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2023高考物理二轮总复习 专题微课3-1 电场、磁场的性质 课件PPT
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这是一份2023高考物理二轮总复习 专题微课3-1 电场、磁场的性质 课件PPT，共42页。PPT课件主要包含了答案C，答案B，答案D，答案BC，答案A等内容，欢迎下载使用。
防误点：本题取走A、B处两段小圆弧上的电荷后，因不能根据对称性正确判断出剩余电荷在O点的电场强度与A、B两处取走的电荷在O点的电场强度等大反向而导致解题失误。
解析：电场力做功的公式为WAB＝qUAB＝q(φA－φB)，由题图知φb＝φe，则正电荷从b点运动到e点，电场力不做功，A错误；电子从a运动到d点，Wad＝－e(φa－φd)＝4 eV，B正确；电场线与等势面垂直且指向电势低的方向，故C错误；在电场中，等差等势面越密，场强越大，故a、b、c、d四点中，b点的场强最大，D正确。答案：BD
因“电场线与等势线区分不清”而导致解题失误3．(2022·浙江1月选考)某种气体—电子放大器的局部结构是由两块夹有绝缘介质的平行金属薄膜构成，其上存在等间距小孔，其中相邻两孔截面上的电场线和等势线的分布如图所示。下列说法正确的是 ( )A．a点所在的线是等势线B．b点的电场强度比c点大C．b、c两点间的电势差的值比a、c两点间的大D．将电荷沿图中的线从d→e→f→g移动时电场力做功为零防误点：本题情境较新，题目中并没有告诉哪是等势线哪是电场线，学生易误把等势线视为电场线导致解题失误。
解析：因上下为两块夹有绝缘介质的平行金属薄膜，则a点所在的线是电场线，A错误；因c处的电场线较b点密集，则c点的电场强度比b点大，B错误；因b、c两点所处的线为等势线，可知b、c两点间的电势差的值比a、c两点间的大，C正确；因d、g两点在同一电场线上，电势不相等，则将电荷沿图中的线从d→e→f→g移动时电场力做功不为零，D错误。答案：C
因“不能熟练掌握两通电导线间的安培力作用关系”而导致高耗低效4．(2021·广东高考)截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线。若中心直导线通入电流I1，四根平行直导线均通入电流I2，I1≫I2，电流方向如图所示，下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是( )防误点：学生易把“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”与“同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引”混淆。
解析：因I1≫I2，则可不考虑四个边上的直导线之间的相互作用；根据两通电直导线间的安培力作用满足“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”，则正方形左右两侧的直导线I2要受到I1吸引的安培力，形成凹形，正方形上下两边的直导线I2要受到I1排斥的安培力，形成凸形，故变形后的形状如选项C所示。答案：C
加强点(一) 双点电荷形成的电场问题模型1 等量异种双点电荷电场[例1] (多选)如图所示，竖直面内一绝缘细圆环的上、下半圆分别均匀分布着等量异种电荷。a、b为圆环水平直径上的两个点，c、d为竖直直径上的两个点，它们与圆心的距离均相等。则 ( )A．a、b两点的场强相等B．a、b两点的电势相等C．c、d两点的场强相等 D．c、d两点的电势相等
[解析] 若以a、b点所在直线为分界线，该题所述的带电圆环，可等效为无数对上下对称分布的等量异种点电荷电场的叠加，等效电场如图所示。由场强空间分布的对称性不难得到，A、C正确；又由于a、b两点处在等势面上，因此，a、b两点电势相等，B正确；而c、d两点处在同一电场线上，由c至d电势一直在降低，即φc＞φd，D错误。[答案] ABC
[思维建模]1．模型适用条件：等量异种电荷。2．模型特点：双点电荷连线自左至右，场强先减小后增大，中点最小；电势逐渐降低。在双点电荷连线中垂线上，沿中垂线自上而下，场强先增大后减小，中点最大；中垂线(面)为等势线(面)，且与无穷远处电势相同，若选定无穷远处电势为零，则中垂线上各点的电势均为零。
