下载文档原格式
知识梳理一、电场的基本性质1．电场力的性质库仑定律：F=kQ1Q2/r2;电场力：F=qE..注意电场强度只与源处电荷有关;与检验电荷无关..电场线形象直观地反映电场的强弱与方向..疏密表示电场的强弱;而切线方向表示电场的方向..2．电场能的性质1电势与电势差：UAB=W/q;电势高低与零势点选择有关;但电势差与零势点选择无关..2电势的变化规律：沿着场线的方向;电势是逐渐降低的..3电场力做功特点：电场力做功与路径无关;只与初末位置有关..电场力做功;电势能减少；外力克服电场力做功;电势能增加..3．电容1两个公式：C=Q/U ;C= εrS/4πkd前者是定义式;后者是平行板电容器的决定式..2平行板内部电场是匀强电场..二、带电粒子在电场的特点1．平衡：与其它力一起参与力的合成;合力为零;则物体处于平衡状态..2．加速运动：初速度与电场平行时..3．偏转：初速度与电场垂直时..三、电流与电荷在磁场中受力及运动1．磁感应强度B=F/IL ;注意磁场产生的两种方式：磁铁产生与电流产生..2．磁场方向a．用小磁针N极受力方向判定..b．用右手法则判定电流产生的磁场..3．磁感应线;其为闭合的曲线;比较于电场线不同..4．安培力1公式：F=BIL..2方向：左手定则;注意将安培力比较于电场力：电荷只要放在电场中就一定受到电场力作用;而电流处于磁场中;受的安培力与放置位置有关;导线与磁场垂直时;安培力最大..5．洛仑兹力1公式：F=qvB;判定方向注意电荷正负..2特点：永不做功；电场力与洛仑兹力的大小与方向上的不同..命题预测考查电场力方向与电场方向关系;洛仑兹力的大小与速度的关系;安培力的大小与电流强度的关系;及这些力与其它力使物体平衡、作匀速直线运动;是命题热点..运用功能关系处理带电粒子在电场及磁场中速度大小问题;考查电场力做功与路径无关;及洛仑兹力不做功的特点;也是命题热点之一..地磁场是命题的一个热点;它涉及地理、生物、物理知识;还涉及学生空间想象能力..例题精析题型一电场、磁场的概念例1如果空间某一区域中存在有电场或磁场中的一种;则下列说法正确的是设放人的电荷质量很小A．如果存在的是电场;则在某处放入电荷;该电荷不一定会运动B．如果存在的是磁场;则放人电荷时;该电荷不会做圆周运动C．如果存在磁场;则放入通电直导体后;该直导体一定受到安培力的作用D．如果存在电场;在某处放入一电荷后经过一段时间后;该电荷的电势能会增加解析电场对电荷作用是没有条件的;而磁场对电荷或电流作用是有条件的;磁场只对运动电荷作用;且电荷速度方向不与磁场平行;而磁场对通电直导体的作用也是直导体不与磁场平行..答案B点评理解概念与公式定律;要充分理解其条件..题型二电场力、电场方向与平衡条件的应用例2如图7－1所示;带电量为q的小球质量为m;用一细线系在O点;整个放置在水平匀强电场中;静止时小球与竖直线的夹角为θ..下列说法正确的是A．小球带正电荷;电场强度大小是E=mgtanθ/qB．小球带正电荷;电场强度大小是 E=mgcosθ/qC．若细线断开;则小球作平抛运动D．以上说法都不对..解析因为小球平衡;所以球受的合力为零..小球受力分析如图7—2所示;电场力一定向右;所以小球带正电..列方程有：Tcosθ=mg;Tsinθ=qE所以E=mgtanθ/q答案A点评要会判定电场力与电场方向关系;会对物体进行受力分析;列出相应的平衡方程..题型三电场力做功与路径无关及洛仑兹力不做功;场力做功与电势能变化关系例3带电量为q的粒子;不计重力的作用;当它以初速度v分别自电场与磁场中的A点往宽度为L的电场与磁场中射入;最后都从相应高度的B 处射出..下列说法正确的是A．电荷从两个场中出来的速度大小一样大B．电荷在电场中出来时的速度要变大C．电荷在磁场中的运动轨迹是抛物线D．从A到B过程中;电场对电荷做功为qEL解析电荷在电场与磁场中都受到力的作用;电场力对电荷做功;洛仑兹力不做功;所以A错..由力可知;电场力对电荷做正功;且W=Fscosθ中..s是在力的方向的位移;应为h;根据动能定理;电荷的速度增大;所以B对D 错..电荷受洛仑兹力作用做圆周运动;不是平抛运动;C错..答案B点评掌握电场力与洛仑兹力的特点; 区分粒子在其中的运动轨迹的不同..题型四电场线、电场力做功与电势及电势能的变化例4在固定的等量异种电荷连线上;a点是连线的中点;如图7－5所示;静止a点的点电荷在电场力作用下向b点运动..在运动过程中;以下判定正确的是A．点电荷的速度越来越大B．点电荷的加速度不变C．点电荷的电势能越来越大D．点电荷通过的各点电势越来越高解析根据电场线的特点;沿电场线电势逐渐降低;所以D不正确..由于放入a处的电荷静止时从a运动到b;说明该电荷是正电荷;且电场力一直做正功;所以电势能减少;C不正确..根据动能定理;可知速度越来越大;所以A正确..加速度的大小由合外力决定;合外力F=qE;根据等量异种电荷的电场线特点;可知E是变化的;故B不正确..答案A点评要充分利用几种常见的电场线特点进行电势的分析;要运用动能定理判定粒子的速度变化;要学会根据运动状态的动态变化判定粒子的一些性质..摸拟操练1．如图7－6所示;在点电荷Q的电场中;已知a、b两点在同一等势面上;c、d两点在同一等势面上;无穷远处电势为零..甲、乙两个带粒子经过a点时动能相同; 甲粒子的运动轨迹为acb;乙粒子的运动轨迹为adb..判定错误的是A．甲粒子经过c点与乙粒子经过d点时的动能相等B．甲、乙两粒子带异种电荷C．甲粒子经过c点时的电势能小于乙粒子经过d点时的电势能D．两粒子经过b点时具有相同的动能2．在赤道上空;水平放置一根通以由西向东的电流的直导线;则此导线A．受到竖直向上的安培力B．受到竖直向下的安培力C．受到由南向北的安培力D．受到由西向东的安培力3．关于磁场和磁感线的描述;下列说法正确的是A．磁感线就是细铁屑连成的曲线B．磁感线可以形象地描述各点的磁场的强弱和方向;磁感线上每一点的切线方向都和小磁针在该点静止时N极所指的方向一致C．异名磁极相互吸引;同名磁极相互排斥;任何时候都是成立的D．磁感线总是从磁极的N极出发;到S极终止4．有一电场的电场线如图7—7 所示;场中A、B两点电场强度的大小和电势分别用EA 、EB和UA、UB表示;则5．两个完全相同的金属小球带有异种电荷;其电量之比是1：7;当它们互相接触后再置于原来的位置上;它们的作用力是原来的倍6．条形磁铁放在水平桌面上;它的上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直的导电棒;图7—8中只画出此棒的截面图;并标出此棒中的电流是流向纸内的;在通电的一瞬间可能产生的情况是A．磁铁对桌面的压力减小B．磁铁对桌面的压力增大C．磁铁不受摩擦力D．磁铁受向左的摩擦力7．如图7－9所示;绝缘光滑半圆环轨道放在竖直向下的匀强磁场中;在与环心等高处放有一质量为m、带电+q的小球;由静止开始沿轨道运动;下述说法正确的是A．小球在运动过程中机械能守恒B．小球经过环的最低点时速度最大C．小球经过环的最低点时对轨道压力为2mgD．小球经过环的最低点时对轨道压力为3mg答案点拨1．A 根据等势线及物体作曲线运动的条件进行判定2．A 根据地磁场方向与安培力左手法则进行判定3．B4．D 电场线的疏密表示电场的强弱;而沿电场线的方向电势逐渐降低5．B根据同种物质接触;电荷先中和后平分的原则及库仑定律求解6．A 画出磁铁磁感应线;分析电流受力．应用牛顿第三定律7．D 根据洛仑兹力不做功及圆周运动规律。
什么是电场和磁场它们之间的关系是什么电场和磁场是物理学中两个重要的概念，它们分别描述了电荷和磁荷所产生的力场。
本文将会详细介绍电场和磁场的基本概念，以及它们之间的关系。
一、电场的概念与性质电场是由电荷所产生的力场，描述了电荷对其他电荷或物质所施加的力。
电荷在空间中产生电场，电场的强度和方向受到电荷的大小和符号的影响。
假设有一个点电荷q位于空间中的某一位置P，那么在离该点电荷一定距离r处，点电荷所产生的电场强度E的大小与距离r的平方成反比，即E∝1/r^2。
根据库仑定律，电场强度的大小还与电荷的大小q成正比，即E∝q/r^2。
因此，电场强度的大小与点电荷的大小和距离的平方成反比。
二、磁场的概念与性质磁场是由磁荷所产生的力场，描述了磁荷对其他磁荷或物质所施加的力。
磁荷是一种基本的物理概念，但在目前的物理学中并没有发现单个的磁荷存在，我们所讨论的磁场主要是由电流所产生的。
磁场的强度和方向由电流的大小和方向决定。
根据安培定律，电流元产生的磁场强度dH对距离r的矢量短元dL的影响与电流元的大小和方向有关，可以表示为dH=kI(dL×r)/r^3，其中I为电流的大小，dL×r为矢量叉乘，k为比例常数。
根据电流元对磁场的贡献是矢量叠加的原理，可以得到磁场强度H的大小和方向。
三、电场和磁场的关系电场和磁场在物理学中经常会相互作用，它们之间有着密切的关系。
根据麦克斯韦方程组，电场和磁场之间的相互作用可以用法拉第电磁感应定律和安培定律来描述。
法拉第电磁感应定律指出，磁场的变化可以产生感应电压，即电磁感应现象。
而安培定律则表明，电流元所产生的磁场可以影响到电荷的运动，进而改变电荷所受的力。
另外，从电场和磁场的数学表示可以看出它们之间的相互关系。
电场可以用电势表示，而磁场则可以用矢量磁势表示。
根据麦克斯韦方程组的推导可以发现，电场的旋度为零，而磁场的散度为零，这意味着电场是保守场，而磁场是无源场。
因此，在稳恒情况下，电场可以通过势函数来描述，而磁场则需要通过磁通量来描述。
《电场和磁场》讲义一、电场在我们周围的世界里，存在着一种看不见、摸不着，但却实实在在发挥着重要作用的物质——电场。
电场是由电荷产生的。
就好像一个磁铁周围存在着磁场一样，一个电荷的周围也存在着电场。
电荷分为正电荷和负电荷，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
当一个电荷存在时，它的周围就会形成电场，这个电场会对处在其中的其他电荷产生力的作用。
电场强度是用来描述电场强弱和方向的物理量。
它的定义是：放入电场中某一点的电荷受到的电场力 F 跟它的电荷量 q 的比值，叫做该点的电场强度，用E 表示。
电场强度是一个矢量，既有大小又有方向。
电场强度的方向与正电荷在该点所受电场力的方向相同。
为了形象地描述电场，我们引入了电场线。
电场线是人们为了形象地描述电场而假想的线，它并不是实际存在的。
电场线从正电荷出发，终止于负电荷或者无穷远；电场线的疏密程度表示电场的强弱，电场线越密的地方，电场强度越大。
静电场中的高斯定理是一个非常重要的定理。
它表明在真空中的静电场内，通过任意封闭曲面的电通量等于该封闭曲面所包围的电荷的代数和除以ε₀。
这个定理反映了电场的一个基本性质，即电荷是电场的源。
在实际生活中，电场有着广泛的应用。
比如，电容器就是利用电场来储存电荷和电能的装置。
在电容器中，两个彼此靠近但又相互绝缘的导体就构成了一个电容器。
当电容器充电时，两个导体上分别带上等量的异种电荷，它们之间就形成了电场。
二、磁场说完电场，咱们再来聊聊磁场。
磁场也是一种看不见、摸不着的物质，但我们可以通过它对放入其中的磁体或电流的作用来感知它的存在。
磁场是由运动的电荷产生的。
磁铁周围存在磁场，通电导线周围也存在磁场。
