高三物理专题(六)电场与磁场、复合场

专题六《电场、磁场和复合场》一、大纲解读电场和磁场共22个考点，其中，I级考点有15个，II级考点有7个。

对I级考点，要知道其内容及含义，并能在有关问题中识别和直接使用；对II级考点，要理解其确切含义及与其他知识的联系，能够进行叙述和解释，并能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程中运用。

高考主要针对II级考点命题。

对库仑定律，要掌握其内容、适用条件、表达式及其应用，能用之处理平衡、非平衡等问题；对电场强度、点电荷的场强，要掌握定义、公式、适用条件，并用之处理叠加、对称、平衡、非平衡等问题；对电势差，要掌握定义式，能用之计算电势差及做功问题；对带电粒子在匀强电场中的运动，要能用牛顿定律、功能关系、运动合成与分解知识处理电荷平行进入或垂直进入电场的相关问题；对匀强磁场中的安培力、洛伦兹力，要能用左手定则判断方向，能在立体图转化成的平面图上正确标出方向，对电流与磁场垂直、带电粒子速度与磁场垂直情况定量计算，能用安培力做功、洛伦兹力不做功分析计算相关问题；对带电粒子在匀强磁场中的运动，不仅要会分析计算仅有磁场的圆周问题，对复合场问题也要能够处理，对磁场中的直线运动，平衡问题同样要求掌握。

二、高考预测电场和磁场是电学的基础知识，是历年考查的重点和热点。

对电场，高考命题主要集中在三个方面：其一是电场的描述，涉及电场强度、库仑力、带电粒子的平衡、点电荷周围的电场等（如08上海第14题、08山东理综第21题）；其二是电场线、静电平衡、电势差、电势、等势面电场力、电场力做功、电势能的变化（08海南物理第4、5题、08海南物理第6题、08江苏理综第6题、08上海第2题、08广东卷第8题），其三是平行板电容器及平行板电容器所形成的匀强电场、还有带电粒子在电场中的加速和偏转（如08宁夏理综第21题、08重庆理综第21题、08全国理综Ⅱ第19题）．对磁场，高考考查的知识点主要有磁场的叠加、安培定则和左手定则（如08宁夏理综第14题）、带电粒子在匀强磁场中的圆周运动（如08广东卷第9题08重庆理综第25题）。

电场、磁场与力学联系较密，往往命制力电、力磁综合题，巧妙的把电场、磁场与运动学、牛顿定律、物体平衡、动能定理等力学知识有机结合起来，从求解过程考查学生对力学、电学、磁场有关知识的理解和熟练程度以及分析解决综合问题的能力（如08北京理综第19题、08全国理综Ⅰ第25题、08四川理综第24题、08天津理综第23题、08江苏理综第14题、08山东理综第25题、08宁夏理综第24题等）．电场、磁场与生产技术、生活实际、科学研究等联系较多，成为近年高考试题中新情境综合问题的命题素材。

尖端放电和避雷针、电容式传感器、静电的防止和应用、示波管原理、静电分选、电磁炮、加速器、等离子发电机、质谱仪等为背景立意命题，都是较好的素材（如05全国Ⅰ第25题、08广东卷第4题）根据近年的高考经验，预计09年仍会把场强、电势、电势能、电场线、电场力做功、电容器和带电粒子的运动作为电场命题的重点和热点，把安培定则、左手定则、带电粒子在匀强磁场或复合场中的运动作为磁场命题的重点和热点，并且单独考查某一知识点的可能性很小，仍会保持电场或磁场内多知识点综合考查的命题趋势，如果电场和磁场综合命题，则是以复合场以带电粒子的运动命题。

预计09年本专题可能结合嫦娥一号、神七等实际问题为背景立意命题。

三、重点剖析1．电场强度：定义式E =qF （适用于任何电场）、决定式E=2r Q K （仅适用于真空中点电荷的电场）和AB U E d=（d 是电势差为AB U 的两点A 、B 在电场线方向上的投影的长度，仅适用于匀强电场）。