模型2 等量同种双点电荷电场[例2] 如图所示，正方形ABCD的对角线相交于O点，两个等量同种正点电荷分别固定在A、C两点，则 ( )A．B、D两处电势、场强均相同B．B、D两处电势、场强均不相同C．若在B点静止释放一电子，电子一定在B、D间往复运动，且加速度先减小后增大D．若在B点给电子一垂直纸面合适的速度，电子可绕O点做匀速圆周运动
[解析] 在等量同种正点电荷连线的中垂线上，电场强度从O点开始向上、下两边先增大后减小，在O点上方的电场强度方向竖直向上，在O点下方的电场强度方向竖直向下，根据对称性可知B、D两点的电场强度大小相同，方向不同，电势相同，故A、B错误；无法判断从O到B(O到D)电场强度是一直增大，还是先增大后减小，故无法判断电子的加速度的变化情况，C错误；在垂直纸面，以O点为圆心且经过B、D两点的圆上，所有点的电势相等，并且电子受到的电场力指向O点，与速度方向垂直，电子速度合适可绕O点做匀速圆周运动，D正确。[答案] D
[思维建模]1．模型适用条件：等量同种电荷。2．模型特点：双点电荷连线自左至右，场强先减小后增大，中点场强为零；电势先减小后增大，中点电势最低。在双点电荷连线中垂线上，自连线中点沿中垂线至无穷远处，场强先增大后减小；电势逐渐降低，中点电势最高。
模型3 不等量异种双点电荷电场[例3] (2022·河北高考)如图，真空中电荷量为2q和－q(q>0)的两个点电荷分别位于M点与N点，形成一个以MN延长线上O点为球心，电势为零的等势面(取无穷远处电势为零)，P为MN连线上的一点，S为等势面与直线MN的交点，T为等势面上的一点，下列说法正确的是 ( ) A．P点电势低于S点电势B．T点电场强度方向指向O点C．除无穷远处外，MN直线上还存在两个电场强度为零的点D．将正试探电荷q0从T点移到P点，静电力做正功
[思维建模]1．模型适用条件：不等量异种电荷。2．模型特点：如图所示，为不等量异种双点电荷(图中左侧为正电荷，右侧为负电荷，且右侧电荷量较大)电场线与等势面分布图。双点电荷连线自左至右，场强先减小后增大；电势逐渐降低。沿双点电荷连线靠近电荷量小的外侧(图中正的点电荷的左侧)某点场强为零。
模型4 不等量同种双点电荷电场[例4] (多选)真空中有两个固定的带正电的点电荷，电荷量不相等。一个带负电的试探电荷置于二者连线上的O点时，仅在电场力的作用下恰好保持静止状态。过O点作两正电荷连线的垂线，以O点为圆心的圆与连线和垂线分别交于a、c和b、d，如图所示。以下说法正确的是 ( )A．a点电势低于O点B．b点电势低于c点C．该试探电荷在a点的电势能大于在b点的电势能D．该试探电荷在c点的电势能小于在d点的电势能
[解析] 两点电荷带正电，可知连线上O点左侧各点场强方向向右、右侧各点场强方向向左，而沿场强方向电势降低，故φa＞φO、φc＞φO，A项错误；从O点沿垂线到b点，两场源电荷产生的电场沿垂线方向的分量由O指向b，故φO＞φb，而φc＞φO，故φb＜φc，B项正确；同理再结合对称性有φb＝φd＜φc、φb＝φd＜φa，由于负电荷在电势越高处电势能越小，故试探电荷在a点的电势能小于在b点的电势能、在c点的电势能小于在d点的电势能，C项错误，D项正确。[答案] BD
[思维建模]1．模型适用条件：不等量同种电荷。2．模型特点：如图所示，为不等量同种双点电荷(正电荷)电场线与等势面分布图(图中左侧电荷量较大)。双点电荷连线自左至右，场强先减小后增大，在双点电荷连线之间，靠近电荷量小的一侧(图中两点电荷之间连线右侧)某点场强为零。
加强点(二) 电场中的图像问题[科学思维]四种常见图像的特点及规律
[解题指导](1)在点电荷形成的电场中，离正点电荷越近，电势越高；离负点电荷越近，电势越低。(2)在φ-x图像中，斜率的大小表示场强的大小，斜率为零说明场强为零，场强的方向沿电势降落最快的方向。
[素养训练]1．(2022·辽宁六校联考)如图甲所示，点电荷Q1、Q2固定在水平连线上，其延长线上有b、a两点，Q1带正电，检验电荷＋q仅受电场力作用，t＝0时经过b点，然后沿ba向右运动，其v-t图像如图乙所示，vb、va分别为检验电荷经过b、a两点时的速度大小，则 ( )A．Q2带正电B．从b点到a点，检验电荷＋q做加速度逐渐增大的减速运动C．从b点向右运动全过程，电场力一直对检验电荷＋q 做负功D．从b点到a点，检验电荷＋q的电势能逐渐增大
