■安徽省合肥一中 程夢(mèng)輝(特級(jí)教師)

細(xì)說靜電場(chǎng)中幾組概念的區(qū)別與聯(lián)系

■安徽省合肥一中 程夢(mèng)輝(特級(jí)教師)

同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)靜電場(chǎng)這部分知識(shí)時(shí),可以發(fā)現(xiàn)與其相關(guān)的概念眾多、概念之間很容易混淆。下面就來細(xì)說幾組概念的區(qū)別與聯(lián)系,以幫助同學(xué)們更好地復(fù)習(xí)這部分內(nèi)容。

一、明確易混概念間的區(qū)別

1.場(chǎng)強(qiáng)大小與電勢(shì)高低的區(qū)別：場(chǎng)強(qiáng)大小與電勢(shì)高低無必然關(guān)系,沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低,但場(chǎng)強(qiáng)大小可能增大,也可能減小,還可能不變。

2.電勢(shì)高低與電勢(shì)能大小的區(qū)別：正電荷在電勢(shì)較高處的電勢(shì)能較大,而負(fù)電荷在電勢(shì)較高處的電勢(shì)能較小。

3.電場(chǎng)線與電荷運(yùn)動(dòng)軌跡的區(qū)別：電場(chǎng)線與電荷運(yùn)動(dòng)軌跡無關(guān),在電荷只受靜電力作用的情況下,只有當(dāng)電場(chǎng)線是直線時(shí),電荷運(yùn)動(dòng)軌跡才可能與電場(chǎng)線重合。

二、明確相關(guān)概念之間的聯(lián)系

1.電場(chǎng)線與等勢(shì)面之間的聯(lián)系：電場(chǎng)線與等勢(shì)面處處垂直,并且從高的等勢(shì)面指向低的等勢(shì)面,即沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低最快,但電勢(shì)降低的方向不一定是場(chǎng)強(qiáng)方向。

2.電勢(shì)與電勢(shì)差的聯(lián)系：UAB=φA-φB,UAB=-UBA。

3.靜電力做功與電勢(shì)能變化的聯(lián)系：靜電力做功與路徑無關(guān),靜電力做正功,電荷的電勢(shì)能減少,且WAB=EpA-EpB。

4.勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系：UAB=E d,其中d是A、B兩點(diǎn)在沿電場(chǎng)線方向上的距離。

圖1

例1 如圖1所示,直線a、b和c、d是處于勻強(qiáng)電場(chǎng)中的兩組平行線,M、N、P、Q是它們的交點(diǎn),四點(diǎn)處的電勢(shì)分別為φM、φN、φP、φQ。一電子在從M點(diǎn)分別運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)和P點(diǎn)的過程中,靜電力所做的負(fù)功相等,則( )。

A.直線a位于某一等勢(shì)面內(nèi),φM＞φQ

B.直線c位于某一等勢(shì)面內(nèi),φM＞φN

C.若電子由M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn),則靜電力做正功

D.若電子由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn),則靜電力做負(fù)功

解析：電子在從M點(diǎn)分別運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)和P點(diǎn)的過程中,靜電力所做的負(fù)功相等,說明N點(diǎn)和P點(diǎn)的電勢(shì)相等且小于M點(diǎn)的電勢(shì),即φN=φP＜φM。因?yàn)橹本€d位于某一等勢(shì)面內(nèi),所以直線c也必定位于某一等勢(shì)面內(nèi),則φM=φQ,電子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn),靜電力做功為零,選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤。因?yàn)棣誑=φP＜φM=φQ,所以若電子由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn),電子的電勢(shì)能減小,靜電力做正功,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案為B。

三、明確物理規(guī)律的適應(yīng)范圍

圖2

跟蹤訓(xùn)練

圖3

1.兩個(gè)相同的負(fù)電荷和一個(gè)正電荷附近的電場(chǎng)線分布如圖3所示。c是兩負(fù)電荷連線的中點(diǎn),d點(diǎn)在正電荷的正上方,c、d兩點(diǎn)到正電荷的距離相等,則( )。

A.a點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比b點(diǎn)的大

B.a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的高

C.c點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比d點(diǎn)的大

D.c點(diǎn)的電勢(shì)比d點(diǎn)的低

2.如圖4所示,在空間直角坐標(biāo)系O-xyz中,有一四面體C-AOB,C、A、O、B為四面體的四個(gè)頂點(diǎn),且其坐標(biāo)分別為O(0,0,0)、A(L,0,0)、B(0,L,0)、C(0,0,L),D(2L,0,0)是x軸上一點(diǎn),在坐標(biāo)原點(diǎn)O處固定著一個(gè)帶電荷量為+Q的點(diǎn)電荷。下列說法正確的是( )。

圖4

A.A、B、C三點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同

B.電勢(shì)差UOA=UAD

C.將一電子由C點(diǎn)分別移動(dòng)到A、B兩點(diǎn),靜電力做功相同

D.電子在A點(diǎn)的電勢(shì)能大于在D點(diǎn)的電勢(shì)能

A.C2=3C1,U2=U1

B.C2=3C1,E2=4E1

C.U2=U1,E2=3E1

D.U2=2U1,E2=2E1

4.如圖5甲所示,一條電場(chǎng)線與Ox軸重合,取O點(diǎn)電勢(shì)為零,在O x方向上各點(diǎn)的電勢(shì)φ隨x變化的情況如圖5乙所示。若在O點(diǎn)由靜止釋放一電子,電子僅受靜電力的作用,則( )。

圖5

A.電子一直沿O x軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)

B.靜電力一直做正功

C.電子運(yùn)動(dòng)的加速度逐漸增大

D.電子的電勢(shì)能逐漸增大

參考答案：1.ACD 2.C 3.AC 4.B

(責(zé)任編輯 張 巧)