磁场也有强弱和方向，我们用磁感应强度来描述磁场的强弱和方向。
磁感应强度是一个矢量，它的方向就是小磁针在磁场中静止时 N 极所指的方向。
和电场线类似，为了形象地描述磁场，我们引入了磁感线。
磁感线是闭合曲线，外部是从 N 极指向 S 极，内部是从 S 极指向 N 极。
什么是电场和磁场电场和磁场是物理学中重要的概念，它们是描述电荷和磁性物质相互作用的数学模型。
本文将详细介绍电场和磁场的概念、特性及其应用。
一、电场的概念和特性1. 电场的概念电场是指存在电荷的物体周围的一种物理场，它会对其他电荷施加力。
根据库仑定律，两个电荷之间的电场力与它们之间的距离成反比，与电荷的大小成正比。
2. 电场的表示方式电场可以通过电场线来表示，电场线是切线方向与电场方向相同的线条。
电场线的密度表示电场强度的大小，密集的电场线表示电场强度大，而稀疏的电场线表示电场强度小。
3. 电场的特性①电场是矢量场：电场有方向性，根据正负电荷的不同，电场的方向也不同。
②电场力是无接触力：电场力可以在空间中远距离传递，无需直接接触电荷。
③电场力与电荷的性质有关：电荷的正负和大小决定了电场力的方向和大小。
二、磁场的概念和特性1. 磁场的概念磁场是指存在磁性物质或电流的区域中的物理场，它会对其他磁性物质或电流产生作用力。
磁场是由磁体产生的。
2. 磁场的表示方式磁场可以通过磁力线来表示，磁力线是垂直于磁场方向的曲线。
磁力线的方向表示磁场的方向，磁力线越密集表示磁场强度越大。
3. 磁场的特性①磁场是矢量场：磁场有方向性，根据磁极性质的不同，磁场的方向也不同。
②磁场力是无接触力：磁场力可以在空间中远距离传递，无需直接接触磁性物质或电流。
③磁场力与磁性物质、电流的性质有关：磁性物质的磁性和电流的大小决定了磁场力的方向和大小。
三、电场和磁场的关系与应用1. 电场和磁场的相互转化根据安培定律和法拉第电磁感应定律，变化的磁场可以产生电场，而变化的电场也可以产生磁场。
这种相互转化的现象被统称为电磁感应。
2. 应用领域电场和磁场在现代科技中有广泛的应用，如电磁波、电动机、发电机、电磁感应装置等。
它们在通信、能源、交通等领域都发挥着重要的作用。
结语：电场和磁场是物理学中重要的概念，它们描述了电荷和磁性物质的相互作用，通过电场和磁场可以解释和预测各种电磁现象。
磁场与电场关系磁场和电场是物理学中两个重要概念，它们在我们日常生活中起着至关重要的作用。
本文将探讨磁场与电场之间的关系，并解释它们在物理学中的相关原理和应用。
一、磁场和电场的定义和性质磁场是指物体周围的空间中存在的磁力场。
磁场主要由磁铁或者带有电流的导线产生，并且具有磁性物质的特性。
磁场的强度和方向用磁感应强度来描述，通常用B表示，其单位是特斯拉(T)。
磁场的方向由南极指向北极。
电场是指物体周围的空间中存在的电力场。
电场主要由电荷产生，并且与电荷的大小和距离有关。
电场的强度和方向用电场强度来描述，通常用E表示，其单位是伏特/米(V/m)。
电场的方向由正电荷指向负电荷。
磁场和电场都是矢量量，即具有大小和方向。
它们都遵循叠加原理，即当存在多个磁场或电场时，它们的效果可以通过向量叠加来计算。
此外，它们都满足最重要的物理定律——法拉第电磁感应定律和库仑定律。
二、电场与磁场的相互作用磁场和电场之间存在一种相互作用的现象，即洛伦兹力。
洛伦兹力是指在磁场和电场共同作用下，带电粒子所受的力。
洛伦兹力的大小和方向由以下公式给出：F = q(E + v × B)其中，F为洛伦兹力，q为带电粒子的电量，E为电场强度，v为粒子的速度，B为磁感应强度。
从这个公式可以看出，当电场和磁场的方向相互垂直时，洛伦兹力最大。
而当电场和磁场的方向平行或相反时，洛伦兹力为零。
这种相互作用可以应用于各种设备和技术中，比如电动机、发电机和磁共振成像。
电动机是利用洛伦兹力原理实现电能与机械能的相互转换的设备。
发电机则是利用磁场与电场相互作用产生电能的设备。
而磁共振成像则是利用核磁共振原理进行无损体内成像的技术。
三、磁场和电场对物质的影响除了对带电粒子产生力的影响外，磁场和电场也会对物质产生其他的影响。
在磁场中，带有磁性的物质会受到磁力的作用，即磁力对物质的磁矩起方向和大小的调整作用。
在电场中，物质会发生电极化现象，即分子内部的正、负电荷分开，形成电偶极子。
高中物理磁场和电场的知识点1.磁场1磁场:磁场是存在于磁体、电流和运动电荷周围的一种物质.永磁体和电流都能在空间产生磁场.变化的电场也能产生磁场.2磁场的基本特点:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用.3磁现象的电本质:一切磁现象都可归结为运动电荷或电流之间通过磁场而发生的相互作用.4安培分子电流假说------在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流即分子电流，分子电流使每个物质微粒成为微小的磁体.5磁场的方向:规定在磁场中任一点小磁针N极受力的方向或者小磁针静止时N极的指向就是那一点的磁场方向.2.磁感线1在磁场中人为地画出一系列曲线，曲线的切线方向表示该位置的磁场方向，曲线的疏密能定性地表示磁场的弱强，这一系列曲线称为磁感线.2磁铁外部的磁感线，都从磁铁N极出来，进入S极，在内部，由S极到N极，磁感线是闭合曲线;磁感线不相交.3几种典型磁场的磁感线的分布:①直线电流的磁场:同心圆、非匀强、距导线越远处磁场越弱.②通电螺线管的磁场:两端分别是N极和S极，管内可看作匀强磁场，管外是非匀强磁场.③环形电流的磁场:两侧是N极和S极，离圆环中心越远，磁场越弱.④匀强磁场:磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同.匀强磁场中的磁感线是分布均匀、方向相同的平行直线.3.磁感应强度1定义:磁感应强度是表示磁场强弱的物理量，在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，受到的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值，叫做通电导线所在处的磁感应强度，定义式B=F/IL.单位T，1T=1N/A?m.2磁感应强度是矢量，磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向，即通过该点的磁感线的切线方向.3磁场中某位置的磁感应强度的大小及方向是客观存在的，与放入的电流强度I的大小、导线的长短L的大小无关，与电流受到的力也无关，即使不放入载流导体，它的磁感应强度也照样存在，因此不能说B与F成正比，或B与IL成反比.4磁感应强度B是矢量，遵守矢量分解合成的平行四边形定则，注意磁感应强度的方向就是该处的磁场方向，并不是在该处的电流的受力方向.4.地磁场:地球的磁场与条形磁体的磁场相似，其主要特点有三个:1地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近.2地磁场B的水平分量Bx总是从地球南极指向北极，而竖直分量By则南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下.3在赤道平面上，距离地球表面相等的各点，磁感强度相等，且方向水平向北.5.安培力1安培力大小F=BIL.式中F、B、I要两两垂直，L是有效长度.若载流导体是弯曲导线，且导线所在平面与磁感强度方向垂直，则L指弯曲导线中始端指向末端的直线长度.2安培力的方向由左手定则判定.3安培力做功与路径有关，绕闭合回路一周，安培力做的功可以为正，可以为负，也可以为零，而不像重力和电场力那样做功总为零.6.洛伦兹力1洛伦兹力的大小f=qvB，条件:v⊥B.当v∥B时，f=0.2洛伦兹力的特性:洛伦兹力始终垂直于v的方向，所以洛伦兹力一定不做功.3洛伦兹力与安培力的关系:洛伦兹力是安培力的微观实质，安培力是洛伦兹力的宏观表现.所以洛伦兹力的方向与安培力的方向一样也由左手定则判定.4在磁场中静止的电荷不受洛伦兹力作用.7.带电粒子在磁场中的运动规律在带电粒子只受洛伦兹力作用的条件下电子、质子、α粒子等微观粒子的重力通常忽略不计，1若带电粒子的速度方向与磁场方向平行相同或相反，带电粒子以入射速度v做匀速直线运动.2若带电粒子的速度方向与磁场方向垂直，带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速率v做匀速圆周运动.①轨道半径公式：r=mv/qB②周期公式:T=2πm/qB8.带电粒子在复合场中运动1带电粒子在复合场中做直线运动①带电粒子所受合外力为零时，做匀速直线运动，处理这类问题，应根据受力平衡列方程求解.②带电粒子所受合外力恒定，且与初速度在一条直线上，粒子将作匀变速直线运动，处理这类问题，根据洛伦兹力不做功的特点，选用牛顿第二定律、动量定理、动能定理、能量守恒等规律列方程求解.2带电粒子在复合场中做曲线运动①当带电粒子在所受的重力与电场力等值反向时，洛伦兹力提供向心力时，带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动.处理这类问题，往往同时应用牛顿第二定律、动能定理列方程求解.②当带电粒子所受的合外力是变力，与初速度方向不在同一直线上时，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子的运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线，一般处理这类问题，选用动能定理或能量守恒列方程求解.③由于带电粒子在复合场中受力情况复杂运动情况多变，往往出现临界问题，这时应以题目中“最大”、“最高”“至少”等词语为突破口，挖掘隐含条件，根据临界条件列出辅助方程，再与其他方程联立求解.1.两种电荷1自然界中存在两种电荷:正电荷与负电荷.2电荷守恒定律2.库仑定律1内容:在真空中两个点电荷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，作用力的方向在它们的连线上.2适用条件:真空中的点电荷.点电荷是一种理想化的模型.如果带电体本身的线度比相互作用的带电体之间的距离小得多，以致带电体的体积和形状对相互作用力的影响可以忽略不计时，这种带电体就可以看成点电荷，但点电荷自身不一定很小，所带电荷量也不一定很少.3.电场强度、电场线1电场:带电体周围存在的一种物质，是电荷间相互作用的媒体.电场是客观存在的，电场具有力的特性和能的特性.2电场强度:放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电荷量的比值，叫做这一点的电场强度.定义式:E=F/q方向:正电荷在该点受力方向.3电场线:在电场中画出一系列的从正电荷出发到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，这些曲线叫做电场线.电场线的性质:①电场线是起始于正电荷或无穷远处，终止于负电荷或无穷远处;②电场线的疏密反映电场的强弱;③电场线不相交;④电场线不是真实存在的;⑤电场线不一定是电荷运动轨迹.4匀强电场:在电场中，如果各点的场强的大小和方向都相同，这样的电场叫匀强电场.