题，也有实验题和计算题；从试题的难度上看，多属于中等难度和较难的题，特别是只要有计算题出现就一定是难度较大的综合题；由于高考的命题指导思想已把对能力的考查放在首位，因而在试题的选材、条件设置等方面都会有新的变化，将本学科知识与社会生活、生产实际和科学技术相联系的试题将会越来越多，而这块内容不仅可以考查多学科知识的综合运用，更是对学生实际应用知识能力的考查，因此在复习中应引起足够重视。 知识概要 能量及其相互转化是贯穿整个高中物理的一条主线，在电场、磁场中，也是分析解决问题的重要物理原理。在电场、磁场的问题中，既会涉及其他领域中的功和能，又会涉及电场、磁场本身的功和能，相关知识如下表： 如果带电粒子仅受电场力和磁场力作用，则运动过程中，带电粒子的动能和电势能之间相互转化，总量守恒；如果带电粒子受电场力、磁场力之外，还受重力、弹簧弹力等，但没有摩擦力做功，带电粒子的电势能和机械能的总量守恒；更为一般的情况，除了电场力做功外，还有重力、摩擦力等做功，如选用动能定理，则要分清有哪些力做功？做的是正功还是负功？是恒力功还是变力功？还要确定初态动能和末态动能；如选用能量守恒定律，则要分清有哪种形式的能在增加，那种形式的能在减少？发生了怎样的能量转化？能量守恒的表达式可以是：①初态和末态的总能量相等，即E 初=E 末；②某些形势的能量的减少量等于其他形式的能量的增加量，即ΔE 减=ΔE 增；③各种形式的能量的增量（ΔE =E 末-E 初）的代数和为零，即ΔE 1+ΔE 2+…ΔE n =0。 电磁感应现象中，其他能向电能转化是通过安培力的功来量度的，感应电流在磁场中受到的安培力作了多少功就有多少电能产生，而这些电能又通过电流做功转变成其他能，如电阻上产生的内能、电动机产生的机械能等。从能量的角度看，楞次定律就是能量转化和守恒定律在电磁感应现象中的具体表现。电磁感应过程往往涉及多种能量形势的转化，因此从功和能的观点入手，分析清楚能量转化的关系，往往是解决电磁感应问题的重要途径；在运用功能关系解决问题时，应注意能量转化的来龙去脉，顺着受力分析、做功分析、能量分析的思路严格进行，并注意功和能的对应关系。 电、磁场中的功和能 电场中的 功和能 电势能 由电荷间的相对位置决定，数值具有相对性，常取无限远处或大地为电势能的零点。重要的不是电势能的值，是其变化量 电场力的功 与路径无关，仅与电荷移动的始末位置有关：W =qU 电场力的功和电势能的变化 电场力做正功 电势能 → 其他能 电场力做负功 其他能 → 电势能 转化 转化 磁场中的 功和能 洛伦兹力不做功 安培力的功 做正功：电能 → 机械能，如电动机 做负功：机械能 → 电能，如发电机 转化 转化

