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“電場(chǎng)能的性質(zhì)”相關(guān)考點(diǎn)例析

■李志云

電場(chǎng)有力的性質(zhì)和能的性質(zhì)，本文選擇能的性質(zhì)這一視角，就相關(guān)考點(diǎn)的常見考查和解決方法舉例進(jìn)行探討。

一、電勢(shì)差、電勢(shì)、電勢(shì)能的理解與應(yīng)用

例1相距很近的一對(duì)帶等量異號(hào)電荷的平行金屬板，它們之間的電場(chǎng)除邊緣外，可看作勻強(qiáng)電場(chǎng)，其電場(chǎng)線分布如圖1所示。一個(gè)帶電粒子沿圖中軌跡穿過(guò)該電場(chǎng)，則從a運(yùn)動(dòng)到d的過(guò)程中()。

圖1

A．粒子的速度一直在增大

B．粒子的電勢(shì)能一直在減小

C．粒子在a點(diǎn)的電勢(shì)能比在d點(diǎn)低

D．粒子的加速度先變大再不變后變小

解析：根據(jù)帶電粒子受到的電場(chǎng)力指向軌跡的凹側(cè)可知，粒子帶正電。電場(chǎng)力先做負(fù)功，后做正功，再做負(fù)功，粒子的動(dòng)能先減小，后增大再減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。粒子的電勢(shì)能先增大，后減小再增大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。順著電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，a點(diǎn)的電勢(shì)高于d點(diǎn)的電勢(shì)，正電荷在電勢(shì)高處電勢(shì)能大，故粒子在a點(diǎn)的電勢(shì)能比在d點(diǎn)大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。電場(chǎng)線先是越來(lái)越密后不變?cè)僭絹?lái)越疏，故電場(chǎng)力先變大再不變后變小，粒子的加速度先變大再不變后變小，選項(xiàng)D正確。

二、根據(jù)粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡、電場(chǎng)線(等勢(shì)面)進(jìn)行相關(guān)問(wèn)題的判斷方法

圖2

例2如圖2所示，實(shí)線表示電場(chǎng)線，虛線表示帶電粒子只在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡，a、b為其運(yùn)動(dòng)軌跡上的兩點(diǎn)，可以判定()。

A．粒子在a點(diǎn)的速度大于在b點(diǎn)的速度

B．粒子在a點(diǎn)的加速度大于在b點(diǎn)的加速度

C．粒子一定帶正電荷

D．粒子在a點(diǎn)的電勢(shì)能大于在b點(diǎn)的電勢(shì)能

圖3

解析：該粒子在電場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)，則電場(chǎng)力應(yīng)指向軌跡的凹側(cè)且沿電場(chǎng)線的切線方向，設(shè)粒子由a向b運(yùn)動(dòng)，則其所受電場(chǎng)力方向和速度方向的關(guān)系如圖3所示，可知電場(chǎng)力做正功，粒子速度增加，電勢(shì)能減小，A錯(cuò)、D對(duì)。b點(diǎn)處電場(chǎng)線比a點(diǎn)處電場(chǎng)線密，即粒子在b點(diǎn)所受電場(chǎng)力大，加速度大，選項(xiàng)B錯(cuò)。因電場(chǎng)線方向不確定，所以粒子的電性不確定，C選項(xiàng)錯(cuò)誤。(假設(shè)粒子由b向a運(yùn)動(dòng)同樣可得出結(jié)論)

三、勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系

圖4

B．該勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E=80 V/m

D．d點(diǎn)的電勢(shì)為-4 V

四、電場(chǎng)能的性質(zhì)綜合性問(wèn)題

圖5

例4如圖5，在正點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)中有M、N、P、F四點(diǎn)，M、N、P為直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，F(xiàn)為MN的中點(diǎn)，∠M=30°。M、N、P、F四點(diǎn)處的電勢(shì)分別用φM、φN、φP、φF表示，已知φM=φN，φP=φF，點(diǎn)電荷Q在M、N、P三點(diǎn)所在平面內(nèi)，則()。

A．點(diǎn)電荷Q一定在MP的連線上

B．連接PF的線段一定在同一等勢(shì)面上

C．將正試探電荷從P點(diǎn)搬運(yùn)到N點(diǎn)，電場(chǎng)力做負(fù)功

D．φP大于φM

圖6

作者單位：山東省壽光第一中學(xué)