匀强电场中的电场线是间距相等且互相平行的直线.5电场强度的叠加:电场强度是矢量，当空间的电场是由几个点电荷共同激发的时候，空间某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.4.电势差U:电荷在电场中由一点A移动到另一点B时，电场力所做的功WAB与电荷量q的比值WAB/q叫做AB两点间的电势差.公式:UAB=WAB/q电势差有正负:UAB=-UBA，一般常取绝对值，写成U.5.电势φ:电场中某点的电势等于该点相对零电势点的电势差.1电势是个相对的量，某点的电势与零电势点的选取有关通常取离电场无穷远处或大地的电势为零电势.因此电势有正、负，电势的正负表示该点电势比零电势点高还是低.2沿着电场线的方向，电势越来越低.6.电势能:电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这点移到电势能为零处电势为零处电场力所做的功ε=qU7.等势面:电场中电势相等的点构成的面叫做等势面.1等势面上各点电势相等，在等势面上移动电荷电场力不做功.2等势面一定跟电场线垂直，而且电场线总是由电势较高的等势面指向电势较低的等势面.3画等势面线时，一般相邻两等势面或线间的电势差相等.这样，在等势面线密处场强大，等势面线疏处场强小.8.电场中的功能关系1电场力做功与路径无关，只与初、末位置有关.计算方法有:由公式W=qEcosθ计算此公式只适合于匀强电场中，或由动能定理计算.2只有电场力做功，电势能和电荷的动能之和保持不变.3只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能三者之和保持不变.9.静电屏蔽:处于电场中的空腔导体或金属网罩，其空腔部分的场强处处为零，即能把外电场遮住，使内部不受外电场的影响，这就是静电屏蔽.10.带电粒子在电场中的运动1带电粒子在电场中加速带电粒子在电场中加速，若不计粒子的重力，则电场力对带电粒子做功等于带电粒子动能的增量.2带电粒子在电场中的偏转带电粒子以垂直匀强电场的场强方向进入电场后，做类平抛运动.垂直于场强方向做匀速直线运动3是否考虑带电粒子的重力要根据具体情况而定.一般说来:①基本粒子:如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力但不能忽略质量.②带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不能忽略重力.4带电粒子在匀强电场与重力场的复合场中运动由于带电粒子在匀强电场中所受电场力与重力都是恒力，因此可以用两种方法处理:①正交分解法;②等效“重力”法.11.示波管的原理:示波管由电子枪，偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空.如果在偏转电极XX′上加扫描电压，同时加在偏转电极YY′上所要研究的信号电压，其周期与扫描电压的周期相同，在荧光屏上就显示出信号电压随时间变化的图线.12.电容定义:电容器的带电荷量跟它的两板间的电势差的比值[注意]电容器的电容是反映电容本身贮电特性的物理量，由电容器本身的介质特性与几何尺寸决定，与电容器是否带电、带电荷量的多少、板间电势差的大小等均无关。
《电场和磁场》讲义一、电场（一）电场的概念在我们周围的世界里，存在着一种看不见、摸不着，但却实实在在发挥着作用的物质——电场。
简单来说，电场就是存在于电荷周围的一种特殊物质。
只要有电荷存在，它的周围就会产生电场。
（二）电场的性质1、对放入其中的电荷有力的作用电荷在电场中会受到电场力的作用，其大小与电荷量和电场强度有关。
电场力的方向取决于电荷的正负和电场的方向。
2、电场具有能量电场中的电荷具有一定的势能，就像物体在重力场中具有重力势能一样。
（三）电场强度为了定量地描述电场的强弱和方向，我们引入了电场强度这个物理量。
它是矢量，其大小等于单位电荷在该点所受到的电场力，方向与正电荷在该点所受电场力的方向相同。
（四）电场线为了形象地描述电场，人们想出了电场线这个工具。
电场线是人们假想出来的曲线，其疏密程度表示电场强度的大小，切线方向表示电场的方向。
（五）常见的电场1、点电荷的电场根据库仑定律，可以推导出点电荷周围的电场强度公式。
2、匀强电场电场强度大小和方向处处相同的电场称为匀强电场。
（六）电场中的电荷运动当电荷在电场中运动时，电场力可能对电荷做功，从而引起电荷的动能和电势能之间相互转化。
二、磁场（一）磁场的概念磁场也是一种看不见、摸不着的特殊物质，它存在于磁体、电流或运动电荷的周围。
（二）磁场的性质1、对放入其中的磁体或电流有力的作用磁体在磁场中会受到磁力的作用，电流在磁场中也会受到安培力的作用。
2、磁场具有能量（三）磁感应强度类似于电场强度，我们用磁感应强度来描述磁场的强弱和方向。
（四）磁感线与电场线类似，磁感线用于形象地描绘磁场。
磁感线的疏密表示磁感应强度的大小，磁感线上某点的切线方向表示该点的磁感应强度方向。
（五）常见的磁场1、条形磁铁的磁场2、蹄形磁铁的磁场3、通电直导线的磁场其磁场方向可以用安培定则（右手螺旋定则）来判断。
4、通电螺线管的磁场（六）磁场对电流的作用1、安培力当电流在磁场中时，会受到安培力的作用，其大小与电流大小、导线长度、磁感应强度以及电流与磁场的夹角有关。
电场及磁场知识点总结电场及磁场是物理学中重要的概念，它们在电磁学中起着关键作用。
本文将从电场和磁场的基本概念、场的性质、场的作用以及场的应用等方面进行详细介绍和总结。
一、电场的基本概念1. 电场的产生电场是由电荷产生的，任何带电体都会产生电场。
在物理学中，电场是描述电荷之间相互作用的力场。
当电荷发生变化时，其周围的电场也会发生变化。
2. 电场的特征电场具有方向性和大小的概念。
对于正电荷而言，电场是由正电荷指向负电荷；对于负电荷而言，则相反。
电场的大小与电荷数目成正比，与距离的平方成反比，可用库仑定律来描述。
3. 电场的表示电场可以用电场线和电场力线来表示。
电场线是从正电荷指向负电荷的线，电场线越密集，电场越强。
电场力线表示了在某个点的电场力的方向和大小。
二、电场的性质1. 电场的叠加原理当存在多个电荷产生的电场时，这些电场会相互叠加，最终形成合成电场。
根据电场的叠加原理，合成电场等于各个电场的矢量和。
2. 电场的能量电场具有能量，这种能量存储在电场中。
当电荷在电场中运动时，会产生电场能转化为动能。
电场能量可以用电势能来描述，它与电荷的电势差和电荷本身的大小成正比。
3. 电场的场强电场的场强是衡量电场强弱的物理量。
场强由电场大小和电场方向组成，可以用来计算电荷所受的电场力。
电场力等于电场的场强与电荷大小的乘积。
三、电场的作用1. 电场力电场力是电荷在电场中受到的力，它为电荷提供了加速度。
根据库仑定律，电场力与电荷大小和电场的场强成正比。
2. 电场做功电场在物体上所做的功可以用来改变物体的能量状态。
当电场力对物体做功时，物体的能量会发生相应的变化。
3. 电场对运动电荷的作用在电场中存在的运动电荷会受到电场力的作用，从而产生电流。
这通过电磁感应规律，用洛伦兹力来描述。
四、电场的应用1. 电场在生活中的应用电场在生活中有很多应用，例如：电子产品中的静电防护、电磁炉的使用等，都涉及到电场的知识。
2. 电场在技术领域的应用电场的研究和应用在技术领域有广泛的应用，如电磁学、无线通信、雷达和卫星导航等。
专题四电场和磁场第1课时电场和磁场基本问题1.电场强度的三个公式(1)E＝Fq是电场强度的定义式，适用于任何电场。
电场中某点的场强是确定值，其大小和方向与试探电荷q无关，试探电荷q充当“测量工具”的作用。
(2)E＝k Qr2是真空中点电荷所形成的电场场强的决定式，E由场源电荷Q和场源电荷到某点的距离r决定。
(3)E＝Ud是场强与电势差的关系式，只适用于匀强电场。
注意：式中d为两点间沿电场方向的距离。
2.电场能的性质(1)电势与电势能：φ＝E p q。
(2)电势差与电场力做功：U AB＝W ABq＝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，且从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.带电粒子在磁场中的受力情况(1)磁场只对运动的电荷有力的作用，对静止的电荷无力的作用。
(2)洛伦兹力的大小和方向：F洛＝q v B sin θ。
注意：θ为v与B的夹角。
F的方向由左手定则判定，四指的指向应为正电荷运动的方向或负电荷运动方向的反方向。
5.洛伦兹力做功的特点由于洛伦兹力始终和速度方向垂直，所以洛伦兹力永不做功。
1.主要研究方法(1)理想化模型法。
如点电荷。
(2)比值定义法。
如电场强度、电势的定义方法，是定义物理量的一种重要方法。
(3)类比的方法。
如电场和重力场的类比；电场力做功与重力做功的类比；带电粒子在匀强电场中的运动和平抛运动的类比。
2.静电力做功的求解方法(1)由功的定义式W＝Fl cos α来求。
(2)利用结论“电场力做功等于电荷电势能变化量的负值”来求，即W＝－ΔE p。
(3)利用W AB＝qU AB来求。
3.电场中的曲线运动的分析采用运动合成与分解的思想方法。
4.匀强磁场中的圆周运动解题关键找圆心：若已知进场点的速度和出场点，可以作进场点速度的垂线，依据是F洛⊥v，与进出场点连线的垂直平分线的交点即为圆心；若只知道进场位置，则要利用圆周运动的对称性定性画出轨迹，找圆心，利用平面几何知识求解问题。
第7讲电场和磁场的基本性质一、选择题(1～7题为单项选择题，8、9题为多项选择题)1．如图所示，实线表示电场线，虚线表示带电粒子运动的轨迹，带电粒子只受电场力的作用，运动过程中电势能逐渐减少，它运动到b处时的运动方向与受力方向可能的是()解析由于带电粒子只受电场力的作用，而且运动过程中电势能逐渐减小，可判断电场力做正功，即电场力与粒子速度方向夹角为锐角，且两者在轨迹两侧，综上所述，可判断只有D项正确．2．航母舰载机的起飞一般有两种方式：滑跃式(辽宁舰)和弹射式．弹射起飞需要在航母上安装弹射器，我国国产航母将安装电磁弹射器，其工作原理与电磁炮类似．用强迫储能器代替常规电源，它能在极短时间内释放所储存的电能，由弹射器转换为飞机的动能而将其弹射出去．如图所示是电磁弹射器简化原理图，平行金属导轨与强迫储能器连接，相当于导体棒的推进器ab跨放在平行导轨PQ、MN上，匀强磁场垂直于导轨平面，闭合开关S，强迫储能器储存的电能通过推进器释放，使推进器受到磁场的作用力平行导轨向前滑动，推动飞机使飞机获得比滑跃起飞时大得多的加速度，从而实现短距离起飞的目标．对于电磁弹射器，下列说法正确的是(不计一切摩擦和电阻消耗的能量)()A．强迫储能器上端为正极B．导轨宽度越大，飞机能获得的加速度越大C．强迫储能器储存的能量越多，飞机被加速的时间越长D．飞机的质量越大，离开弹射器时的动能越大由左手定则可判断，通过ab的电流方向为由b到a，所以强迫储能器上端为负极，A错误；ab所受安培力F＝BIL与其有效长度成正比，故导轨宽度越大，推进器ab受到的安培力越大，飞机能获得的加速度越大，B正确；强迫储能器储存的能量越多，飞机能获得的动能越大，但加速时间受滑轨长度、飞机获得的加速度等影响，若滑轨长度一定，加速度越大，加速时间越短，C错误；由能量的转化和守恒定律可知，飞机离开弹射器时的动能取决于强迫储能器储存的能量，D错误．