2019届高考物理复习专题五电场与磁场第2讲磁场及带电粒子在磁场中的运动限时检测

第2讲磁场及带电粒子在磁场中的运动 一、选择题(本大题共8小题,每小题8分,共64分.第1～5题只有一项符合题目要求,第6～8题有多项符合题目要求) 1.(2018·北京卷,18)某空间存在匀强磁场和匀强电场.一个带电粒子(不计重力)以一定初速度射入该空间后,做匀速直线运动;若仅撤除电场,则该粒子做匀速圆周运动.下列因素与完成上述两类运动无关的是( C ) A.磁场和电场的方向 B.磁场和电场的强弱 C.粒子的电性和电量 D.粒子入射时的速度 解析:在匀强磁场和匀强电场的叠加区域内,带电粒子做匀速直线运动,则速度方向与电场方 向和磁场方向均垂直,qvB=qE,故v=.因此粒子是否做匀速直线运动,与粒子的电性、电量均 无关.而与磁场和电场的方向、强弱及速度大小均有关.撤去电场时,粒子速度方向仍与磁场垂直,满足做匀速圆周运动的条件,选项C正确. 2.(2018·江西高三毕业班质检)如图所示的虚线区域内,充满垂直纸面向内的匀强磁场和竖直向上的匀强电场,一带电颗粒A以一定初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域,恰好沿水平直线从区域右边界O′点穿出,射出时速度的大小为v A,若仅撤去磁场,其他条件不变,另一个相同的颗粒B仍以相同的速度由O点射入并从区域右边界穿出,射出时速度的大小为v B,则颗粒B( D ) A.穿出位置一定在O′点上方,v Bv A C.穿出位置一定在O′点下方,v Bv A 解析:设带电颗粒从O位置飞入的速度为v0,若带电颗粒A带负电,其电场力、重力、洛伦兹力均向下,与运动方向垂直,不可能做直线运动.颗粒A一定为正电荷,且满足mg=Eq+Bqv0,出射速度v A=v0.若仅撤去磁场,由于mg>Eq,带电颗粒B向下偏转,穿出位置一定在O′点下方,合力对其做正功,出射速度v B>v A,D正确. 3.(2018·河南二模)如图所示,直线MN与水平方向成θ=30°角,MN的右上方区域存在磁感应强度大小为B、方向水平向外的匀强磁场,MN的左下方区域存在磁感应强度大小为2B、方向水平向里的匀强磁场,MN与两磁场均垂直.一粒子源位于MN上的a点,能水平向右发射不同速率、质量为m、电荷量为q(q>0)的同种粒子(粒子重力不计),所有粒子均能通过MN上的b点.已知ab=L,MN两侧磁场区域均足够大,则粒子的速率可能是( B )

高三物理二轮复习专题4电场和磁场第2讲

专题四 第二讲 一、选择题(1～6题只有一个选项正确，7～10小题有多个选项正确) 1．(2014·新课标Ⅰ)关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是( ) A ．安培力的方向可以不垂直于直导线 B ．安培力的方向总是垂直于磁场的方向 C ．安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关 D ．将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半 [答案] B [解析] 该题考查通电导线在磁场中所受安培力的大小和方向。解题的关键是要理解楞次定律和有效长度。安培力垂直于导线和磁场决定的方向，A 错B 对。由F ＝BIL sin θ可知，C 错。当导线从中间折成直角时，有效长度L 1＝ 2 2 L ，D 选项不正确。本题容易出错的是D 选项。没有掌握有效长度与原长度的关系。有效长度是连接初、末位置线段的长度。 2．(2014·长春模拟)如图所示，现有四条完全相同的垂直于纸面放置的长直导线，横截面分别位于一正方形abcd 的四个顶点上，直导线分别通有方向垂直于纸面向里、大小分别为I a ＝I ，I b ＝2I ，I c ＝3I ，I d ＝4I 的恒定电流。已知通电长直导线周围距离为r 处磁场的磁感应强度大小为B ＝k I r ，式中常量k >0，I 为电流强度。忽略电流间的相互作用，若电流I a 在 正方形的几何中心O 点处产生的磁感应强度大小为B ，则O 点处实际的磁感应强度的大小及方向为( ) A ．22 B ，方向由O 点指向ad 中点 B ．22B ，方向由O 点指向ab 中点 C ．10B ，方向垂直于纸面向里 D ．10B ，方向垂直于纸面向外 [答案] A [解析] 由题意，直导线周围某点的磁感应强度与电流强度成正比，与距直导线距离成反比。应用安培定则并结合平行四边形定则，可知A 选项正确。 3．(2014·乌鲁木齐模拟)如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小为B ，方向垂直纸面向里。长度为L 的导体中通有恒定电流，电流大小为I 。当导体垂直于磁场方向放置时，导体受到的安培力大小为BIL 。若将导体在纸面内顺时针转过30°角，导体受到的安培力大小为( ) A ．BIL 2 B ．BIL

