電場中常見問題及解題方法初探

2016-08-24 02:56:00李林

物理之友 2016年7期

李　林

(廣東省深圳市寶安中學，廣東　深圳　518101)

電場中常見問題及解題方法初探

李林

(廣東省深圳市寶安中學，廣東深圳518101)

本文對電場中的幾類常見問題進行梳理，歸納其解答的一般方法，以期能提高電場習題教學的針對性和有效性.

電場；問題歸類；解答方法

電場是整個電磁學的基礎，對后續電磁學的學習將產生深遠的影響.電場問題包含電場、場強、電勢、電勢能等不易感知的抽象概念，題目往往與靜力學、動力學、功能關系相結合，這就導致了高難度、大跨度，習題涉及的現象復雜、對象多、使用的規律多，關系復雜且隱蔽，學生普遍感到這部分知識難學難懂.下面就這類電學問題的求解策略，作如下探討.

1　帶電粒子在電場中的運動軌跡

例1：一粒子從A點射入電場，從B點射出，電場的等勢面和粒子的運動軌跡如圖1所示，圖中左側前三個等勢面彼此平行等距，各個相鄰的等勢面間電勢差相等，不計粒子的重力.下列說法正確的有().

圖1

A. 粒子帶負電荷

B. 粒子的加速度先不變，后變小

C. 粒子的速度不斷增大

D. 粒子的電勢能先減小，后增大

解析:本題考查了等勢面、電場線、電場力、電場力做功、電勢能等知識，可以先根據等勢面確定電場線的分布情況，然后依據等勢面疏密的意義、電場力做功特點等進行求解.

電場線(垂直于等勢面)先向右后向上偏，而粒子向下偏了，電場力與電場強度方向相反，所以粒子帶負電，A選項正確；因為等勢面先平行并且密，后變疏，說明電場強度先不變、后變小，則電場力先不變、后變小，所以加速度先不變、后變小，B選項正確；由于起初電場力與初速度方向相反，所以速度先減小，C選項錯誤；因為電場力先做負功，所以電勢能先增大，D選項錯誤.

2　靜電力與平衡知識的綜合運用

圖2

例2：如圖2所示，空間有一勻強電場，電場方向與紙面平行.一帶電量為-q的粒子(重力不計)在恒力F的作用下沿虛線由M勻速運動到N.已知力F和MN間夾角為θ，MN間距離為d，則下列結論中正確的是().

C. 帶電粒子由M運動到N的過程中，電勢能增加了Fdcosθ

D. 若要使帶電粒子由N向M做勻速直線運動，則F必須反向

3　電容器動態分析問題

圖3

例3：如圖3所示，平行板電容器與一個直流電源E(內阻不計)相連，下極板接地.一帶電油滴位于電容器中的P點且恰好處于平衡狀態.現將平行板電容器的上極板豎直向上移動一小段距離，則().

A.P點的電勢降低

B. 帶電油滴的電勢能將減少

C. 帶電油滴將沿豎直方向向上運動

D. 電容器的電容減小，極板帶電量增大

4　用功能觀點處理帶電體在電場中的運動問題

例4：一帶電油滴在勻強電場E中的運動軌跡如圖4虛線所示,電場方向豎直向下.若不計空氣阻力,則此帶電油滴從a運動到b的過程中,能量變化情況為().

圖4

A. 動能減小

B. 電勢能增加

C. 動能和電勢能之和減少

D. 重力勢能和電勢能之和增加

解析:帶電油滴從a運動到b的過程中，所受重力豎直向下，電場力豎直向上，合力向上，電場力做正功，動能增加，電勢能減少，故A、B選項錯誤；根據能量守恒可知，重力勢能、電勢能、動能三者之和保持不變，動能增加，因此重力勢能和電勢能之和減小，故C選項正確；同理，根據能量守恒，重力勢能增加，動能和電勢能之和減小，故D選項錯誤.