3．(2014·南昌市调研考试)如图所示，M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点，O为半圆弧的圆心，∠MOP＝60°，在M、N处各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示，这时O 点的磁感应强度大小为B 1.若将M 处长直导线移至P 处，则O 点的磁感应强度大小为B 2，那么B 2与B 1之比为( ) A.3∶1 B.3∶2 C ．1∶1 D ．1∶2解析 如图所示，当通有电流的长直导线在M 、N 两处时，根据安培定则，可知：二者在圆心O 处产生的磁感应强度都为B 1/2；当将M 处长直导线移到P 处时，两直导线在圆心O 处产生的磁感应强度也为B 1/2，做平行四边形，由图中的几何关系，可得：cos 30°＝B 22B 12＝B 2B 1＝32，故选项B 正确，选项A 、C 、D 错误． 答案 B4．(2014·武汉市调研考试)将等量的正、负电荷分别放在正方形的四个顶点上(如图所示)．O 点为该正方形对角线的交点，直线段AB 通过O 点且垂直于该正方形，OA ＞OB ，以下对A 、B 两点的电势和场强的判断，正确的是( )A ．A 点场强小于B 点场强B ．A 点场强大于B 点场强C ．A 点电势等于B 点电势D ．A 点电势高于B 点电势解析 由电荷的对称分布关系可知AB 直线上的电场强度为0，所以选项AB 错误；同理将一电荷从A 移动到B 电场力做功为0，AB 电势差为0，因此A 点电势等于B 点电势，选项C 正确，D 错误；因此答案选C.答案 C5．(2014·山东名校高考冲刺卷二)如图所示，a 、b 是x 轴上关于O 点对称的两点，c 、d 是y 轴上关于O 点对称的两点，a 、b 两点上固定一对等量异种点电荷，带正电的检验电荷仅在电场力的作用下从c 点沿曲线运动到d 点，以下说法正确的是( )A ．将检验电荷放在O 点时受到的电场力为零B ．检验电荷由c 点运动到d 点时速度先增大后减小C ．c 、d 两点电势相等，电场强度大小相等D ．检验电荷从c 运动到d 的过程中，电势能先减少后增加解析 由带正电荷的检验电荷的轨迹可判断出a 处为负电荷，b 处为正电荷，检验电荷从c 到d 的过程中，速度先减小后增大，电势能先增加后减少，选项B 、D 均错；电荷在O 点受到的电场力不为零，选项A 错；根据等量异种电荷电场的分布及对称性可知选项C 正确．答案 C6．(2014·河北省衡水中学调研)如图甲所示，真空中有一半径为R 、电荷量为＋Q 的均匀带电球体，以球心为坐标原点，沿半径方向建立x 轴．理论分析表明，x轴上各点的场强随x变化关系如图乙所示，则( )A ．x 2处场强大小为kQ x 22B ．球内部的电场为匀强电场C ．x 1、x 2两点处的电势相同D ．假设将试探电荷沿x 轴移动，则从x 1移到R 处和从R 移到x 1处电场力做功相同解析 引入带正电的试探电荷q ，所受的库仑力F ＝k Qq r 2，根据场强定义式E ＝F q ，求得x 2处的场强为E ＝kQ x 22，选项A 正确；由图乙知球内部随着x 的增加场强逐渐增大，选项B 错误；引入带正电的试探电荷q ，由图乙知在x 1处受到的电场力沿着x 轴正方向，在向x 2运动过程中，电场力做正功，电势能减小，选项C 错误；将试探电荷沿x 轴移动，则从x 1移到R 处电场力做正功，而从R 移到x 1处电场力做负功，选项D 错误．答案 A7．如图所示，甲图中电容器的两个极板和电源的两极相连，乙图中电容器充电后断开电源．在电容器的两个极板间用相同的悬线分别吊起完全相同的小球，小球静止时悬线和竖直方向的夹角均为θ，将两图中的右极板向右平移时，下列说法正确的是( )A ．甲图中夹角减小，乙图中夹角增大B ．甲图中夹角减小，乙图中夹角不变C ．甲图中夹角不变，乙图中夹角不变D ．甲图中夹角减小，乙图中夹角减小解析 甲图中的电容器和电源相连，所以电容器两极板间的电压不变，当极板间的距离增大时，根据公式E ＝U d 可知，板间的电场强度减小，电场力减小，所以悬线和竖直方向的夹角将减小．当电容器充电后断开电源，电容器的极板所带的电荷量不变．根据平行板电容器的电容公式C ＝εr S 4πkd ，极板间的电压U ＝Q C ＝4πkdQ εr S ，极板间的电场强度E ＝U d ＝4πkQ εr S，当两个极板电荷量不变、距离改变时，场强与两板间距离无关，故乙图中夹角不变，B 正确．答案 B8．如图所示，在直线MN 下方存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B .放置在直线MN 上P 点的离子源，可以向磁场区域纸面内的各个方向发射出质量为m 、电荷量为q 的负离子，速率都为v .对于那些在纸面内运动的离子，下列说法正确的是( )A ．离子射出磁场的点Q (图中未画出)到P 的最大距离为m v qBB ．离子距离MN 的最远距离为2m v qBC ．离子在磁场中的运动时间与射入方向有关D ．对于沿同一方向射入磁场的离子，射入速率越大，运动时间越短解析 如图所示，垂直于MN 射入的离子，在射出磁场时其射出点Q 离P 点最远，且最远距离等于轨道半径的2倍，即2m v qB ，A 错；平行MN 且向N 侧射入的离子在磁场中运动时距离MN 有最远距离PP ′，且为轨道半径的2倍，B 对；离子在磁场中的运动的周期相同，运动时间由圆弧对应的圆心角决定，而圆心角由离子射入磁场的方向决定，因此运动时间与射入方向有关，C 对；对于沿同一方向射入的离子，运动时间由射入方向和运动周期决定，而运动周期与速率无关，故运动时间与速率无关，D 错．答案 BC9．如图所示，实线为放置在真空中M 、N 两点处的等量异种点电荷产生的电场的等势线，a 、b 、c 分别位于其中的两条等势线上且a 、b 两点的连线与点电荷M 、N 的连线垂直，b 、c 两点连线与点电荷M 、N 的连线平行．若一带负电的试探电荷从b 点移到c 时，试探电荷的电势能增加，则以下判断中正确的是( )A ．M 点放置的为负点电荷B ．b 、c 两点的电场强度大小相等、方向相同C ．a 点电势高于c 点电势D ．将一带正电的试探电荷从a 点移到b 点，电场力先做负功、再做正功解析 因一负的试探电荷从b 点移到c 点时，试探电荷的电势能增加，所以电场力做负功，由W ＝q (φb －φc )可以判定φb ＞φc ，所以根据电场线与等势线的关系可知M 点应放置正点电荷，选项A 错误；由等量异种点电荷产生的电场可以判断出b 、c 两点的电场强度大小相等、方向不同，选项B 错误；由于M 点放置的是正点电荷，N 点放置的是负点电荷，所以a 点电势高于c 点电势，选项C 正确；带正电的试探电荷在M 、N 连线的下方受到的电场力有向下的分量，在M 、N 连线的上方受到的电场力有向上的分量，所以该试探电荷在从a 点移到b 点的过程中，电场力先做负功再做正功，选项D 正确．答案 CD二、非选择题10．(2014·福建卷，20)如图，真空中xOy 平面直角坐标系上的ABC 三点构成等边三角形，边长L ＝2.0 m ．若将电荷量均为q ＝＋2.0×10－6 C 的两点电荷分别固定在A 、B 点，已知静电力常量k ＝9.0×109 N·m 2/C 2，求：(1)两点电荷间的库仑力大小；(2)C 点的电场强度的大小和方向．解析 (1)根据库仑定律，A 、B 两点间的库仑力大小为：F ＝k q 2L 2 ①代入数据得：F ＝9.0×10－3 N ②(2)A 、B 点电荷在C 点产生的场强大小相等，均为： E 1＝k q L 2 ③A 、B 两点电荷形成的电场在C 点的合场强大小为：E ＝2E 1cos 30° ④代入数据得E ＝7.8×103 N/C 方向沿y 轴正方向答案 (1)9.0×10－3 N (2)7.8×103 N/C 方向沿y 轴正方向11．(2014·南昌市调研考试)如图所示，在平面直角坐标系中，有方向平行于坐标平面的匀强电场，坐标系内有A 、B 两点，其中A 点坐标为(6 cm ，0)，B 点坐标为(0， 3 cm)，坐标原点O 处的电势为0，点A 处的电势为8 V ，点B 处的电势为4 V ．现有一带电粒子从坐标原点O 处沿电势为0的等势线方向以速度v ＝4×105 m/s 射入电场，粒子运动时恰好通过B 点，不计粒子所受重力，求：(1)图中C 处(3 cm,0)的电势；(2)匀强电场的场强大小；(3)带电粒子的比荷q m .解析 (1)设C 处的电势为φC 因OC ＝CA所以φO －φC ＝φC －φA所以φC ＝φO ＋φA 2＝0＋82 V ＝4 V(2)BC 连线为等势线，电场强度方向与等势线BC 垂直设∠OBC ＝θ OB ＝L ＝ 3 cm 因tan θ＝OC L ＝33，则θ＝60° 由U ＝Ed ，得E ＝U d ＝U BO L sin θ＝43×32×10－2V/m ＝83×102 V/m (3)带电粒子做类平抛运动⎩⎨⎧ L cos θ＝v t L sin θ＝12qE m t 2q m ＝2v 2sin θEL cos 2 θ＝2×(4×105)2×3283×102×3×10－2×14C/kg ＝2.4×1011 C/kg 所以带电粒子的比荷为2.4×1011 C/kg. 答案 (1)4 V (2)83×102 V/m (3)2.4×1011 C/kg12．如图甲所示，比荷q m ＝k 的带正电的粒子(可视为质点)，以速度v 0从A 点沿AB 方向射入长方形磁场区域，长方形的长AB ＝3L ，宽AD ＝L .取粒子刚进入长方形区域的时刻为0时刻，垂直于长方形平面的磁感应强度按图乙所示规律变化(以垂直纸面向外的磁场方向为正方向)，粒子仅在洛伦兹力的作用下运动．(1)若带电粒子在通过A 点后的运动过程中不再越过AD 边，要使其恰能沿DC 方向通过C 点，求磁感应强度B 0及其磁场的变化周期T 0为多少？(2)要使带电粒子通过A 点后的运动过程中不再越过AD 边，求交变磁场磁感应强度B 0和变化周期T 0的乘积B 0T 0应满足什么关系？解析 (1)带电粒子在长方形区域内做匀速圆周运动，设粒子运动轨迹半径为R ，周期为T ，则可得R ＝m v 0qB 0＝v 0kB 0，T ＝2πm qB 0＝2πkB 0 每经过一个磁场的变化周期，粒子的末速度方向和初速度方向相同，如图所示，要使粒子恰能沿DC 方向通过C 点，则经历的时间必须是磁场周期的整数倍，有： AB 方向，3L ＝n ×2R sin θ DC 方向，L ＝n ×2R (1－cos θ)解得cos θ＝1(舍去)，cos θ＝12所以θ＝60°，R ＝L n 即B 0＝n v 0kL ，T 0＝2πL 3n v 0(n ＝1、2、3…)． (2)当交变磁场周期取最大值而粒子不再越过AD 边时运动情形如图所示 由图可知粒子在第一个12T 0时间内转过的圆心角θ＝5π6则T 0≤56T ， 即T 0≤56 ·2πm qB 0≤5π3kB 0所以B 0T 0≤5π3k . 答案 (1)n v 0kL 2πL 3n v 0(n ＝1、2、3…) (2)B 0T 0≤5π3k。