解析：从v-t图像可知，检验电荷＋q从b到a做加速度减小的减速运动，在a点时检验电荷＋q的加速度为零，则检验电荷＋q在a点所受的电场力为零，所以该点场强为零，Q1对检验电荷＋q的电场力向右，则Q2对检验电荷＋q的电场力向左，所以Q2带负电，故A、B错误；检验电荷＋q从b向右运动的过程，动能先减小后增大，根据能量守恒定律知电势能先增大后减小，电场力先做负功后做正功，故C错误；由b运动到a的过程动能减小，电势能增大，D正确。答案：D
2．如图甲所示，在某电场中建立x坐标轴，一个电子仅在电场力作用下沿x轴正方向运动，经过A、B、C三点，已知xC－xB＝xB－xA。该电子的电势能Ep随坐标x变化的关系如图乙所示。则下列说法中正确的是( )A．A点电势高于B点电势B．A点的电场强度小于B点的电场强度C．A、B两点电势差|UAB|等于B、C两点电势差|UBC|D．电子经过A点的速率小于经过B点的速率
3．画好“两个图形”(1)对磁场合成问题画好合成图。(2)对安培力作用下的平衡、运动问题画好受力图。4．熟记“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直线电流ac。(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铁，如图乙所示。
[素养训练]1．(2022·全国乙卷)(多选)安装适当的软件后，利用智能手机中的磁传感器可以测量磁感应强度B。如图，在手机上建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy面。某同学在某地对地磁场进行了四次测量，每次测量时y轴指向不同方向而z轴正向保持竖直向上。根据表中测量结果可推知 ( )
A．测量地点位于南半球B．当地的地磁场大小约为50 μTC．第2次测量时y轴正向指向南方D．第3次测量时y轴正向指向东方
2．(2022·重庆高三月考)如图所示，两圆弧中的电流大小相等，电流在圆心处产生的磁场的磁感应强度大小与其半径成反比，直线电流在其延长线上的磁感应强度为零，则关于图中a、b两点(分别为各圆的圆心)的磁感应强度的大小关系和a点的磁感应强度的方向，下列说法正确的是 ( )A．Ba＜Bb，Ba垂直纸面向外B．Ba＞Bb，Ba垂直纸面向外C．Ba＜Bb，Ba垂直纸面向里D．Ba＝Bb，Ba垂直纸面向里
“微课精练”见“微课精练（十一）” (单击进入电子文档)
防误点：本题取走A、B处两段小圆弧上的电荷后，因不能根据对称性正确判断出剩余电荷在O点的电场强度与A、B两处取走的电荷在O点的电场强度等大反向而导致解题失误。
解析：电场力做功的公式为WAB＝qUAB＝q(φA－φB)，由题图知φb＝φe，则正电荷从b点运动到e点，电场力不做功，A错误；电子从a运动到d点，Wad＝－e(φa－φd)＝4 eV，B正确；电场线与等势面垂直且指向电势低的方向，故C错误；在电场中，等差等势面越密，场强越大，故a、b、c、d四点中，b点的场强最大，D正确。答案：BD
因“电场线与等势线区分不清”而导致解题失误3．(2022·浙江1月选考)某种气体—电子放大器的局部结构是由两块夹有绝缘介质的平行金属薄膜构成，其上存在等间距小孔，其中相邻两孔截面上的电场线和等势线的分布如图所示。下列说法正确的是 ( )A．a点所在的线是等势线B．b点的电场强度比c点大C．b、c两点间的电势差的值比a、c两点间的大D．将电荷沿图中的线从d→e→f→g移动时电场力做功为零防误点：本题情境较新，题目中并没有告诉哪是等势线哪是电场线，学生易误把等势线视为电场线导致解题失误。
解析：因上下为两块夹有绝缘介质的平行金属薄膜，则a点所在的线是电场线，A错误；因c处的电场线较b点密集，则c点的电场强度比b点大，B错误；因b、c两点所处的线为等势线，可知b、c两点间的电势差的值比a、c两点间的大，C正确；因d、g两点在同一电场线上，电势不相等，则将电荷沿图中的线从d→e→f→g移动时电场力做功不为零，D错误。答案：C
因“不能熟练掌握两通电导线间的安培力作用关系”而导致高耗低效4．(2021·广东高考)截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线。若中心直导线通入电流I1，四根平行直导线均通入电流I2，I1≫I2，电流方向如图所示，下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是( )防误点：学生易把“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”与“同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引”混淆。