电场强度是矢量，规定电场强度的方向与正电荷受力的方向相同，电场强度由电场本身决定，与检验电荷无关。

2．电场力：（1）矢量。

大小：F Eq =(普遍适用)，221r Q Q k F =（适用于真空点电荷）；对正电荷：F 与E 同向；对负电荷：F 与E 反向。

（2）电场力做功的特点：电场力做的功只与电荷的起始和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。

其大小W qU =。

3．电势、电势差：电势、电势差都是描述电场能的性质的物理量，因为电势是个相对量，所以研究电势，首先要选取电势的零点。

电势差是个绝对量，它等于两点的电势之差（A B A B U ϕϕ=-）；电势差的定义式是q W U AB AB =，在计算时，各量的正负号要一同代入计算。

电势、电势差均有正负，且都是标量。

在等量同号电荷连线中点场强为零，电势不为零；在中垂线上，中点和无远处场强都是零，中间有一最大值。

在等量异号电荷连线中点电势为零，场强不为零；中垂线是零等势线，场强与中垂线垂直，中点场强最大。

4.电场线、磁感线和等势面电场线与磁感线：(1)电场线和磁感线都是为了形象地描述场而引入的假想线．实际上并不存在．(2)电场线和磁感线都是用来描述场的强弱和方向的．电场线和磁感线的疏密程度分别表示了电场和磁场的强弱，电场线和磁感线切线方向分别表示了电场和磁场的方向．(3)电场线和磁感线都不可能相交和相切．因为如果相交。

在相交点处就会出现两个切线方向，与电场和磁场中某一确定点的场的方向是唯一的相矛盾．(4)电场线和磁感线的显著区别是：电场线起始于正电荷，终止于负电荷，是非闭合的曲线；而磁感线是闭合的曲线．电场线与等势面：沿电场线方向电势降低，电场线与等势面一定垂直，且从电势高的等势面指向电势低的等势面。

在同一等势面上移动电荷时电场力不做功；电场线越密的地方，等势面越密。

点电荷的电场线是辐射状，等势面是以点电荷为球心的一簇球面；匀强电场的电场线是分布均匀的平行直线，等势面是与电场线垂直的平行的平面。

电流的磁感线用安培定则判断。

安培定则有针对直线电流的、环形电流的和通电螺线管的。

安培定则反映的是电流和它产生的磁场之间的关系。

直线电流的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆，环形电流中心轴线上的磁场方向与环形电流平面垂直，通电螺线管内部的磁感线是与中心轴线平行的直线。

5．电容器的两个公式：Q c U =（定义式，普遍适用），4r s c kdεπ=（平行板电容器电容的决定式）。

对一个确定的电容器，电容c 是不变的，电量Q 与电势差U 成正比。

1212Q Q Q c U U U∆===∆。

静电计张角越大，说明电容器两极板间电势差越大。

6．磁感线强度与磁场力 磁感应强度定义式F B IL=（导线与磁场方向要垂直放置），小磁针静止时N 极所指的方向或磁针北极受力方向规定为该点的磁感应强度方向。

磁感应强度由磁场本身决定，与放不放电流元及电流元受力情况无关。

安培力sin F BIL θ=（θ是B 与I 之间的夹角）和洛伦兹力()F qvB v B =⊥的方向用左手定则判断．安培力垂至于磁感线和电流所决定的平面，洛伦兹力垂至于运动方向和磁感线所决定的平面。

安培力可以做功，洛伦兹力不做功。

7．带电粒子的运动（1）平衡（包含电场力、磁场力之内的所有力的合力为零）；（2）加速（可利用动能定理）；（3）偏转：电荷垂直于匀强电场进入时，做类平抛运动；带电粒子垂直进入匀强磁场中，洛伦兹力提供粒子做匀速圆周运动的向心力。