第6讲电场和磁场的基本性质一、单项选择题1.如图是静电喷漆的工作原理图。
工作时,喷枪部分接高压电源负极,工件接正极,喷枪的端部与工件之间就形成静电场,从喷枪喷出的涂料微粒在电场中运动到工件,并被吸附在工件表面。
图中画出了部分微粒的运动轨迹,设微粒被喷出后只受静电力作用,则( )A.微粒的运动轨迹显示的是电场线的分布情况B.微粒向工件运动的过程中所受电场力先减小后增大C.在向工件运动的过程中,微粒的动能逐渐减小D.在向工件运动的过程中,微粒的电势能逐渐增大答案 B 微粒的运动轨迹是曲线时与电场线一定不重合,A错误。
由场强叠加原理可知,距离两个电极越近的位置,电场强度越大,所以微粒在向工件运动的过程中所受电场力先减小后增大,B正确。
在微粒向工件运动的过程中,电场力做正功,电势能减少;只有电场力做功,即合力做正功,微粒的动能增加,C、D错误。
2.(2019河北承德模拟)利用如图所示的实验装置可以测量磁感应强度B的大小。
用绝缘轻质丝线把底部长为L、电阻为R、质量为m的U形线框固定在力敏传感器的挂钩上,并用轻质导线连接线框与电源,导线的电阻忽略不计。
当有拉力F作用于力敏传感器的挂钩上时,拉力显示器可以直接显示力敏传感器所受的拉力。
当线框接入恒定电压为E1时,拉力显示器的示数为F1;接入恒定电压为E2时(电流方向与电压为E1时相反),拉力显示器的示数为F2。
已知F1>F2,则磁感应强度B的大小为( )A.B=R(F 1-F 2)L(E 1-E 2) B.B=R(F 1-F 2)L(E 1+E 2)C.B=R(F 1+F 2)L(E 1-E 2)D.B=R(F 1+F 2)L(E 1+E 2)答案 B 当线框接入恒定电压为E 1时,拉力显示器的示数为F 1,则F 1=mg+B E1R L;接入恒定电压为E 2时(电流方向与电压为E 1时相反),拉力显示器的示数为F 2,则F 2=mg-B E2R L;联立解得B=R(F 1-F 2)L(E 1+E 2),选项B 正确。
磁场与电场的比较和关系自人类对物质与能量的探索以来，磁场和电场一直被广泛研究。
磁场和电场是两种基本的力场，它们在物理世界中扮演着重要角色。
本文将探讨磁场和电场的比较与关系，帮助我们更好地理解它们之间的联系。
一、磁场与电场的定义和性质磁场是指能够对具有磁性物质施加力的区域。
它由磁铁或电流产生，并围绕源产生磁力线。
磁场的强度通过磁感应强度来描述，单位为特斯拉（T）。
电场是指某一空间区域内感受到电荷作用力的区域。
它由电荷或电流产生，并以电场线的形式表示。
电场的强度通过电场强度来衡量，单位为伏特每米（V/m）。
磁场和电场都是矢量场，具有方向和大小。
在磁场中，正电荷和负电荷都受到洛伦兹力的作用，而在电场中也是如此。
磁场和电场的力都是相对静止的电荷或电流产生的。
二、磁场与电场的相似点虽然磁场和电场是不同的力场，但它们也存在一些相似之处。
1. 形成原理相似：磁场的形成离不开磁体或电流，而电场的形成离不开电荷或电流。
无论是磁场还是电场，都需要物质或电荷的存在才能产生。
2. 力的性质相似：磁场和电场都能对电荷产生力的作用。
在磁场中，电荷受到洛伦兹力的作用；在电场中，电荷受到库仑力的作用。
无论是磁场还是电场，它们都是作用于电荷的力场。
3. 数学形式相似：磁场和电场的方程形式相似。
磁场的方程由麦克斯韦方程组中的法拉第电磁感应定律和安培环路定理给出；而电场的方程由库仑定律和高斯定律给出。
这些方程描述了磁场和电场的分布和性质。
三、磁场与电场的区别尽管磁场和电场有相似之处，但它们也存在一些明显的区别。
1. 作用对象不同：磁场主要作用于运动带电粒子，在磁场中，电荷会受到洛伦兹力的作用；而电场作用于任何带电粒子，无论是否运动。
无论电荷是否运动，都会受到电场的作用力。
2. 方向不同：磁场和电场的方向性质不同。
磁场的磁力线是形成闭合环的，形状类似于磁铁的磁力线；而电场的电场线是从正电荷指向负电荷的，或从正电荷呈放射状。
磁场和电场的方向性质决定了它们对电荷施加力的方式。
电场的基本性质本专题主要讲解电场的基本性质，主要涉及静电力作用下的平衡问题、场强的叠加问题、电势的高低及电势能大小的判断、电容器充放电及动态分析问题、电场线、等势面及运动轨迹问题等考点，重点考查多个知识点的综合应用，综合性强，要求学生善于将复杂、抽象的电场问题转化成较熟悉的力学问题，再结合牛顿运动定律以及功与能思想解决。
对学生的模型建构、分析综合能力、抽象能力要求较高。
电场的力的性质（2021年湖南卷）如图，在(a，0)位置放置电荷量为q的正点电荷，在(0，a)位置放置电荷量为q的负点电荷，在距P(a，a)为2a的某点处放置正点电荷Q，使得P点的电场强度为零。
则Q的位置及电荷量分别为（）A．(0，2a)B．(0，2a)，C．(2a，0)D．(2a，0)，关键信息：点电荷→点电荷的场强2QE krP点的电场强度为零→场强叠加原理（平行四边形定则）在距P(a，a)的某点处放置正点电荷Q→点电荷Q位于以P(a，a)为半径的圆周上，确定了点电荷Q产生的场强的方向，即可确定点电荷Q具体位置解题思路：根据点电荷场强的决定式确定场强，利用平行四边形定则进行矢量叠加如图所示：在(a ，0)位置放置电荷量为q 的正点电荷，其在P (a ，a )处产生的电场的电场强度大小为：E ＋＝2qka，方向沿y 轴正方向，在(0，a )位置放置的电荷量为q 的负点电荷，其在P (a ，a )处产生的电场的电场强度大小为：E －＝2q k a ，方向沿x 轴负方向，则这两个电荷在P 点的合电场强度大小为：E 合2qa ，方向与y 轴正方向夹角为45°。
现在距离P (a ，a )的某点放置正点电荷Q ，使得P 点的电场强度为零，根据电场叠加原理：点电荷Q 在P 点产生的场强与E 合大小相等，方向相反，故有：2qa ，解得Q ＝，根据几何关系，Q 的位置坐标为(0，2a )，B 项正确。
故选B 。
（2022·山东模拟）真空空间中有四个点o 、a 、b 、c ，任意两点间距离均为L ，点d （未画出）到点o 、a 、b 、c 的距离均相等，如图所示。
电磁场的基本性质与相互作用电磁场是我们日常生活中常见的物理现象之一。
它是由带电粒子形成的，具有磁场和电场两个基本性质。
本文将对电磁场的基本性质和相互作用进行探讨。
一、电磁场的基本性质电磁场是电荷周围产生的力场，具有电场和磁场两个基本性质。
1. 电场的性质电场是以电荷为源头产生的力场。
在电场中，一点的电力大小和方向取决于该点的电荷性质。
正电荷会向电量为负的电荷施加引力，而电量为负的电荷则会施加一种称为电力的力。
电场遵循库仑定律，即两个电荷之间的作用力与它们之间的距离成反比，与电荷的乘积成正比。
2. 磁场的性质磁场是以电流为源头产生的力场。
在磁场中，一点的磁场强度和方向取决于该点的电流性质。
电流在磁场中会受到磁力的作用，磁力的方向垂直于电流和磁场的平面，并符合安培定律。
磁场的单位为特斯拉（T），其方向由南极指向北极。
二、电磁场的相互作用电磁场在自身内部和与其他场之间都存在相互作用。
1. 自身相互作用电场和磁场之间存在相互转换的关系。
根据法拉第电磁感应定律，磁场的变化可以在闭合回路中感生电场，而电场的变化则可以产生磁场。
这种相互转换的过程被称为电磁感应。
2. 电磁场与物质的相互作用电磁场可以与物质相互作用，表现为电磁场对带电粒子的力的作用。
根据洛伦兹力的定义，带电粒子在电磁场中受到的力等于电荷乘以电场和磁场的叠加。
这个力可以使带电粒子加速、减速或改变方向。
电磁场与物质的相互作用是电磁学的重要内容，也是电磁感应和电磁波等现象的基础。
总结：电磁场具有电场和磁场两个基本性质，它们分别与电荷和电流相关。
电磁场的自身相互作用表现为电场和磁场之间的相互转换。
与物质的相互作用表现为电磁场对带电粒子的力的作用。
电磁场的基本性质和相互作用是我们理解电磁学的重要基础。
虽然电磁场与我们日常生活息息相关，但我们对其认识的仍有一定的局限性。
在当今科学技术的发展中，对电磁场的研究将会越来越深入，为我们创造更多的奇迹和可能性。
通过对电磁场的深入了解，我们可以更好地掌握和应用电磁学的原理和方法，为推动社会的进步和发展做出更大的贡献。
第7讲 电场和磁场的基本性质1．(2012·江苏单科， 1)真空中， A 、 B 两点与点电荷Q 的距离分别为r 和3r ， 则A 、 B 两点的电场强度大小之比为( )A ．3∶1B ．1∶3C ．9∶1D ．1∶9解析 由库仑定律F ＝kQ 1Q 2r 2和场强公式E ＝F q知点电荷在某点产生电场的电场强度E ＝kQ r2， 电场强度大小与该点到场源电荷的距离的二次方成反比， 则E A ∶E B ＝r 2B ∶r 2A ＝9∶1， 选项C 正确．答案 C2．(2013·江苏卷， 3)下列选项中的各14圆环大小相同， 所带电荷量已在图中标出， 且电荷均匀分布， 各14圆环间彼此绝缘．坐标原点O 处电场强度最大的是解析 设14圆环的电荷在原点O 产生的电场强度为E 0， 根据电场强度叠加原理， 在坐标原点O 处， A 图的场强为E 0, B 图场强为2E 0 ， C 图场强为E 0， D 图场强为0， 因此本题答案为B.答案 B3．(2014·江苏卷，4)如图3－7－1所示，一圆环上均匀分布着正电荷，x轴垂直于环面且过圆心O.下列关于x轴上的电场强度和电势的说法中正确的是( )A．O点的电场强度为零，电势最低B．O点的电场强度为零，电势最高C．从O点沿x轴正方向，电场强度减小，电势升高D．从O点沿x轴正方向，电场强度增大，电势降低图3－7－1解析根据圆环的对称性可知，O点处的场强为零，又由正电荷在无限远处场强为零，故从O点沿x轴正方向，电场强度先增大，后减小，电势应逐渐降低，O点处的电势最高，故B项正确，A、C、D均错误．答案 B主要题型：选择题和计算题(计算题在第4、6讲已讲)，以选择题为主知识热点1．(1)库仑定律、电场强度、点电荷的场强，及场强的叠加．(2)电场强度、电势、电势能与电场线之间的关系．(3)带电粒子在匀强电场中的运动．(已讲)2．带电粒子在匀强磁场中的运动．(已讲)物理方法(1)矢量运算法(平行四边形定则) (2)模型法(3)对称法(4)守恒法(5)补偿法命题趋势(1)2015年高考，预计点电荷的场强，电场强度与电势(差)、电势能和电场线之间的关系以及电场力做功与电势能变化的关系仍会出现，并很可能会以选择题的形式进行考查．带电粒子在匀强电场中的运动有可能会以选择题或计算题的形式出现．(2)近三年江苏省高考试题没有单独考查安培力及安培力作用下导体的平衡及运动问题，预计在2015年高考中这部分内容应是考查的重点．热点一对电场强度的理解及计算1．(多选)(2014·全国卷新课标Ⅱ，19)关于静电场的电场强度和电势，下列说法正确的是( )A ．电场强度的方向处处与等电势面垂直B ．电场强度为零的地方， 电势也为零C ．随着电场强度的大小逐渐减小， 电势也逐渐降低D ．任一点的电场强度总是指向该点电势降落最快的方向解析 电场线与等势面垂直， 而电场强度的方向为电场线的方向， 故电场强度的方向与等势面垂直， 选项A 正确； 场强为零的地方电势不一定为零， 例如等量同种正电荷连线的中点处的场强为零但是电势大于零， 选项B 错误； 场强大小与电场线的疏密有关， 而沿着电场线的方向电势是降低的， 故随电场强度的大小逐渐减小， 电势不一定降低， 选项C 错误； 任一点的电场强度方向总是和电场线方向一致， 而电场线的方向是电势降落最快的方向， 选项D 正确．