徐傳洋

(山東省濟寧市第一中學(xué))

靜電場相關(guān)問題情境復(fù)雜多變,很多問題不僅考查靜電場規(guī)律,還考查受力分析和幾何知識,需要學(xué)習(xí)者擁有扎實的基本功以及靈活的思維,能夠通過審題迅速構(gòu)建已知條件與要求解問題之間的關(guān)系,運用所學(xué)尋找到解題突破口.本文探討靜電場常見問題的突破方法,以供參考.

1 平衡問題突破

平衡問題是靜電場問題中較為常見的一類問題.該類問題考查的知識點主要有帶電體電性的判斷、庫侖定律、受力平衡等知識.突破該類問題的思路為:根據(jù)題干描述以及物體所處狀態(tài)對物體進行受力分析,結(jié)合幾何知識構(gòu)建平衡方程.

例1 如圖1所示,a、b、c為三個套在光滑絕緣圓環(huán)上的帶電小球,圓環(huán)豎直放置.小球可自由滑動.其中小球c位于圓環(huán)最高點,ac連線、bc連線和豎直方向分別成60°和30°,三個小球處于靜止?fàn)顟B(tài),則( ).

A.a、b小球可能帶異種電荷

B.a、c小球可能帶同種電荷

由題意可知三個小球均處于靜止?fàn)顟B(tài),對a、b兩個小球而言其受到的電場力必然是斜向上的,即a、b與c小球的電性是不同的,則a、b兩個小球的電性相同,則選項A、B 錯誤.小球c處于平衡狀態(tài),受到a、b兩個小球的引力,二者在水平方向的分力大小相等,方向相反,則Facsin60°＝Fbcsin30°.連接ab,由給出的角度以及圓的性質(zhì)可知,ab必然過圓心.設(shè)圓環(huán)的半徑為R,則

2 軌跡問題突破

眾所周知,帶電粒子的運動軌跡與其受力情況密切相關(guān).靜電場中粒子運動軌跡問題考查的知識點有:粒子受力情況的判斷、粒子電勢能的變化、運動情況的分析等.突破該類問題的思路為:根據(jù)題意明確粒子運動的起始點,結(jié)合其受力情況及運動方向判斷電場力做正功還是做負(fù)功,得出其電勢能的變化情況.

例2 如圖2所示,虛線為勻強電場中的等勢線,相鄰虛線間的電勢差相等.實線為一僅在電場力作用下的帶電粒子的運動軌跡.A、B、D為軌跡和等勢線的交點,C為軌跡和等勢線的切點,則( ).

圖2

A.沿軌跡從A→D電勢先升高后降低

B.沿軌跡從A→D電勢能先增大后減小

C.粒子A→C和C→D的運動時間比為8∶1

3 電勢能問題突破

電勢能是靜電場部分的熱門考點,突破該類問題需要根據(jù)題干描述以及給出的圖形,結(jié)合電場力做功公式,并根據(jù)電場力做功和電勢能之間的關(guān)系明確電勢能變化情況.

例3 如圖3 所示,勻強電場平行于圓O平面.其中AB為圓的直徑,長度為10cm.C為圓周上一點,其中∠BAC＝63.5°.已知A、B兩點的電勢分別為1 V、4 V,C點電勢較A點電勢低,圓上的最低以及最高電勢分別為0和5V,則( ).

圖3

A.電場強度為50V·m－1,方向平行于BC

B.電場強度為50V·m－1,方向和AB連線夾角為63.5°

C.將電子按照C→O移動,電子電勢能減少3eV

D.將電子按照A→C移動,電子電勢能增加1eV

設(shè)電場方向和AB連線夾

角為α,則UAB＝ELABcosα,解得α＝53°.O點電勢為50V·m－1×0.05 m＝2.5V,電子從C點移動到O點,電場力做正功,電勢能減少2.5eV.過A點向CD作垂線,垂足為E,則

OE＝AOcos53°＝0.05×0.6m＝0.03m,

則CE＝0.02 m,容 易 得 到UAC＝50 V·m－1×0.02m＝1V,則將電子按照A→C移動,電場力做負(fù)功,電勢能增加1eV.選項D 正確.

4 帶電粒子偏轉(zhuǎn)問題突破

帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)是高中物理的難點.該類問題綜合性較強,尤其與圖像結(jié)合時,難度會進一步加大.該類問題考查的知識點較多,主要有運動學(xué)公式、類平拋運動規(guī)律等.突破該類問題的思路為:認(rèn)真審題,結(jié)合題干描述確定帶電粒子在不同階段的受力情況,同時,運用類平拋運動知識,確定其在特定方向的運動狀態(tài),而后運用數(shù)學(xué)以及物理知識構(gòu)建方程進行解答.

圖5

高中物理靜電場常見問題主要有平衡問題、軌跡問題、電勢能問題、帶電粒子偏轉(zhuǎn)問題等.不同問題考查的知識點及解題思路有所不同,學(xué)習(xí)時應(yīng)做好解題理論知識的理解,尤其要結(jié)合具體例題剖析解題過程,把握解題的關(guān)鍵.