其规律有：222224(2)v qvB m mr mr mr f r T πωπ====；轨道半径mv r qB =；周期2m T qBπ=（T 与r 、v 无关）。

示波管是综合应用加速和和偏转的仪器。

质谱仪（测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具），速度选择器 （通过同一个速度选择器出来的粒子速度大小都相同，E v B =）、磁流体发电和回旋加速器 (获得高能粒子的工具)都是应用洛伦兹力的仪器。

磁电式电流表是应用安培力的仪器。

四、考点透视考点1：电场、磁场的基础知识例1 、关于磁感线，下列说法中正确的是（ ）A ．磁感线是实际存在于磁场中的线B ．磁感线上任意一点的切线方向，都跟该点的磁场方向一致C ．磁感线是一条条不闭合的曲线D ．磁感线有可能出现相交的情况解析 磁感线是为了形象、直观表示磁场的强弱和方向而引入的假设的曲线，是不存在，故A 项错；因磁感线上每点的切线方向就是磁感应强度的方向，故B 项对；磁感线是闭合的曲线，任意两条磁感线都能不相交，故C 、D 项均错．答案 B ．点拨 涉及磁感线、电场线的命题较多，要牢记两种磁感线的特点，根据疏密定性判断大小，根据切线方向确定电场强度、磁感应强度方向，根据沿电场线方向判断电势高低。

例2 （08海南物理）质子和中于是由更基本的粒子即所谓“夸克”组成的．两个强作用电荷相反（类似于正负电荷）的夸克在距离很近时几乎没有相互作用（称为“渐近自由”）；在距离较远时，它们之间就会出现很强的引力（导致所谓“夸克禁闭”）．作为一个简单的模型，设这样的两夸克之间的相互作用力F 与它们之间的距离r 的关系为：101220, 0, 0, r r F F r r r r r ⎧⎪=-⎨⎪⎩＜＜≤≤＞式中F 0为大于零的常量，负号表示引力．用U 表示夸克间的势能，令U 0＝F 0(r 2—r 1)，取无穷远为势能零点．下列U －r 图示中正确的是【解析】：取无限远处为势能的零点，在两个夸克间的距离大于r 2时，两个夸克间的相互作用力为零，则电势能不变，即此时势能为零；当两个夸克间的距离小于r 2大于r 1时，两个夸克间的相互作用力为F 0为引力，当两个夸克间的距离减小时，引力做正功，则电势能减小，当距离为r 1时，电势能为-U 0，当两个夸克间的距离小于r 1时，两个夸克间的相互作用力为零，电场力不做功，则电势能不改变，即为-U 0。

可见能正确反应U-r 关系图像为B 。

－－－点评：本题先给出了一个新情景，要注意夸克发生相互作用的距离的范围，并由此产生对电势能的改变的影响；还要注意电场力做功与电势能变化之间的关系。

即：电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增加。

电场线、电势差、电势能是电场中出镜率较高的基本知识之一，很多时候会与电场力做功综合考查，复习时要注意掌握其综合应用。

考点2、电容器例题2、如图所示，由金属板组成的电容器，充电后与静电计相连。

要使静电计张角变大，下列措施中可行的是（ ）A ．板A 向上移动B ．板A 向左移动C ．板之间充满介质D ．使板放走部分电荷解析：要使静电计的张角变大，即使A 、B 两板间的电压变大。

由公式CQ U =知，要使U 变大，只要使电容器的电容变小即可。

如果让极板向上移动，则电容器的正对面积减小，电容器的电容变小，故答案A 可行；如果让极板向左移动，则两极板间的距离变大，电容器的电容变小，答案B 也可以；当让电容器充满电介质，电容器的电容变大，故答案C 不行。

如果移走部分电荷，在电容器的电容不变的情况下，由公式CQ U =知，电容器两极板间的电压变小，故答案D 不行。