答案 AD2. (2014·武汉市部分学校调研)在孤立的点电荷产生的电场中有a 、 b 两点， a 点的电势为φa ， 场强大小为E a ， 方向与连线ab 垂直．b 点的电势为φb ， 场强大小为E b ， 方向与连线ab 的夹角为30°.则a 、 b 两点的场强大小及电势高低的关系是( )A ．φa ＞φb ， E a ＝E b 2B ．φa ＜φb ， E a ＝E b2C ．φa ＞φb ， E ＝4E bD ．φa ＜φb ，E a ＝4E b图3－7－2解析 将E a 、 E b 延长相交， 其交点为场源点电荷的位置， 由点电荷的场强公式E ＝kQ r2， 可得E a ＝4E b ； 分别过a 、 b 做等势面， 电场线由高的等势面指向低的等势面， 则φb ＞φa ， 选项D 正确． 答案 D3. 如图3－7－3所示， 在一正三角形ABC 的三个顶点处分别固定三个电荷量均为＋q 的点电荷， a 、 b 、 c 分别为三角形三边的中点， O 点为三角形三条中线的交点．选无穷远处为零电势面， 则下列说法中正确的是( )A ．a 点的电场强度为零、 电势不为零B ．b 、 c 两点的电场强度大小相等、 方向相反C ．a 、 b 、 c 三点的电场强度和电势均相同D ．O 点的电场强度一定为零， 电势一定不为零图3－7－3解析 由于电场强度是矢量， 根据矢量的叠加原理， 三角形底边B 、 C 两点的点电荷在a 点的合场强为零， 但三角形顶点A 处的点电荷会在a 处产生一个竖直向下的场强， 所以a 点的电场强度不为零， 由于三角形三个顶点的点电荷均为正点电荷， 所以a 、 b 、 c 、 O 点的电势均不为零，选项A错误；根据电场的叠加原理，三个点电荷在b点产生的场强方向沿Bb连线方向，在c点产生的场强方向沿Cc方向，所以在b、c两点处，三个点电荷所产生的场强大小相等方向不是相反的，选项B错误；由对称性可知，a、b、c三点的电场强度大小相等但方向不同，电势相同，选项C错误；根据矢量叠加原理和几何关系可知，B、C 两处的点电荷产生的场强一定与A处点电荷产生的场强大小相等、方向相反，所以O处的合场强一定为零，电势一定不为零，选项D 正确．答案 D4. (多选)如图3－7－4所示，图甲中MN为足够大的不带电的薄金属板．在金属板的右侧，距离为d的位置上放入一个电荷量为＋q的点电荷O，由于静电感应产生了如图所示的电场分布．P是金属板上的一点，P点与点电荷O之间的距离为r，几位同学想求出P点的电场强度的大小，但发现很难．他们经过仔细研究，从图乙所示的电场得到了一些启示，经过查阅资料他们知道：图甲所示的电场分布与图乙中虚线右侧的电场分布是一样的．图乙中两异号点电荷电荷量的大小均为q，它们之间的距离为2d，虚线是两点电荷连线的中垂线．由此他们分别对P点的电势和电场强度作出以下判断，其中正确的是( )图3－7－4A ．P 点的电势为零B ．P 点的电势大于零C ．P 点电场强度的方向垂直于金属板向左， 大小为2kqd r3 D ．P 点电场强度的方向垂直于金属板向左， 大小为2kq r 2－d 2r3 解析 选项分两组， A 、 B 两项判断P 点电势， C 、 D 两项计算P 点场强．金属板MN 接地， 电势为零， 则金属板上P 点电势为零， A 正确、 B 错误；类比图乙中的电场线方向可知， 金属板所在位置及P 点场强方向均垂直于金属板向左， 大小由等量异种电荷分别在中垂线上产生的场强叠加得知， 由于对称， 带电荷量分别为＋q 和－q 的点电荷在P 点产生的场强大小均为E ＋＝E －＝k q r 2， 由相似三角形关系得E E ＋＝2d r， 解得E ＝2kqd r3， C 正确、 D 错误． 答案 AC1．高考对电场强度的考查， 往往会和对电势的考查结合在一起进行， 目的就是刻意对考生制造思维上的混乱， 以此来考查考生对物理基本概念的区分和辨别能力．2．解决此类问题的关键就是要明确电场强度是矢量，其运算规则为平行四边形定则；而电势为标量，其运算规则为代数运算规则．3．常用的思维方法——对称法．热点二电场性质的理解与应用5．(2014·淮安市高三考前信息卷)如图3－7－5所示，椭圆ABCD 处于一匀强电场中，椭圆平面平行于电场线，AC、BD分别是椭圆的长轴和短轴，已知电场中A、B、C三点的电势分别为φA＝14 VφB ＝3 V、φC＝－7 V，由此可得D点的电势为( )A．8 V B．6 V C．4 V D．2 V图3－7－5解析A、B、C、D顺次相连将组成菱形，由公式U＝Ed可知，φA －φB＝φD－φC或φA－φD＝φB－φC，解得φD＝4 V．选项C正确. 答案 C6．(2014·徐州市高三检测)在地面上插入一对电极M和N，将两个电极与直流电源相连，大地中形成恒定电流和恒定电场．恒定电场的基本性质与静电场相同，其电场线分布如图3－7－6所示，P、Q 是电场中的两点．下列说法正确的是( )图3－7－6A．P点场强比Q点场强大B．P点电势比Q点电势高C．P点电子的电势能比Q点电子的电势能大D．电子沿直线从N到M的过程中所受电场力恒定不变解析因为电场线密集处场强大，所以P点场强小于Q点场强，选项A错误；因为沿电场线电势降低，所以P点电势高于Q点电势，选项B正确；根据“负电荷在电势高处电势能低”，可知P点电子的电势能比Q点电子的电势能小，选项C错误；沿直线从N到M 的过程中，电场线先逐渐变稀疏，然后变密集，故此过程中，电子所受电场力先减后增，选项D错误．答案 B7．(2014·山东卷，19)如图3－7－7所示，半径为R的均匀带正电薄球壳，其上有一小孔A.已知壳内的场强处处为零；壳外空间的电场，与将球壳上的全部电荷集中于球心O时在壳外产生的电场一样．一带正电的试探电荷(不计重力)从球心以初动能E k0沿OA方向射出．下列关于试探电荷的动能E k与离开球心的距离r的关系图线，可能正确的是( )图3－7－7解析壳内场强处处为零，试探电荷在壳内运动时动能不变，排除选项C、D；由动能定理可得，ΔE kΔr＝F，即在E－r图象中图线切线的斜率数值上等于电场力的大小，距离球壳越远试探电荷所受电场力越小，图象的斜率越小，正确选项为A.答案 A8．(多选) (2014·全国卷新课标Ⅰ，21)如图3－7－8，在正点电荷Q的电场中有M、N、P、F四点，M、N、P为直角三角形的三个顶点，F为MN的中点，∠M＝30°.M、N、P、F四点处的电势分别用φM、φN、φP、φF表示，已知φM＝φN，φP＝φF，点电荷Q 在M 、 N 、 P 三点所在平面内， 则( )A ．点电荷Q 一定在MP 的连线上B ．连接PF 的线段一定在同一等势面上C ．将正试探电荷从P 点搬运到N 点， 电场力做负功D ．φP 大于φM图3－7－8解析 作∠MNP 的角平分线交MP 于G ， 则MG ＝GN 又因φM ＝φN ， 所以点电荷Q 应放在G 点， 选项A 正确； 点电荷的等势面为球面， 所以选项B 错； 沿电场线的方向电势降低， 所以φP >φM ， φP >φN ， 故将正电荷从P 点搬运到N 点， 电场力做正功．选项D 正确， C 错误．答案 AD判断电场性质的常用方法(1)判断场强强弱⎩⎪⎨⎪⎧ 根据电场线或等势面的疏密根据公式E ＝k Q r 2和场强叠加原理(2)判断电势高低⎩⎪⎨⎪⎧ 根据电场线的方向根据φ＝E p q(3)判断电势能大小⎩⎪⎨⎪⎧根据E p ＝qφ根据ΔE p ＝－W 电，由电场力做功情况判断热点三 安培力及安培力作用下导体的平衡与运动9．(多选)(2014·浙江卷， 20)如图3－7－9甲所示， 两根光滑平行导轨水平放置， 间距为L ， 其间有竖直向下的匀强磁场， 磁感应强度为B .垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒．从t ＝0时刻起， 棒上有如图乙所示的持续交变电流I ， 周期为T ， 最大值为I m ， 图甲中I 所示方向为电流正方向．则金属棒( )图3－7－9A．一直向右移动B．速度随时间周期性变化C．受到的安培力随时间周期性变化D．受到的安培力在一个周期内做正功解析由I－t图可知，安培力随时间的变化关系与之相同．所以金属棒先向右匀加速运动，再做向右匀减速运动，然后重复运动，故选项A、B、C均正确．安培力先做正功，后做负功，故选项D错．答案ABC图3－7－1010．(多选)在竖直向下的匀强磁场中，“Γ”型金属导轨间距为0.5 m，右段在水平面内，左段竖直，如图3－7－10所示．两根质量均为0.06 kg的导体棒分别放在水平段和竖直段，并通过绝缘细线跨过定滑轮P 相连，导轨水平段光滑，导体棒cd与导轨竖直段间动摩擦因数为0.4.闭合开关S，发现两导体棒静止在导轨上，则下列各组磁感应强度的大小和电流值能满足要求的是( )A．B＝0.5 T，I＝2 A B．B＝0.5 T，I＝1 AC．B＝1.0 T，I＝1.5 A D．B＝0.8 T，I＝2.6 A解析 要使两导体棒静止在轨道上， 则ab 、 cd 受力平衡， ab 所受安培力水平向右， 细线的拉力水平向左， 大小F ＝F A ＝BIl ； cd 所受四个力如图所示， 其中静摩擦力的方向可能竖直向上或竖直向下，因此有F N ＝BIl ， F ±μF N －mg ＝0， 联立解得BI ＝mg l 1±μ， 代入数据解得0.857 T·A≤BI ≤2 T·A， 四组选项中BI 在此范围内的是A 、C.答案 AC11.美国研发的强力武器轨道电磁炮在前日的试射中， 将炮弹以5倍音速， 击向200公里外目标， 射程为海军常规武器的10倍， 且破坏力惊人．电磁炮原理如图3－7－11所示， 若炮弹质量为m ， 水平轨道长L ， 宽为d ， 轨道摩擦不计， 炮弹在轨道上做匀加速运动．要使炮弹达到5倍音速(设音速为v )， 则( )图3－7－11A ．炮弹在轨道上的加速度为v 22LB ．磁场力做的功为52mv 2 C ．磁场力做功的最大功率为125mv 32LD ．磁场力的大小为25mdv 22L 解析 炮弹在轨道上做初速度为零的匀加速直线运动， 由公式“v 2＝2ax ”得a ＝5v 22L ， A 错误； 不计摩擦， 磁场力做的功等于炮弹增加的动能， 即W ＝12m (5v )2＝25mv 22， B 错误； 由动能定理得BIdL ＝12m (5v )2， 磁场力的大小BId ＝m 5v 22L ， 则磁场力的最大功率P m ＝BId ·(5v )＝m 5v 22L·(5v )＝125mv 32L， C 正确、 D 错误． 答案 C 12．(2014·重庆卷， 8)某电子天平原理如图3－7－12所示， E 形磁铁的两侧为N 极， 中心为S 极， 两极间的磁感应强度大小均为B ， 磁极宽度均为L ， 忽略边缘效应， 一正方形线圈套于中心磁极， 其骨架与秤盘连为一体， 线圈两端C 、 D 与外电路连接， 当质量为m 的重物放在秤盘上时， 弹簧被压缩， 秤盘和线圈一起向下运动(骨架与磁极不接触)， 随后外电路对线圈供电， 秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止， 由此时对应的供电电流I 可确定重物的质量．