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        高考風(fēng)向標
        ——課本回顧系列之《選修3—1》

        2017-08-22 05:36:12山西石有山
        教學(xué)考試(高考物理) 2017年3期
        關(guān)鍵詞:電場線電勢小球

        山西 石有山

        高考風(fēng)向標
        ——課本回顧系列之《選修3—1》

        山西 石有山

        《選修3—1》是電學(xué)中最重要的知識,牽涉到電場、電流和磁場,在高考中占30分左右,在最后沖刺階段,要抓住基礎(chǔ),瞄準方向,有針對性地訓(xùn)練。

        主題一:電場

        【命題解讀】本章共13個考點,帶電粒子在電場中的運動、E-x圖象、φ-x圖象等是高考近年考查的重點,難度適中,考查計算、選擇的可能性都有。

        【教材要點】

        (1)兩種描述

        (2)兩種圖線

        電場線是為了形象化描述電場而假想的曲線,它從正電荷或無窮遠處出發(fā)終止于負電荷或無窮遠處,電場線在某點的切線方向表示該點的場強方向,電場線的疏密表示場強的大小。等勢線(面)是電勢相等的點構(gòu)成的線(面)。

        電場線與等勢線(面)的關(guān)系:等勢線(面)一定跟電場線垂直,即跟場強的方向垂直;場強E的方向是電勢降落最快的方向,電場線由電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面。

        (3)一種類比思想

        電場力做功與重力做功一樣,在電場中移動電荷時,電場力做多少正功,電荷的電勢能就減小多少;電場力做多少負功,則電荷的電勢能就增加多少。計算方法為WAB=EPA-EPB=qφA-qφB=q(φA-φB)=q UAB。

        (4)一個器件

        【例1】(2016·河北冀州中學(xué)一輪復(fù)習(xí)檢測)如圖1所示,在(0,y0)和(0,-y0)兩位置分別固定一個電荷量為+Q的點電荷。另一個帶電荷量為+q的點電荷從(-x0,0)位置以初速度v0沿x軸正方向運動。點電荷+q從(-x0,0)到(x0,0)的過程中只受電場力作用,下列描述其加速度a或速度v與位置x的關(guān)系可能正確的是 ( )

        圖1

        【答案】D

        【方法技巧】當帶電粒子只在電場力作用下運動時,如果給出了粒子運動的情況,則根據(jù)加速度情況判斷電場情況,進一步判斷電場線的情況;如果給出電場線分布,則先得到電場力情況,進而得到加速度變化情況,根據(jù)加速度情況判斷運動情況。

        φ-x圖象是指靜電場中電勢φ隨x變化情況的圖象,φ-x圖象斜率大小表示電場強度沿x方向分量的大?。籈-x圖象指靜電場中電勢E隨x變化情況的圖象,電場強度的0值是電場線改變方向的位置,E-x圖象與x軸所圍面積表示兩點間的電勢差。

        【易錯必清】

        1.庫侖定律只成立于兩個點電荷之間,對于勻質(zhì)球體不成立。

        2.求電場強度E的三個公式容易混淆。在電場中判斷E大小、電勢高低、電勢能的大小容易混淆。

        3.注意U=Ed的適用條件,適用于勻強電場,d為兩點間沿場強方向的距離,但對非勻強電場定性成立。

        4.注意平行板電容器與靜電計相連,靜電計指針夾角大則板間電壓大,夾角小則板間電壓小。

        主題二:恒定電流

        【命題解讀】6個考點中,歐姆定律、電源的電動勢和內(nèi)阻、閉合電路的歐姆定律是Ⅱ級考點,本部分高考考查的重點是電路的動態(tài)分析。

        【教材要點】

        1.電路清楚:弄清各電路元件的串、并聯(lián)關(guān)系,把電路簡化。

        2.對應(yīng)關(guān)系清楚:對某一支路或某一電阻,流經(jīng)它的電流I、它兩端的電壓U、它的功率P都要弄清,即U、I、P要與R對應(yīng),不能張冠李戴。