解析：因I1≫I2，则可不考虑四个边上的直导线之间的相互作用；根据两通电直导线间的安培力作用满足“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”，则正方形左右两侧的直导线I2要受到I1吸引的安培力，形成凹形，正方形上下两边的直导线I2要受到I1排斥的安培力，形成凸形，故变形后的形状如选项C所示。答案：C
加强点(一) 双点电荷形成的电场问题模型1 等量异种双点电荷电场[例1] (多选)如图所示，竖直面内一绝缘细圆环的上、下半圆分别均匀分布着等量异种电荷。a、b为圆环水平直径上的两个点，c、d为竖直直径上的两个点，它们与圆心的距离均相等。则 ( )A．a、b两点的场强相等B．a、b两点的电势相等C．c、d两点的场强相等 D．c、d两点的电势相等
[解析] 若以a、b点所在直线为分界线，该题所述的带电圆环，可等效为无数对上下对称分布的等量异种点电荷电场的叠加，等效电场如图所示。由场强空间分布的对称性不难得到，A、C正确；又由于a、b两点处在等势面上，因此，a、b两点电势相等，B正确；而c、d两点处在同一电场线上，由c至d电势一直在降低，即φc＞φd，D错误。[答案] ABC
[思维建模]1．模型适用条件：等量异种电荷。2．模型特点：双点电荷连线自左至右，场强先减小后增大，中点最小；电势逐渐降低。在双点电荷连线中垂线上，沿中垂线自上而下，场强先增大后减小，中点最大；中垂线(面)为等势线(面)，且与无穷远处电势相同，若选定无穷远处电势为零，则中垂线上各点的电势均为零。
模型2 等量同种双点电荷电场[例2] 如图所示，正方形ABCD的对角线相交于O点，两个等量同种正点电荷分别固定在A、C两点，则 ( )A．B、D两处电势、场强均相同B．B、D两处电势、场强均不相同C．若在B点静止释放一电子，电子一定在B、D间往复运动，且加速度先减小后增大D．若在B点给电子一垂直纸面合适的速度，电子可绕O点做匀速圆周运动
[解析] 在等量同种正点电荷连线的中垂线上，电场强度从O点开始向上、下两边先增大后减小，在O点上方的电场强度方向竖直向上，在O点下方的电场强度方向竖直向下，根据对称性可知B、D两点的电场强度大小相同，方向不同，电势相同，故A、B错误；无法判断从O到B(O到D)电场强度是一直增大，还是先增大后减小，故无法判断电子的加速度的变化情况，C错误；在垂直纸面，以O点为圆心且经过B、D两点的圆上，所有点的电势相等，并且电子受到的电场力指向O点，与速度方向垂直，电子速度合适可绕O点做匀速圆周运动，D正确。[答案] D
[思维建模]1．模型适用条件：等量同种电荷。2．模型特点：双点电荷连线自左至右，场强先减小后增大，中点场强为零；电势先减小后增大，中点电势最低。在双点电荷连线中垂线上，自连线中点沿中垂线至无穷远处，场强先增大后减小；电势逐渐降低，中点电势最高。
模型3 不等量异种双点电荷电场[例3] (2022·河北高考)如图，真空中电荷量为2q和－q(q>0)的两个点电荷分别位于M点与N点，形成一个以MN延长线上O点为球心，电势为零的等势面(取无穷远处电势为零)，P为MN连线上的一点，S为等势面与直线MN的交点，T为等势面上的一点，下列说法正确的是 ( ) A．P点电势低于S点电势B．T点电场强度方向指向O点C．除无穷远处外，MN直线上还存在两个电场强度为零的点D．将正试探电荷q0从T点移到P点，静电力做正功
[思维建模]1．模型适用条件：不等量异种电荷。2．模型特点：如图所示，为不等量异种双点电荷(图中左侧为正电荷，右侧为负电荷，且右侧电荷量较大)电场线与等势面分布图。双点电荷连线自左至右，场强先减小后增大；电势逐渐降低。沿双点电荷连线靠近电荷量小的外侧(图中正的点电荷的左侧)某点场强为零。
模型4 不等量同种双点电荷电场[例4] (多选)真空中有两个固定的带正电的点电荷，电荷量不相等。一个带负电的试探电荷置于二者连线上的O点时，仅在电场力的作用下恰好保持静止状态。过O点作两正电荷连线的垂线，以O点为圆心的圆与连线和垂线分别交于a、c和b、d，如图所示。以下说法正确的是 ( )A．a点电势低于O点B．b点电势低于c点C．该试探电荷在a点的电势能大于在b点的电势能D．该试探电荷在c点的电势能小于在d点的电势能