已知线圈匝数为n ， 线圈电阻为R ， 重力加速度为g .问：图3－7－12(1)线圈向下运动过程中， 线圈中感应电流是从C 端还是从D 端流出？(2)供电电流I 是从C 端还是从D 端流入？ 求重物质量与电流的关系．(3)若线圈消耗的最大功率为P ， 该电子天平能称量的最大质量是多少？解析 (1)由右手定则可知线圈向下运动， 感应电流从C 端流出．(2)设线圈受到的安培力为F A ， 外加电流从D 端流入．由F A ＝mg ①和F A ＝2nBIL ②得m ＝2nBL g I ③ (3)设称量最大质量为m 0，由m ＝2nBL gI ④ 和P ＝I 2R ⑤得m 0＝2nBL g P R⑥ 答案 (1)电流从C 端流出(2)从D 端流入 m ＝2nBL g I (3)2nBL g P R安培力作用下的平衡与运动问题的求解思路：热点四 带电粒子在磁场中运动的临界极值问题图3－7－1313．(多选)(2014·领航高考冲刺卷三)在磁感应强度大小为B 、 方向垂直纸面向里的正方形(边长为l )匀强磁场区域， ab 边和cd 边为挡板， 从ad 边中点O 垂直磁场射入一带电粒子， 速度大小为v 0， 方向与ad 边夹角为30°， 如图3－7－13所示， 已知粒子的电荷量为q 、 质量为m (重力不计)．则下列说法正确的是( )A ．若粒子带负电， 粒子恰能从d 点射出磁场， 则v 0＝qBl 2mB ．若粒子带正电， 粒子恰不碰到cd 挡板， 则v 0＝qBl 2mC ．若粒子带正电， 粒子恰能从b 点射出磁场， 则v 0＝qBl mD ．若粒子带正电， 粒子能从ad 边射出磁场， 则v 0的最大值v 0m ＝qBl 3m解析 当粒子带负电， 且恰能从d 点射出磁场时， 如图所示， R ＝l2， 由qv 0B ＝mv 20R ， 得v 0＝qBl 2m， A 对， 若粒子带正电， 粒子恰不碰到cd 挡板时， R －R c os 60°＝l2， 解得R ＝l ， 同理得v 0＝qBl m， B 错； 若粒子带正电， 由几何关系可知， 粒子不可能恰好从b 点射出磁场， C 错； 若粒子带正电， 粒子能从ad 边射出磁场而不碰ab 板， 如图所示， 由几何关系得R ＝l3， 所以v 0m ＝qBl 3m， D 正确． 答案 AD图3－7－1414．(2014·长春市调研测试)如图3－7－14所示， 三角形区域磁场的三个顶点a 、 b 、 c 在直角坐标系内的坐标分别为(0,2 3 cm)、 (－2 cm,0)、 (2 cm ， 0)， 磁感应强度B ＝4×10－4T ， 大量比荷q m ＝2.5×105 C/kg 不计重力的正离子， 从O 点以相同的速率v ＝2 3 m/s 沿不同方向垂直磁场射入该磁场区域．求：(1)离子运动的半径．(2)从ac 边离开磁场的离子， 离开磁场时距c 点最近的位置坐标．(3)从磁场区域射出的离子中， 在磁场中运动的最长时间．解析 (1)由qvB ＝m v 2R 得， R ＝mv qB， 代入数据可解得： R ＝2 3 cm(2)设从ac 边离开磁场的离子距c 最近的点的坐标为M (x ， y )， M 点为以a 为圆心， 以aO 为半径的圆周与ac 的交点则x ＝R sin 30°＝ 3 cmy ＝R －R cos 30°＝(23－3)cm离c 最近的点的坐标为M [ 3 cm ， (23－3)cm](3)依题意知， 所有离子的轨道半径相同， 则可知弦越长， 对应的圆心角越大．易知从a 点离开磁场的离子在磁场中运动时间最长， 其轨迹所对的圆心角为60°T ＝2πm Bq ＝π50s t ＝T 6＝π300s 答案 (1)2 3 cm (2)[ 3 cm ， (23－3)cm](3)π300s1．求解这类问题的方法技巧解决带电粒子在磁场中运动的临界问题， 关键在于运用动态思维， 寻找临界点， 确定临界状态， 根据粒子的速度方向找出半径方向， 同时由磁场边界和题设条件画好轨迹，定好圆心，建立几何关系．2．带电粒子在有界磁场中运动临界问题的三种几何关系(1)刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切．(2)当粒子的运动速率v一定时，粒子经过的弧长(或弦长)越长，圆心角越大，则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长．(3)当粒子的运动速率v变化时，带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹对应的圆心角越大，其在磁场中的运动时间越长．高考命题热点7.根据粒子运动的轨迹、电场线(等势面)进行相关问题的判断带电粒子运动轨迹类问题分析的关键是运用曲线运动的知识(受力特征：合外力指向凹侧；运动特征：速度方向沿切向)找出电场力的方向，进而判断出场强方向或电场力做功情况，一系列问题就迎刃而解．(1)确定受力方向的依据①曲线运动的受力特征：带电粒子受力总指向曲线的凹侧；②电场力方向与场强方向的关系：正电荷的受力方向与场强方向同向，负电荷则相反；③场强方向与电场线或等势面的关系：电场线的切线方向或等势面的法线方向为电场强度的方向．(2)比较加速度大小的依据： 电场线或等差等势面越密⇒E 越大⇒F ＝qE 越大⇒a ＝qE m越大． (3)判断加速或减速的依据： 电场力与速度成锐角(钝角)， 电场力做正功(负功)， 速度增加(减少)．【典例】 (6分)如图3－7－15所示， 实线表示电场线， 虚线表示带电粒子只在电场力作用下的运动轨迹， a 、 b 为其运动轨迹上的两点， 可以判定( )A ．粒子在a 点的速度大于在b 点的速度B ．粒子在a 点的加速度大于在b 点的加速度C ．粒子一定带正电荷D ．粒子在a 点的电势能大于在b 点的电势能图3－7－15审题流程解析该粒子在电场中做曲线运动，则电场力应指向轨迹的凹侧且沿电场线的切线方向，设粒子由a向b运动，则其所受电场力方向和速度方向的关系如图所示，可知电场力做正功，粒子速度增加，电势能减少，A错、D对；b点处电场线比a点处电场线密，即粒子在b点所受电场力大，加速度大，选项B错；因电场线方向不确定，所以粒子的电性不确定，C选项错误．(假设粒子由b向a运动同样可得出结论)答案 D当带电粒子在电场中的运动轨迹是一条与电场线、等势线都不重合的曲线时，这种现象简称为“拐弯现象”，其实质为“运动与力”的关系．运用“牛顿运动定律、功和能”的知识分析：(1)“运动与力两线法”——画出“速度线”(运动轨迹在某一位置的切线)与“力线”(在同一位置电场线的切线方向且指向轨迹的凹侧)，从二者的夹角情况来分析带电粒子做曲线运动的情况．(2)“三不知时要假设”——电荷的正负、场强的方向(或等势面电势的高低)、电荷运动的方向，是题目中相互制约的三个方面．若已知其中一个，可分析判定各待求量；若三个都不知(三不知)，则要用“假设法”进行分析．(6分)如图3－7－16所示，带电粒子在电场中只受电场力作用时沿虚线从a运动到b，运动轨迹ab为一条抛物线，则下列判断正确的是( )A．若直线MN为一条电场线，则电场线方向由N指向MB．若直线MN为一条电场线，则粒子的动能增大C．若直线MN为一个等势面，则粒子的速度不可平行MND．若直线MN为一个等势面，则粒子的电势能减小图3－7－16解析若直线MN为一条电场线，则带电粒子所受电场力沿NM方向，可以判断电场力对粒子做负功，粒子的动能减小，但由于带电粒子的电性未知，因此不能确定电场强度的方向，A、B错；若直线MN 为一个等势面，粒子速度方向垂直于场强方向时平行于等势面，C错；若直线MN为一个等势面，电场力方向垂直于等势面指向轨迹凹侧，与速度间夹角小于90°做正功，粒子的电势能减小，D对．答案 D一、单项选择题1．(2014·宿迁市高三摸底考试)图3－7－17不带电导体P置于电场中，其周围电场线分布如图3－7－17所示，导体P表面处的电场线与导体表面垂直，a、b为电场中的两点，则( )A．a点电场强度小于b点电场强度B．a点电势低于b点的电势C．负检验电荷在a点的电势能比在b点的大D．正检验电荷从a点移到b点的过程中，电场力做正功解析电场线密集的地方场强大，则a点电场强度大于b点电场强度，选项A错误；沿电场线方向电势降低，则a点电势高于P点电势，P 点电势高于b点电势，选项B错误；负检验电荷在电势较高的地方电势能较小，选项C错误；正检验电荷在电势较高的地方电势能较大，正检验电荷从a点移到b点的过程中，电势能减小，电场力做正功，选项D正确．答案 D2．航母舰载机的起飞一般有两种方式：滑跃式(辽宁舰)和弹射式．弹射起飞需要在航母上安装弹射器，我国国产航母将安装电磁弹射器，其工作原理与电磁炮类似．用强迫储能器代替常规电源，它能在极短时间内释放所储存的电能，由弹射器转换为飞机的动能而将其弹射出去．如图3－7－18所示是电磁弹射器简化原理图，平行金属导轨与强迫储能器连接，相当于导体棒的推进器ab跨放在平行导轨PQ、MN上，匀强磁场垂直于导轨平面，闭合开关S，强迫储能器储存的电能通过推进器释放，使推进器受到磁场的作用力平行导轨向前滑动，推动飞机使飞机获得比滑跃起飞时大得多的加速度，从而实现短距离起飞的目标．对于电磁弹射器，下列说法正确的是(不计一切摩擦和电阻消耗的能量)( )图3－7－18A．强迫储能器上端为正极B．导轨宽度越大，飞机能获得的加速度越大C．强迫储能器储存的能量越多，飞机被加速的时间越长D．飞机的质量越大，离开弹射器时的动能越大解析由左手定则可判断，通过ab的电流方向为由b到a，所以强迫储能器上端为负极，A错误；ab所受安培力F＝BIL与其有效长度成正比，故导轨宽度越大，推进器ab受到的安培力越大，飞机能获得的加速度越大，B正确；强迫储能器储存的能量越多，飞机能获得的动能越大，但加速时间受滑轨长度、飞机获得的加速度等影响，若滑轨长度一定，加速度越大，加速时间越短，C错误；由能量的转化和守恒定律可知，飞机离开弹射器时的动能取决于强迫储能器储存的能量，D错误．答案 B图3－7－193．(2014·武汉市调研考试)将等量的正、负电荷分别放在正方形的四个顶点上(如图3－7－19所示)．O点为该正方形对角线的交点，直线段AB通过O点且垂直于该正方形，OA＞OB，以下对A、B两点的电势和场强的判断，正确的是( )A．A点场强小于B点场强B．A点场强大于B点场强C．A点电势等于B点电势D．A点电势高于B点电势解析由电荷的对称分布关系可知AB直线上的电场强度为0，所以选项AB错误；同理将一电荷从A移动到B电场力做功为0，AB电势差为0，因此A点电势等于B点电势，选项C正确，D错误；因此答案选C.答案 C图3－7－204．(2014·山东名校高考冲刺卷二)如图3－7－20所示，a、b是x 轴上关于O点对称的两点，c、d是y轴上关于O点对称的两点，a、b两点上固定一对等量异种点电荷，带正电的检验电荷仅在电场力的作用下从c点沿曲线运动到d点，以下说法正确的是( )A．将检验电荷放在O点时受到的电场力为零B．检验电荷由c点运动到d点时速度先增大后减小C．c、d两点电势相等，电场强度大小相等D．检验电荷从c运动到d的过程中，电势能先减少后增加解析由带正电荷的检验电荷的轨迹可判断出a处为负电荷，b处为正电荷，检验电荷从c到d的过程中，速度先减小后增大，电势能先增加后减少，选项B、D均错；电荷在O点受到的电场力不为零，选项A错；根据等量异种电荷电场的分布及对称性可知选项C正确．答案 C5．(2014·河北省衡水中学调研)如图3－7－21甲所示，真空中有一半径为R、电荷量为＋Q的均匀带电球体，以球心为坐标原点，沿半径方向建立x轴．理论分析表明，x轴上各点的场强随x变化关系如图乙所示，则( )。