        3.問題的切入點要清楚:串、并聯(lián)電路的電阻、電壓、電流、功率都遵循各自的規(guī)律,公式繁多,在分析和計算時,要找準切入點,即從內(nèi)電路還是外電路入手,從哪個電阻入手。

        4.動態(tài)變化要清楚:當電路連接方式改變或某個外電阻發(fā)生變化時,電路各部分的電流、電壓、電功率分配一般都會發(fā)生變化,但電源電動勢和內(nèi)電阻不變。

        【例2】(2017·銀川一中高三年級第五次月考)如圖2所示電路中,R1、R2為定值電阻,電源的內(nèi)電阻為r,且r<R2。閉合開關(guān)S,電壓表顯示有讀數(shù),調(diào)節(jié)可變電阻R的阻值,電壓表示數(shù)增大量為ΔU。對此過程,下列判斷正確的是 ( )

        圖2

        A.可變電阻R阻值增大,流過它的電流增大

        B.電阻R2兩端的電壓減小,減小量小于ΔU

        D.電源的輸出功率減小,效率卻增大

        【答案】BCD

        【方法技巧】電路動態(tài)電路分析

        閉合電路中外電路的結(jié)構(gòu)或某一部分電阻發(fā)生變化時,外電路各部分的電壓、電流及功率都相應(yīng)地發(fā)生變化。根據(jù)外電路結(jié)構(gòu)或某一部分的電阻變化,確定閉合電路外電路各部分電壓、電流及功率的變化,稱為閉合電路的動態(tài)分析。動態(tài)分析方法如下:

        方法一:基本方法。理論根據(jù)是閉合電路歐姆定律以及由它推導(dǎo)出來的路端電壓、干路電流與外電阻之間的變化關(guān)系,遵循由部分到整體再到部分的思路進行分析。

        方法二:結(jié)論法。即“串反并同”規(guī)律和“支路恒大”規(guī)律?!按床⑼币?guī)律是指在一個純電阻直流電路中,如果只有一個電阻值發(fā)生變化時,與之廣義串聯(lián)(直接串聯(lián)或間接串聯(lián))的其他電阻的電壓、電流、功率的變化與這個變化電阻的阻值變化規(guī)律相反;與之廣義并聯(lián)(直接并聯(lián)或間接并聯(lián))的其他電阻的電壓、電流、功率的變化與這個變化電阻的阻值變化規(guī)律相同?!爸泛愦蟆币?guī)律是指在直流電路動態(tài)分析中,支路變化的參量總是大于干路變化的參量,ΔI支>ΔI干,ΔU支>ΔU干。

        【易錯必清】

        分不清電阻伏安特性曲線U-I圖象和電源特性曲線U-I圖象,導(dǎo)致錯誤:

        1.對電源有:U=E-Ir,如圖3中a線。

        2.對定值電阻有:U=IR,如圖3中b線,a線和b線交點為定值電阻的工作電壓電流。

        3.圖3中a線常用來分析電源電動勢和內(nèi)阻的測量實驗。

        4.圖3中矩形OABD、OCPD和ABPC的“面積”分別表示電源的總功率、輸出功率和內(nèi)電阻消耗的功率。

        5.非線性電路的求解問題

        非線性電路(如含二極管、熱敏電阻的電路等)的分析要用到圖線相交法。要注意理解圖象交點的物理意義。

        6.注意橫縱坐標物理量,單位以及坐標原點是否為(0,0)。

        圖3

        主題三:磁場

        【命題解讀】8個考點中,勻強磁場中的安培力、洛倫茲力公式、帶電粒子在勻強磁場中的運動是Ⅱ級考點,連續(xù)四年全國卷都沒有出現(xiàn)過帶電粒子在磁場中的運動計算題,因此帶電粒子在磁場中的運動是2017年高考預(yù)測方向之一。