带电粒子在电场和磁场中偏转的区别解读

解题思路：带电粒子垂直射入电场作类平抛运动，须用运动的分解处理 带电粒子垂直射入磁场作匀速圆周运动，须利用几何关系求解。 例1．如图所示，在宽L 的范围内有方向如图的匀强电场，场强为E ，一带电粒子以速度V 垂直于电场方向、也垂直于场区边界射入电场，不计重力，射出场区时，粒子速度方向偏转了θ角，去掉电场，改换成方向垂直纸面向外的匀强磁场，此粒子若原样射入磁场，它从场区的另一侧射出时，也偏转了θ角，求此磁场的磁感应强度B ？ 练习1．如图所示，abcd 是一个正方形的盒子，在ab 边的中点有一小孔e ，盒子中存在着沿ad 方向的匀强电场，场强大小为E ．一粒子源不断地从a 处的小孔沿ab 方向向盒内发射相同的带电粒子，粒子的初速度为V0，经电场作用后恰好从e 处的小孔射出．现撤去电场，在盒子中加一方向垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度大小为B （图中未画出），粒子仍恰好从e 孔射出．（带电粒子的重力和粒子之间的相互作用力均可忽略） （1）判断所加的磁场方向． （2）求分别加电场和磁场时，粒子从e 孔射出时的速率。 （3）求电场强度E 与磁感应强度B 的比值．

例题2、某空间存在着一个变化的电场和另一个变化的磁场, 电场方向向右(即图(a)中由B 到C 的方向), 电场大小变化如图(b)中 E — t 图象, 磁感应强度变化如B —t 图象。在A 点，从t=1s （即1s 末）开始每隔2s 有一相同的带电粒子（不计重力）沿AB 方向（垂直于BC ）以速度v 射出，恰能击中C 点，若AC=2BC 且粒子在AC 间的运动的时间小于1s 。求： (1)图线中E 0、B 0的比值。 (2)磁场方向 (3)若第一个粒子击中C 点的时刻已知为（1+△t ）s ，那 么第二个粒子击中C 点的时刻是多少？ 励志格言：不要等待机会，而要创造机会。

高三物理第二轮复习专题四电场和磁场

专题四 电场和磁场 一、电场和磁场中的带电粒子 1、知识网络 2、方法点拨： 分析带电粒子在电场、磁场中运动，主要是两条线索： （1）力和运动的关系。根据带电粒子所受的力，运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解。 （2）功能关系。根据场力及其它外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系，从而可确定带电粒子的运动情况，这条线索不但适用于均匀场，也适用于非均匀场。因此要熟悉各种力做功的特点。 处理带电粒子在场中的运动问题应注意是否考虑带电粒子的重力。这要依据具体情况而定，质子、α粒子、离子等微观粒子，一般不考虑重力；液滴、尘埃、小球等宏观带电粒子由题设条件决定，一般把装置在空间的方位介绍的很明确的，都应考虑重力，有时还应根据题目的隐含条件来判断。 处理带电粒子在电场、磁场中的运动，还应画好示意图，在画图的基础上特别注意运用几何知识寻找关系。 3、典型例题 【例题1】如图1所示，图中虚线MN 是一垂直纸面的平面与纸面的交线，在平面右侧的半空间存在一磁感应强度为B 的匀强磁场，方向垂直纸面向外。O 是MN 上的一点，从O 点可以向磁场区域发射电量为+q 、质量为m 、速率为v 的粒子，粒子射入磁场时的速度可在纸面内各个方向。已知先后射入的两个粒子恰好在磁场中给定的P 点相遇，P 到O 的距离为L ，不计重力及粒子间的相互作用。 （1）求所考察的粒子在磁场中的轨道半径； （2）求这两个粒子从O 点射入磁场的时间间隔。 半径公式： qB mv R = 周期公式： qB m T π2= 带电粒子在电场磁场中的运动 带电粒子在电场中的运动 带电粒子在磁场中的运动 带电粒子在复合场中的运动 直线运动：如用电场加速或减速粒子 偏转：类似平抛运动，一般分解成两个分运动求解 圆周运动：以点电荷为圆心运动或受装置约束运动 直线运动（当带电粒子的速度与磁场平行时） 圆周运动（当带电粒子的速度与磁场垂直时） 直线运动：垂直运动方向的力必定平衡 圆周运动：重力与电场力一定平衡，由洛伦兹力提 供向心力 一般的曲线运动

