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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)