一．电场的性质 1．库仑定律例1．2009(江苏卷)两个分别带有电荷量－Q 和＋3Q 的相同金属小球(均可视为点电荷)，固定在相距为r 的两处，它们间库仑力的大小为F ，两小球相互接触后将其固定距离变为r2，则两球间库仑力的大小为( ) A.112F B.34F C.43F D ．12F 答案：C解析：两电荷间的作用力F ＝k 3Q2r2，两电荷接触电量先中和再平均分配，每个小球带电量为Q ，F ′＝222⎪⎭⎫ ⎝⎛r Q k，F ′F ＝43，C 正确． 2.电场力例2.（2009－广东卷）如图6，一带负电粒子以某速度进入水平向右的匀强电场中，在电场力作用下形成图中所示的运动轨迹。
M 和N 是轨迹上的两点，其中M 点在轨迹的最右点。
不计重力，下列表述正确的是 A ．粒子在M 点的速率最大 B ．粒子所受电场力沿电场方向 C ．粒子在电场中的加速度不变D ．粒子在电场中的电势能始终在增加 答案.C 【解析】根据做曲线运动物体的受力特点合力指向轨迹的凹一侧，再结合电场力的特点可知粒子带负电，即受到的电场力方向与电场线方向相反，B 错。
从N 到M 电场力做负功，减速，电势能在增加，当达到M 点后电场力做正功加速电势能在减小则在M 点的速度最小A 错，D 错。
在整个过程中只受电场力根据牛顿第二定律加速度不变。
3.对电场强度的三个公式的理解例3.2010（安徽卷）如图所示，在xOy 平面内有一个以O 为圆心、半径R=0.1m 的圆，P 为圆周上的一点，O 、P 两点连线与x 轴正方向的夹角为θ。
若空间存在沿y 轴负方向的匀强电场，场强大小E=100V/m ，则O 、P 两点的电势差可表示为（ ） A ．10sin (V)op U θ=- B ．10sin (V)op U θ= C ．10cos (V)op U θ=- D ．10cos (V)op U θ=【答案】A【解析】在匀强电场中，两点间的电势差U=Ed ，而d 是沿场强方向上的距x/my/m O P θ·60°PNOM 离，所以sin OP d R θ=-⋅，故：100(0.1sin )10sin (V)op U θθ=⨯-=-，选项A 正确。
例4.2010（安徽卷）如图所示，M 、N 是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m 、带正电的小球悬于电容器内部。
闭合电键S ，小球静止时受到悬线的拉力为F 。
调节R1、R2，关于F 的大小判断正确的是 （ ） A ．保持R1不变，缓慢增大R2时，F 将变大 B ．保持R1不变，缓慢增大R2时，F 将变小 C ．保持R2不变，缓慢增大R1时，F 将变大 D ．保持R2不变，缓慢增大R1时，F 将变小 【答案】B保持R1不变，缓慢增大R2时，由于R0和R2串联，R0两端的电压减小，即平行板电容器的两个极板的电压U 减小，带电小球受到的电场力U F qE q d ==⋅电减小, 悬线的拉力为22()F mg F =+电B 正确，A 错误。
保持R2不变，缓慢增大R1时，R0两端的电压不变，F 电不变，悬线的拉力为F 不变，C 、D 错误。
4.电场强度的叠加例5.2010（海南卷）如右图， M 、N 和P 是以MN 为直径的半圈弧上的三点，O 点为半圆弧的圆心，60MOP ∠=︒．电荷量相等、符号相反的两个点电荷分别置于M 、N 两点，这时O 点电场强度的大小为1E ；若将N 点处的点电荷移至P 点，则O 点的场场强大小变为2E ，1E 与2E 之比为 （ ）A ．1:2B ．2:1C ．23D ．43【答案】B【解析】依题意，每个点电荷在O 点产生的场强为12E ，则当N 点处的点电荷移至P 点时，O 点场强如图所示，合场强大小为122E E =，则1221E E =，B 正确。
5.电场强度E 和电势φ、电势差U 的关系例6.（2010－广东卷－21－6－A ）图8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E 1/2E 1E 2ESR 0R 1R 2M ND.a 点的电场强度大于b 点的电场强度 答案：BD解析：考察电场线的知识：A 以点电荷为圆心，同一圆周上，电势相等，以点电荷为圆心，a 点为圆周一点做圆交过b 点的电场线为a′，则：a a '=ϕϕ，由顺着电场线电势降低知：ab '>ϕϕ因而：a b ϕϕ>C D a 点电场线比b 点密因而：Ea>Eb a 、b 两点的电场线的方向不同。
选BD 。
例7.2010（山东卷）某电场的电场线分布如图所示，以下说法正确的是（ ） A ．c 点场强大于b 点场强 B ．a 点电势高于b 点电势C ．若将一试探电荷+q 由a 点释放，它将沿电场线运动b 点D ．若在d 点再固定一点电荷-Q ，将一试探电荷+q 由a 移至b 的过程中，电势能减小 答案：BD【解析】A.根据电场线疏密表示电场强度大小，c 点场强小于b 点场强，A 错误； B.根据沿电场线方向电势降低（最快），a 点电势高于b 点电势，B 正确； C.若将一试电荷+q 由a 点释放，因受力方向沿电场方向（电场线切线），它不能沿电场线运动到b 点，C 错误；D.若在d 点再固定一点电荷-Q ，叠加后电势仍然a 高于b ，将一试探电荷+q 由a 移至b 的过程中，因电势降低，所以电势能减小，D 正确；本题选BD 。
本题考查电场、电场线、电势、电势能。
6、电场中的动力学问题例8.（09·浙江·23）如图所示，相距为d 的平行金属板A 、B 竖直放置，在两板之间水平放置一绝缘平板。
有一质量m 、电荷量q （q>0）的小物块在与金属板A 相距l 处静止。
若某一时刻在金属板A 、B 间加一电压，小物块与金属板只发生了一次碰撞，碰撞后电荷量变为q ，并以与碰前大小相等的速度反方向弹回。
已知小物块与绝缘平板间的动摩擦因素为μ，若不计小物块电荷量对电场的影响和碰撞时间。
则 （1）小物块与金属板A 碰撞前瞬间的速度大小是多少？ （2）小物块碰撞后经过多长时间停止运动？停在何位置？ 答案：（1gl μ2）时间为1gμ2l 处或距离B 板为2l 解析：本题考查电场中的动力学问题（1）加电压后，B 极板电势高于A 板，小物块在电场力作用与摩擦力共同作用下向A 板做匀加速直线运动。
电场强度为 dU E BA=小物块所受的电场力与摩擦力方向相反，则合外力为 mg qE F μ-=合 故小物块运动的加速度为g md mgd qU mF a μμ211=-==合设小物块与A 板相碰时的速度为v 1，由 l a v 1212= 解得 gl v μ=1（2）小物块与A 板相碰后以v 1大小相等的速度反弹，因为电荷量及电性改变，电场力大小与方向发生变化，摩擦力的方向发生改变，小物块所受的合外力大小 为 2qE mg F -=μ合 加速度大小为 21m 4F a g μ==合 设小物块碰后到停止的时间为 t ，注意到末速度为零，有 120v a t -=- 解得 12v t a== 设小物块碰后停止时距离为x ，注意到末速度为零，有 x a v -02212-=则 2222v x l a ==或距离B 板为 l d 2=二、磁场的性质 1.安培力例9.2009(全国卷Ⅰ）如图，一段导线abcd 位于磁感应强度大小为B 的匀强磁场中，且与磁场方向（垂直于纸面向里）垂直。
线段ab 、bc 和cd 的长度均为L ，且∠abc =∠bcd =1350。
流经导线的电流为I ，方向如图中箭头所示。
导线段abcd 所受到的磁场的作用力的合力Ａ．方向沿纸面向上，大小为(21)IBL + Ｂ．方向沿纸面向上，大小为(21)IBL - Ｃ．方向沿纸面向下，大小为(21)IBL + Ｄ．方向沿纸面向下，大小为(21)IBL - 答案A【解析】该导线可以用a 和d 之间的直导线长为(21)L +来等效代替,根据F BIl =,可知大小为(21)BIL +,方向根据左手定则.A 正确。
2.洛伦兹力例10.2009(宁夏卷）医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。
电磁血流计由一对电极a 和b 以及磁极N 和S 构成，磁极间的磁场是均匀的。
使用时，两电极a 、b 均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示。
由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a 、b 之间会有微小电势差。
在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。
在某次监测中，两触点的距离为 3.0mm ，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160µV ，磁感应强度的大小为0.040T 。
则血流速度的近似值和电极a 、b 的正负为 （ ）A ．1.3m/s ，a 正、b 负B ．2.7m/s ， a 正、b 负C ．1.3m/s ，a 负、b 正D ．2.7m/s ， a 负、b 正 答案A 。
【解析】依据左手定则，正离子在磁场中受到洛伦兹力作用向上偏，负离子在磁场中受到洛伦兹力作用向下偏，因此电极a 、b 的正负为a 正、b 负；当稳定时，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零，则qE=qvB ，可得6316010 1.3/0.04310E U v m s B Bd --⨯===≈⨯⨯，A 正确。
活页练习1. (2010·上海单科，13)如图3－1－3所示，长为2l 的直导线折成边长相等，夹角为60°的V 形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B.当在该导线中通以电流强度为I 的电流时，该V 形通电导线受到的安培力大小为( ) A ．0 B ．0.5BIl C ．BIl D ．2BIl答案：C解析：V形导线通入电流I时每条边受到的安培力大小均为BIl，方向分别垂直于导线斜向上，再由平行四边形定则可得其合力F＝BIl，答案为C.2.2009（安徽卷）右图是科学史上一张著名的实验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹。
云室旋转在匀强磁场中，磁场方向垂直照片向里。
云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用。
分析此径迹可知粒子（）A. 带正电，由下往上运动B. 带正电，由上往下运动C. 带负电，由上往下运动D. 带负电，由下往上运动答案： A。
解析：粒子穿过金属板后，速度变小，由半径公式qBmvr=可知，半径变小，粒子运动方向为由下向上；又由于洛仑兹力的方向指向圆心，由左手定则，粒子带正电。