        【教材要點】

        1.一個概念:磁感應(yīng)強度

        (2)磁感線:在磁場中人為地畫出的一系列曲線,曲線的切線方向表示該位置的磁場方向,曲線的疏密程度定性地表示磁場的強弱。

        2.兩種力

        (1)安培力

        ①磁場對電流的作用力叫安培力,其大小F=BILsinθ。注意:θ為電流I與磁感應(yīng)強度B的夾角。

        ②安培力的方向由左手定則判定,注意:F垂直于I、L決定的平面。

        (2)洛倫茲力

        磁場對運動電荷的作用力叫作洛倫茲力,其大小為F=qvB。條件:v⊥B。當v∥B時,F(xiàn)=0。F的方向仍由左手定則判定,但四指的指向應(yīng)為正電荷運動的方向或負電荷運動方向的反方向。

        圖4

        【例3】(2016·寧夏六盤山中學(xué)期末)如圖4所示,在足夠長的水平邊界MN下方充滿勻強電場(圖中未畫出),同時該區(qū)域上、下部分分別充滿方向垂直于紙面向外和向內(nèi)的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小均為B,PQ為上、下磁場的水平分界線,MN、PQ間距離為d。一個質(zhì)量為m、電荷量為-q的小球,由MN上方的O點由靜止釋放,小球向下穿過MN進入電磁場區(qū)域后做圓周運動(已知重力加速度為g)。

        (1)求電場強度的大小和方向;

        (2)若從某高度釋放小球后,小球能回到O點,則小球經(jīng)過多長時間第一次回到O點?

        (2)設(shè)帶電小球進入磁場的速度為v,帶電小球能回到釋放點O,如圖5所示。

        帶電小球在進入磁場前做自由落體運動,設(shè)下落時間為t1,有

        圖5

        帶電小球在磁場中做勻速圓周運動,設(shè)半徑為R,周期為T,有

        帶電小球第一次回到釋放點O的時間為t,t=2t1+t2

        【方法技巧】分析帶電粒子在復(fù)合場中的運動

        1.研究對象:帶電粒子。帶電粒子在電場或磁場中是否考慮重力要視具體情況而定。一般情況下,如電子、質(zhì)子、氫核、α粒子等基本粒子可不計重力,而對帶電顆粒、塵埃、液滴、油滴、小球等則應(yīng)考慮重力。當然,在具體題目中,除明確不計重力外,常需要將重力與電場力、洛倫茲力的大小進行比較后才能確定。

        2.組合形式:①電場與磁場的復(fù)合;②磁場與重力場的復(fù)合;③電場與重力場的復(fù)合;④電場、磁場與重力場的復(fù)合。

        3.運動形式:(1)處于靜止或勻速直線運動;(2)勻速圓周運動;(3)勻變速直線運動;(4)類平拋運動;(5)一般曲線運動。

        解決辦法:三大法寶

        法寶一:利用三視圖將三維問題轉(zhuǎn)化為二維問題。將空間幾何轉(zhuǎn)化為平面幾何問題,使各物理量間的關(guān)系展現(xiàn)在同一平面內(nèi),從而使問題簡化。

        法寶二:在受力分析的基礎(chǔ)上,分析帶電粒子的運動過程,要特別注意對運動過程進行動態(tài)分析。

        法寶三:利用力學(xué)的三大觀點,即動力學(xué)觀點、能量觀點、動量觀點來解題。

        【易錯必清】

        1.霍爾元件問題中電勢高低問題判斷,先判斷電流的受力方向,再根據(jù)載流子帶電性質(zhì)處理,注意電流微觀表達式的應(yīng)用I=nqsv。

        2.所有涉及帶電粒子的問題易錯的幾個方面:

        ①忘記帶電粒子的正負或混淆;

        ②忘記考慮或判斷粒子是否受重力作用;

        ③判斷洛倫茲力的方向時錯將右手當左手;

        ④思維不嚴密,沒考慮到可能存在的周期性運動而帶來的多解問題;

        ⑤物理量的表示不規(guī)范或與試題所給符號不一致,如電荷的表示中q與e不分。

        (作者單位:山西省介休市第一中學(xué))

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