高三物理考点3 电场和磁场中的带电粒子人教版教材知识精讲.doc

用心爱心专心

高三物理考点3电场和磁场中的带电粒子人教版

【本讲教育信息】
一.教学内容：
考点3电场和磁场中的带电粒子

命题趋势
带电粒子在电场、磁场中的运动是中学物理中的重点内容，这类问题对学生的空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力有较高的要求，是考查考生多项能力的极好载体，因此历来是高考的热点，在实行了六年的理科综合能力测试中也是每年都考，预计以后每年都不会低于10%的分值。
带电粒子在电场、磁场中的运动与现代科技密切相关，在近代物理实验中有重大意义，因此考题有可能以科学技术的具体问题为背景。
当定性讨论这类问题时，试题常以选择题的形式出现，定量讨论时常以填空题或计算题的形式出现，计算题还常常成为试卷的压轴题。
知识概要
带电粒子在电场、磁场中的运动可分为下列几种情况

（一）带电粒子在电场中的运动
1.两个基本规律
库仑定律：F=keq\f(Q1Q2,r2)
电场的叠加规律：电场强度是矢量，当空间的电场由几个场源共同激发时，空间某点的电场强度等于各个场源单独存在时所激发的电场在该点场强的矢量和。若用电势描述，则是各个场源单独存在时所激发的电场在该点电势的代数和。
2.两个核心概念：电场强度和电势差
电场强度描述了电场的力的性质。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就是电场强度，公式为E=eq\f(F,q)。电场强度是矢量，方向是正电荷在该点受力的方向。
电势差描述电场的能的性质.电荷在电场中两点间移动时，电场力所做的功跟它的电荷量的比值叫做这两点间的电势差，公式为UAB=，是标量。
3.三个常用公式：E=eq\f(F,q)，E=keq\f(Q,r2)，E=eq\f(U,d)。
E=eq\f(F,q)是电场强度的定义式，适用于任何电场。电场中某点的电场强度是确定值，其大小和方向与检验电荷q无关。检验电荷q充当“测量工具”的作用。
E=keq\f(Q,r2)是真空中点电荷所形成的电场的决定式。
E=eq\f(U,d)是电场强度和电势差的关系式，只适用于匀强电场。
注意：式中d为两点中沿电场方向的距离。
4.两组关系
电场力做功与电势能改变的关系：W=－ΔE。
等势面与电场线的关系：电场线问题与等势面垂直，且从高等势面指向低等势面。
5.接在电路中电容器的两种变化
电容器两端的电压恒定时：电量Q=CU∝C，而C=eq\f(εS,4πkd)∝eq\f(εS,d)，E=eq\f(U,d)∝eq\f(1,d)。
充电后断开电路，电容器带电量Q恒定：C∝eq\f(εS,d)，U∝eq\f(d,εS)，E∝eq\f(1,εS)。

（二）带电粒子在磁场中的运动
1.洛伦兹力：
（1）产生洛伦兹力的条件：①电荷对磁场有相对运动。磁场对与其相对静止的电荷不会产生洛伦兹力作用。②电荷的运动速度方向与磁场方向不平行。
（2）洛伦兹力大小：当电荷运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力为零；当电荷运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力最大，等于qυB。
（3）洛伦兹力的方向：洛伦兹力方向用左手定则判断。
（4）洛伦兹力不做功。
2.带电粒子在洛伦兹力作用下的运动
（1）若带电粒子沿磁场方向射入磁场，即粒子速度方向与磁场方向平行，θ＝0°或180°时，带电粒子不受洛伦兹力作用，即F＝0，则粒子在磁场中以速度υ做匀速直线运动。
（2）若带电粒子的速度方向与匀强磁场方向垂直，即θ＝90°时，带电粒子所受洛伦兹力F＝Bqυ，方向总与速度υ垂直.由洛伦兹力提供向心力，使带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。求解此类问题的关键是分析并画出空间几何图形——轨迹图。

（三）带电粒子在复合场中的运动
1.带电粒子在复合场中的常见运动形式：
①当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，所处状态是静止或匀速直线运动状态；
②当带电粒子所受合外力只充当向心力时，粒子做匀速圆周运动；
③当带电粒子所受合外力变化且速度方向不在一条直线上时，粒子做非匀变速曲线运动。
2.注意电场力和洛伦兹力的特性：
①在电场中的电荷，不论其运动与否，都始终受电场力的作用；而磁场只对运动电荷且速度方向与磁场方向不平行的电荷有洛伦兹力作用；
②电场力的大小，与电荷运动速度无关，其方向可与电场方向相同或相反；而洛伦兹力的大小与电荷运动的速度有关，其方向始终既与磁场方向垂直，又与速度方向垂直，即垂直于磁场和速度共同决定的平面；
③从力的作用效果看，电场力既可以改变电荷运动速度的方向，也可以改变速度的大小；而洛伦兹力仅改变电荷运动速度的方向，不能改变速度的大小；
④从做功和能量转化角度看，电场力对电荷做功，但与运动路径无关，能够改变电荷