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1、专题电磁学中的“场”一、重点剖析 “场”的本质源自电荷，电荷的周围存在电场，运动电荷产生磁场，因此知识链条的顶端是电荷；同时电场或磁场又反过来对电荷或运动电荷施加力的作用，体现了知识体系的完整，因果轮回知识结构如图分“场”的产生、场对物质（电荷或导体）的作用和能量关系三个版块1静止电荷、运动电荷和变化的磁场，在周围空间都产生电场；运动电荷、电流和变化的电场在周围空间产生磁场2电场对静止电荷和运动电荷都有电场力的作用；磁场只对运动电荷和电流有磁场力作用，对静止电荷没有作用力这与“场”的产生严格对应由于场力的作用，电荷或导体会有不同形式的运动，因此分析场力是判断电荷或导体运动性质的关键3场力可能对
2、电荷或导体做功，实现能量转化当点电荷绕另一点电荷做匀速圆周运动时，电场力不做功；洛伦兹力不做功要对带电粒子加速就要对其做功，因此电场即可以加速带电粒子，也可以使带电粒子偏转，而稳定磁场则只能使粒子偏转却不能加速变化的磁场产生电场，所以变化的磁场则可以改变带电粒子速度的大小二、考点透视考点1、“场”的性质从力和能两个角度去描述场的性质电场强度E和磁感应强度B分别描述电场和磁场对放入其中的物质（电荷、通电导体）力的作用；电势就是从电场能的角度引入的物理量，虽然中学物理没有直接对磁场的能给出量度，但安培力做功则反映了放入磁场中的通电导体与磁场共同具有能量例题1：匀强电场中有a、b、c三点，如图所示在
3、以它们为顶点的三角形中， a30、c90,电场方向与三角形所在平面平行已知a、b和c点的电势分别为V、V和2 V该三角形的外接圆上最低、最高电势分别为AV、V B0 V、4 V CV、 D0 V、V 考点2、“场”对物质的作用运动电荷磁场电场产生作用于产生作用于图6-1电荷电流图73电场对放入其中的电荷有力的作用，由此产生大量的有关电荷在电场中运动的试题；电场对放入其中的导体的作用，产生静电感应现象磁场只对运动电荷和电流可能有磁场力作用，当带电粒子的速度和导体与磁感线平行时不受磁场力洛伦兹力一般与带电粒子的平衡和匀速圆周运动问题相关图74例题2：如图74所示，一重力不计的带电粒子，在垂直纸面的
4、匀强磁场B1中做半径为r的匀速圆周运动那么当匀强磁场突然减弱B2之后，该带电粒子的动能将A不变B变大 C变小D不确定例题3：如图75所示，在原来不带电的金属细杆ab附近P处，放置一个正点电荷，达到静电平衡后，则（ ）图75Aa端的电势比b端的高Bb端的电势比d点的低Ca端的电势不一定比d点的低D杆内c处的场强的方向由a指向b三、热点分析： 电场、磁场问题一直是历届高考关注和考查的重点和热点，其中场对物质的作用更是力、电综合的命题的核心内容，从近两年高考试卷中有涉及两“场”试题有考查关于场的性质，有考查了场对物质的作用，特别是带电粒子在“场”中的运动，有考查综合问题，由此可见，场对物质的作用是1
5、00%命题热点解析试题可以完全按力学方法，从产生加速度和做功两个主要方面来展开思路，只是在粒子所受的各种机械力之外加上电场力罢了热点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热点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特别要注意训练“三维”图的识别例题：在如图所示的空间中，存在场强为E的匀强电场，同时存在沿x轴负方向，磁感应强度为
6、B的匀强磁场。一质子(电荷量为e)在该空间恰沿y轴正方向以速度v匀速运动。据此可以判断出A质子所受电场力大小等于eE，运动中电势能减小，沿着z轴方向电势升高B质子所受电场力大小等于eE，运动中电势能增大，沿着z轴方向电势降低C质子所受电场力大小等于evB，运动中电势能不变，沿着z轴方向电势升高图76D质子所受电场力大小等于evB，运动中电势能不变，沿着z轴方向电势降低例题4：如图76所示，一根长L1.5 m的光滑绝缘细直杆MN，竖直固定在场强为E1.0105 N/C、与水平方向成30角的倾斜向上的匀强电场中杆的下端M固定一个带电小球A，电荷量Q+4.510-6C；另一带电小球B穿在杆上可自由滑
7、动，电荷量q+1.010-6 C，质量m1.010-2 kg现将小球B从杆的上端N静止释放，小球B开始运动（静电力常量k9.0109 Nm2C2，取gl0 m/s2)小球B开始运动时的加速度为多大？小球B的速度最大时，距M端的高度h1为多大？小球B从N端运动到距M端的高度h20.6l m时，速度为v1.0 m/s，求此过程中小球B的电势能改变了多少？四、能力突破： 例题5：如图77所示，在第一象限的abcO范围内存在沿x正向的匀强电场，质量为m、电量为q的带电粒子，从原点O点以与x轴成角的初速度v0射入电场中，飞出电场时速度恰好沿y轴的正方向不计粒子的重力，则（ ）A粒子穿过电场的过程中，电场