第7讲电场和磁场的基本性质

第7讲 电场和磁场的基本性质 1.电场强度的三个公式 2.电场能的性质 (1)电势与电势能：φ＝E p q ，E p ＝qφ。 (2)电势差与电场力做功：U AB ＝W AB q ＝φA －φB 。 (3)电场力做功与电势能的变化：W ＝－ΔE p 。 3.等势面与电场线的关系 (1)电场线总是与等势面垂直，且由电势高的等势面指向电势低的等势面。 (2)电场线越密的地方，等差等势面也越密。 (3)沿等势面移动电荷，电场力不做功，沿电场线移动电荷，电场力一定做功。 4.控制变量法分析电容器动态变化问题 (1)电容器始终和电源连接，U 不变：C ＝εr S 4k πd ∝εr S d ，Q ＝CU ＝εr SU 4k πd ∝εr S d ，E ＝U d ∝1 d 。 (2)电容器充电后与电源断开，Q 不变：C ＝εr S 4k πd ∝εr S d ，U ＝Q C ＝4k πdQ εr S ∝d εr S ，E ＝U d ＝Q Cd ＝4k πQ εr S ∝1εr S 。 5.磁场对电流的作用力—安培力大小：F ＝IlB 方向：左手定则 6.磁场对运动电荷的作用 (1)磁场只对运动电荷有力的作用，对静止的电荷无力的作用。磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力。 (2)洛伦兹力的大小和方向：其大小为F ＝q v B ，F 的方向由左手定则判断。 备考策略 1.掌握电场的“3个要点” (1)掌握几种常见电场的电场线、等势面的分布特点。 (2)掌握判断电势能的大小和电势的高低的方法。 (3)掌握等势面特点和电场强度与电势关系：等势面与电场线垂直；等势面越密，电场强度越大；电场强度方向就是电势降低最快的方向。 2.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。 3.必须辨明的“6个易错易混点” (1)在电场强度定义式E ＝F q 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； (3)不能随意忽略带电体的重力； (4)电场强度和电势、电势能的大小没有直接联系； (5)公式B ＝F IL 中的B 与F 及IL 无关； (6)判断洛伦兹力方向时要注意粒子的电性。 考点1 电场的基本性质 1. (多选)(2017·全国卷Ⅰ，20)在一静止点电荷的电场中，任一点的电势φ与该点到点电荷的距离r 的关系如图所示。电场中四个点a 、b 、c 和d 的电场强度大小分别为E a 、E b 、E c 和E d 。点a 到点电荷的距离r a 与点a 的电势φa 已在图中用坐标(r a ，φa )标出，其余类推。现将一带正电的试探电荷由a 点依次经b 、c 点移动到d 点，在相邻两点间移动的过程中，电场力所做的功分别为W ab 、W bc 和W cd 。下列选项正确的是( ) A.E a ∶E b ＝4∶1 B.E c ∶E d ＝2∶1 C.W ab ∶W bc ＝3∶1 D.W bc ∶W cd ＝1∶3 2. (多选)(2017·天津理综，7)如图所示，在点电荷Q 产生的电场中，实线MN 是一条方向未标出的电场线，虚线AB 是一个电子只在静电力作用下的运动轨迹。设电子在A 、B 两点的加速度大小分别为a A 、a B ，电势能分别为E p A 、E p B 。下列说法正确的是( ) A.电子一定从A 向B 运动 B.若a A >a B ，则Q 靠近M 端且为正电荷 C.无论Q 为正电荷还是负电荷一定有E p A mg q C.油滴在M 点的电势能比它在N 点的大 D.M 点的电势比N 点的低