[解析] 两点电荷带正电，可知连线上O点左侧各点场强方向向右、右侧各点场强方向向左，而沿场强方向电势降低，故φa＞φO、φc＞φO，A项错误；从O点沿垂线到b点，两场源电荷产生的电场沿垂线方向的分量由O指向b，故φO＞φb，而φc＞φO，故φb＜φc，B项正确；同理再结合对称性有φb＝φd＜φc、φb＝φd＜φa，由于负电荷在电势越高处电势能越小，故试探电荷在a点的电势能小于在b点的电势能、在c点的电势能小于在d点的电势能，C项错误，D项正确。[答案] BD
[思维建模]1．模型适用条件：不等量同种电荷。2．模型特点：如图所示，为不等量同种双点电荷(正电荷)电场线与等势面分布图(图中左侧电荷量较大)。双点电荷连线自左至右，场强先减小后增大，在双点电荷连线之间，靠近电荷量小的一侧(图中两点电荷之间连线右侧)某点场强为零。
加强点(二) 电场中的图像问题[科学思维]四种常见图像的特点及规律
[解题指导](1)在点电荷形成的电场中，离正点电荷越近，电势越高；离负点电荷越近，电势越低。(2)在φ-x图像中，斜率的大小表示场强的大小，斜率为零说明场强为零，场强的方向沿电势降落最快的方向。
[素养训练]1．(2022·辽宁六校联考)如图甲所示，点电荷Q1、Q2固定在水平连线上，其延长线上有b、a两点，Q1带正电，检验电荷＋q仅受电场力作用，t＝0时经过b点，然后沿ba向右运动，其v-t图像如图乙所示，vb、va分别为检验电荷经过b、a两点时的速度大小，则 ( )A．Q2带正电B．从b点到a点，检验电荷＋q做加速度逐渐增大的减速运动C．从b点向右运动全过程，电场力一直对检验电荷＋q 做负功D．从b点到a点，检验电荷＋q的电势能逐渐增大
解析：从v-t图像可知，检验电荷＋q从b到a做加速度减小的减速运动，在a点时检验电荷＋q的加速度为零，则检验电荷＋q在a点所受的电场力为零，所以该点场强为零，Q1对检验电荷＋q的电场力向右，则Q2对检验电荷＋q的电场力向左，所以Q2带负电，故A、B错误；检验电荷＋q从b向右运动的过程，动能先减小后增大，根据能量守恒定律知电势能先增大后减小，电场力先做负功后做正功，故C错误；由b运动到a的过程动能减小，电势能增大，D正确。答案：D
2．如图甲所示，在某电场中建立x坐标轴，一个电子仅在电场力作用下沿x轴正方向运动，经过A、B、C三点，已知xC－xB＝xB－xA。该电子的电势能Ep随坐标x变化的关系如图乙所示。则下列说法中正确的是( )A．A点电势高于B点电势B．A点的电场强度小于B点的电场强度C．A、B两点电势差|UAB|等于B、C两点电势差|UBC|D．电子经过A点的速率小于经过B点的速率
3．画好“两个图形”(1)对磁场合成问题画好合成图。(2)对安培力作用下的平衡、运动问题画好受力图。4．熟记“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直线电流ac。(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铁，如图乙所示。
[素养训练]1．(2022·全国乙卷)(多选)安装适当的软件后，利用智能手机中的磁传感器可以测量磁感应强度B。如图，在手机上建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy面。某同学在某地对地磁场进行了四次测量，每次测量时y轴指向不同方向而z轴正向保持竖直向上。根据表中测量结果可推知 ( )
A．测量地点位于南半球B．当地的地磁场大小约为50 μTC．第2次测量时y轴正向指向南方D．第3次测量时y轴正向指向东方
2．(2022·重庆高三月考)如图所示，两圆弧中的电流大小相等，电流在圆心处产生的磁场的磁感应强度大小与其半径成反比，直线电流在其延长线上的磁感应强度为零，则关于图中a、b两点(分别为各圆的圆心)的磁感应强度的大小关系和a点的磁感应强度的方向，下列说法正确的是 ( )A．Ba＜Bb，Ba垂直纸面向外B．Ba＞Bb，Ba垂直纸面向外C．Ba＜Bb，Ba垂直纸面向里D．Ba＝Bb，Ba垂直纸面向里
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