高考交变电场和交变磁场的命题比较研究

《高考交变电场和交变磁场的命题比较研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、高考交变电场和交变磁场的命题比较研究　　通过研究发现，近年来出现的高考压轴题中，经常出现交变电场和交变磁场的命题，考虑到带电粒子在交变电场和交变磁场中的运动问题比较复杂，一般存在多值和对称关系的情况，渗透着物理世界的变化与和谐美，要求对考生有很强的思维能力和空间想象能力．因此，高考中相关的交变复合场的考题也就成为命题者青睐，本文通过例题入手，对交变电场和交变磁场的一组题目分析，探讨此类命题特点和解法． 　　1．交变电场命题特点 　　在两个相互平行的金属板间加交变电压时，在两板间便可获得交变电场．此类电场从空间看是匀强的，即同一时刻，电场中各个位置处电场强度的大小、方

2、向都相同；从时间上看是变化的，即电场强度的大小、方向都可随时间变化．研究带电粒子在这种交变电场中的运动，关键是根据电场变化的特点，利用牛顿第二定律正确地判断粒子的运动情况．此类题目命题特点有： 　　（1）问题题型有选择、填空和计算题型，综合性较强，其难度在中等以上； 　　（2）问题情景大致分为三类：一为平衡问题；二为直线运动问题；三为偏转问题； 　　（3）问题条件电场是交变匀强电场，且呈周期性变化，出现多解问题； 　　（4）问题通常出现临界状态分析，且与数学知识、实际生活、现代科技等联系紧密． 　　例1电子以水平初速度v0沿平行金属板中央射入，在金属板间加上如图1所

3、示的交变电压，已知电子质量为m，电荷量为e，电压周期为T，电压为U0，求： 　　（1）若电子从t=0时刻进入板间，在半周期内恰好能从板的上边缘飞出，则电子飞出速度为多大？ 　　（2）若电子在t=0时刻进入板间，能从板右边水平飞出，则金属板为多长？ 　　（3）若电子能从板中央O′点水平飞出，电子应从哪一时刻进入板间，两板间距至少为多大？  　　解析：（1）根据题意由动能定理，即有． 　　（2）粒子穿过电场有粒子能从右边水平飞出，经过的时间应满足，又因为水平方向为匀速运动，所以板长为：． 　　（3）要粒子从点水平飞出，电子进入时刻应为： 　　， 　　在半周期内竖直位移为

4、：，电子不与板相碰，必须满足临界条件，由上式综合得，则两板间距至少为． 　　点评：从本例题可以看出，带电粒子在交变电场中的运动是比较复杂的，且运动情况不是简单的运动，但可以把复杂的曲线运动分解水平和竖直方向，特别是第（2）问比较难理解粒子的运动情景，因此解决此类问题时候除了掌握必要的基础知识外，还要注意应用解决问题的方法，把复杂运动进行分解，解决问题的关键也就是要明确带电粒子的运动情况分析．限于篇幅，此类题型在高考真题中很多，读者可以参考2010年江苏高考物理卷第15题，2009年山东卷第25题，2008年上海卷第23第等题型进行类比． 　　2．交变磁场命题特点 　

5、　交变磁场和交变电场类似，交变磁场是指在某一空间中存在着周期性变化的匀强磁场．在历届高考中，带电粒子在单一磁场中的运动考查为主，也出现磁场相互组合的情况，问题较复杂，若粒子在交变磁场中运动，而且磁场是变化的，则粒子运动情况就更为复杂．解决问题的关键还是抓住粒子的运动情况分析，可以把复杂的运动情况分解若干部分，最后综合考虑，此类题目命题特点有： 　　（1）问题命题设置主要有计算题，综合性较强，其难度较大； 　　（2）问题情景大致分为两类：一为直线运动问题；二为匀速圆周运动问题； 　　（3）问题条件是交变匀强磁场，且呈周期性变化，一般都存在多值和对称的情况，有时还与交变

6、电场进行综合命题； 　　（4）问题中的带电粒子受到洛伦兹力提供向心力，解决问题关键是找出数学中几何关系，命题题型通常也与实际生活、现代科技、事实信息等联系紧密． 　　例2 如图2（a）所示，M、N为竖直放置、彼此平行的两块平板，两板间距离为d，两板中央各有一个小孔O、正对，在两板间有垂直于纸面方向的磁场，磁感应强度随时间的变化如图2（b）所示。有一正离子在时垂直于M板从小孔O射入磁场，已知正离子质量为m、带电荷量为q，正离子在磁场中做匀速圆周运动的周期与磁感应强度变化的周期都为T0．不考虑由于磁场变化而产生的电场的影响，不计正离子所受重力。求： 　　（1）磁感应强度

7、B0的大小。 　　（2）若射入磁场时速度，正离子能否从O/点射出？若不能，它将打到N板上离O/点多远处？ 　　（3）要使正离子从O′孔垂直于N板射出磁场，正离子射入磁场时速度v0应为多少？  　　解析：（1）正离子射入磁场，洛仑兹力提供向心力，做匀速圆周运动的周期，联立两式得磁感应强度；  　　（2）根据第一问的结果，并将代入得：R=0．4d．正离子在MN间的运动轨迹如图3所示。将打到图中的B点，由图中可知，，故BO/间的距离为：。 　　（3）要使正离子从O/孔垂直于N板射出磁场，v0的方向应如图4所示，正离子在两板之间可运动n个周期即nT0，则：d=4nR（n