8、力对粒子的冲量的大小是mv0cos，方向沿y轴负方向B粒子射出电场时速度大小为v0sinC粒子穿过电场的过程中，电场力做功v0图77OExycbaD粒子穿过电场的过程中，电势能减小abc图78例题6：如图78所示，带正电的小球穿在绝缘粗糙倾角为的直杆上，整个空间存在着竖直向上的匀强电场和垂直于杆斜向上的匀强磁场，小球沿杆向下滑动，在a点时动能为100J，到C点时动能为零，则b点恰为a、c的中点，则在此运动过程中（ ）A小球经b点时动能为50JB小球电势能增加量可能大于其重力势能减少量C小球在ab段克服摩擦力所做的功与在bc段克服摩擦力所做的功相等D小球到c点后可能沿杆向上运动v0MNB图79例
9、题7：如图79所示，两导体板水平放置，两板间电势差为U, 带电粒子以某一初速度v0沿平行于两板的方向从两板正中间射入，穿过两板后又垂直于磁场方向射入边界线竖直的匀强磁场，则：粒子射入磁场和射出磁场的M、N两点间的距离d随着U和v0的变化情况为（ ）A、d随v0增大而增大，d与U无关 B、d随v0增大而增大，d随U增大而增大C、d随U增大而增大，d与v0无关 D、d随v0增大而增大，d随U增大而减小例题（2008年上海）如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图。在Oxy平面的ABCD区域内，存在两个场强大小均为E的匀强电场I和II，两电场的边界均是边长为L的正方形（不计电子所受重力
10、）。（1）在该区域AB边的中点处由静止释放电子，求电子离开ABCD区域的位置。（2）在电场I区域内适当位置由静止释放电子，电子恰能从ABCD区域左下角D处离开，求所有释放点的位置。（3）若将左侧电场II整体水平向右移动L/n（n1），仍使电子从ABCD区域左下角D处离开（D不随电场移动），求在电场I区域内由静止释放电子的所有位置。例题9：地磁场可以有效抵御宇宙射线的侵入，保护地球赤道剖面外地磁场可简化为包围地球厚度为d的匀强磁场，方向垂直该剖面，如图712所示只要速度方向在该剖面内的射线粒子不能到达地面，则其它粒子不可能到达地面宇宙射线中对地球危害最大的带电粒子主要是粒子，设粒子的质量为m，电
11、荷量为e，最大速度为v，地球半径为R，匀强磁场的磁感应强度为B，不计大气对粒子运动的影响要使在赤道平面内从任意方向射来的粒子均不能到达地面，则磁场厚度d应满足什么条件？BdR图712图714OCADEB例题10：如图714所示，固定的光滑绝缘圆形轨道处于水平方向的匀强电场和匀强磁场中，已知圆形轨道半径R2.00m，磁感应强度B=1.00T，方向垂直于纸面向内，电场强度E=1.00102V/m，方向水平向右一个质量m=4.0010-2kg的小球（可视为质点）在轨道上的C点恰好处于静止状态，OC与竖直直径的夹角37（g取10m/s2，sin37=0.6，计算结果要求保留三位有效数字）求小球带何种电
12、荷，电荷量q是多少？现将电场突然反向，但强弱不变，因电场的变化而产生的磁场可忽略不计，小球始终在圆弧轨道上运动，试求在小球运动过程中与初始位置的电势差最大值Um是多少？对轨道的最大压力是多大？五、规律整合： 1两大思路：运动和力的关系、能量关系中学物理的重要思路，力、电综合的链条实际上，几乎所有力学规律和运动状态都可能在两场问题中得到体现；能量关系中注意电场力做功的特点，而洛伦兹力不做功2两大法则：等效法则和对称法则常用解题手段在匀强电场中以及在三场叠加时，若电场力或电场力与重力的合力恒定，既可采用等效重力场来处理；运动的对称性规律为解题提供快捷途径，包括类竖直上抛运动、类平抛运动、匀速圆周运
13、动、振动等都具体对称性；3一个偏角：带电粒子垂直于电场方向进入电场而发生偏转时，注意偏转角OBAO图716FF；4三个确定：当带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，相关问题的解答关键在三个确定，如图716所示：圆心O：总是位于粒子在不同位置的两点A、B处所受洛仑兹力F作用线的交点上或弦AB的中垂线OO与任一个洛仑兹力F作用线的交点上；半径R：物理方法；几何方法一般由三角计算来确定.圆心角与时间t：粒子的速度偏向角等于回旋角，并等于弦AB与切线的夹角(弦切角)的2倍，且有六、专题专练 一、选择题（共10小题，在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确。全部选对的得
14、4分，选不全的得2分，有选错的或不答的得0分）1. 一个电子穿过某一空间而未发生偏转，则此空间（）.一定不存在磁场.可能只存在电场.可能存在方向重合的电场和磁场.可能存在正交的磁场和电场2. 据报道，我国第21次南极科考队于2005年在南极考查时观察到了美丽的极光，极光是由来自太阳的高能量带电粒子流高速冲进高空稀薄大气层时，被地球磁场俘获的，从而改变原有运动方向，向两极做螺旋运动，如图1所示，这些高能粒子在运动过程中与大气分子或原子剧烈碰撞或摩擦从而激发大气分子或原子，使其发出有一定特征的各种颜色的光，由于地磁场的存在，使多数宇宙粒子不能达到地面而向人烟稀少的两极偏移，为地球生命的诞生和维持提供了天然的屏障，科学家发现并证实，向两极做螺旋运动的这些高能粒子的旋转半径是不断减少的，这主要与下列哪些因素有关（）.洛伦兹力对粒子做负功，使其动能减小.空气阻力做负功，使其动能减小.向南北两极磁感应强度不断增强.太阳对粒子的引力做负功3.一个质子在匀强磁场和匀强电场中运动时，动能保持不变，已知
