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专题06电场和磁场的基本性质
【要点提炼】
1.电场的基本性质
(1)对电场强度的三个公式的理解
①E=eq\f(F,q)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的,其大小和方向与试探电荷q无关。
②E=keq\f(Q,r2)是真空中点电荷所形成的电场的场强的决定式,只适用于点电荷的电场。某点的电场强度E由场源电荷Q和该点到场源电荷的距离r决定。
③E=eq\f(U,d)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=eq\f(Ep,q)。
②电势差与电场力做功:UAB=eq\f(WAB,q)=φA-φB。
③电场力做功与电势能的变化:W=-ΔEp。
(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。
2.平行板电容器问题的三个公式、两种情形
(1)三个公式:①C=eq\f(εrS,4πkd);②C=eq\f(Q,U);③E=eq\f(U,d)。
(2)两种情形:与直流电源相连时,两极板间电压不变;充电后断开电源时,两极板所带电荷量不变。
3.带电粒子在电场中常见的运动类型
(1)直线运动:通常利用动能定理qU=eq\f(1,2)mv2-eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))来求解;对于匀强电场,电场力做功也可以用W=qEd来求解。
(2)偏转运动:一般研究带电粒子在匀强电场中的偏转问题。对于类平抛运动可直接利用类平抛运动的规律以及推论;较复杂的曲线运动常用运动的合成与分解的方法来处理。
4.磁场对通电导体的作用
(1)通电导体在磁场中受到的安培力
①方向:根据左手定则判断。
②大小:F=BIL。
a.B、I与F三者两两垂直;
b.L是有效长度,即垂直磁感应强度方向的长度。
(2)熟悉“两个等效模型”
①变曲为直:如图甲所示通电导线,在计算安培力的大小和判断方向时均可等效为ac直线电流。
②化电为磁:环形电流可等效为小磁针,通电螺线管可等效为条形磁体,如图乙所示。
5.磁场对带电粒子的作用
(1)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。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=qvBsinθ,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的反方向。
(2)洛伦兹力做功的特点
由于洛伦兹力始终和速度方向垂直,所以洛伦兹力不做功。
6.带电粒子在匀强磁场中常见的运动类型
(1)匀速直线运动:当v∥B时,带电粒子以速度v做匀速直线运动。
(2)匀速圆周运动:当v⊥B时,带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度大小做匀速圆周运动。
【高考考向1电场的基本性质】
命题角度1电场的叠加
例1:(2022·江苏扬州·模拟预测)某同学认为在两个带电导体之间可以存在如图所示的静电场,它的电场线相互平行,间距不等。关于此“静电场”,下列说法正确的是()。
A.一定存在,且是匀强电场
B.一定存在,将两个匀强电场叠加可实现
C.一定不存在,因为等势面上各处场强必须大小相等
D.一定不存在,因为在此静电场中将试探电荷沿不同路径从a点移动b点,电场力做功不同
【答案】D
【详解】A.电场线相互平行,说明电场中各点场强方向相等,而电场线间距不等说明电场中各点场强大小不是处处相等,不是匀强电场,故A错误;
B.将两个匀强电场叠加,获得的电场仍为匀强电场,故B错误;
C.如果存在这样的电场,根据等势面的特点,它的等势面ac、bd应该如图甲所示,
a、d两点的电势差Uad应该等于c、b两点的电势差Ucb,即
Uad=Ucb
从图中可以看出,a、d两点的距离等于c、b两点的距离,ad处的场强大于cb处的场强。根据
U=Ed
可得
UadUcb
所以这样的电场不可能存在,但等势面上各点的场强不一定大小相等,故C错误;
D.如图乙所示
粒子沿两个不同的路径,从SKIPIF10和从SKIPIF10,电场力做功不相同,即电场力做功与路径有关,违背了静电场的基本性质,所以这样的电场不可能存在,故D正确。
故选D。
1.电场的叠加
(1)电场强度是矢量,电场中某点的合场强为各个场源电荷在该点电场强度的矢量和。
(2)电势是标量,电场中某点的总电势为各个场源电荷在该点电势的代数和。
2.对称法求电场强度和电势
1.(2022·全国·高考真题)安装适当的软件后,利用智
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