(江蘇省蘇州市吳縣中學(xué)，江蘇 蘇州 215151)

1 問題呈現(xiàn)

圖1

如圖1所示,兩個(gè)固定的相同細(xì)環(huán)相距一定距離,同軸放置,x1、x2為兩環(huán)的圓心,兩環(huán)分別帶有均勻分布的等量正電荷,x軸垂直于環(huán)面且過兩細(xì)環(huán)的圓心。下列說法中正確的是( )。

A．x1點(diǎn)的場強(qiáng)沿x軸正方向

B．x2點(diǎn)的場強(qiáng)沿x軸正方向

C．x1、x2之間沿x軸正方向電勢逐漸升高

D．x1、x2之間沿x軸正方向電勢逐漸降低

對于多個(gè)帶電體形成的電場,其電場的強(qiáng)弱和方向、電勢高低的判斷是教學(xué)的難點(diǎn)。如本題就是電荷均勻分布的兩個(gè)帶電圓環(huán),它源于教材中兩個(gè)等量正電荷的電場分布情況,但又比之更復(fù)雜,現(xiàn)已成為近年多地高考電學(xué)部分選擇題命題的重點(diǎn)和熱點(diǎn)素材之一。

2 單帶電圓環(huán)軸線上的E和φ變化判斷

圖2

圖3

3 雙帶電圓環(huán)軸線上的E和φ變化判斷

對于上述兩個(gè)電荷均勻分布帶電圓環(huán),根據(jù)圖3的結(jié)論和場強(qiáng)的疊加原理可知,其軸線上從環(huán)心x1開始左側(cè)各處場強(qiáng)沿x軸負(fù)方向,x2右側(cè)各處場強(qiáng)沿x軸正方向,所以B選項(xiàng)正確。根據(jù)對稱性及等效性能判斷出x1、x2兩點(diǎn)的電勢應(yīng)該相同,但它們之間沿x軸正方向的電勢將如何變化是個(gè)疑難問題。根據(jù)順著電場線方向電勢逐漸降低的規(guī)律,以下先分析x1、x2兩點(diǎn)間電場的場強(qiáng)方向從而得出電勢變化的結(jié)果;之后從電勢的角度得出結(jié)果。

3.1 從電場強(qiáng)度的角度分析

情況1:取a=R時(shí)，

圖4

圖5

情況2:取a=2R時(shí)，

3.2 從電勢的角度分析

情況1:取a=R時(shí)，

圖6

圖7

情況2:取a=2R時(shí)，

[1] 汪海林.探究“Excel”工具在定量計(jì)算教學(xué)中的應(yīng)用[J].物理教學(xué)探討,2008,(10):54.

[2] 陳棟梁.EXCEL數(shù)值分析法在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用——以2015年四川物理高考題為例[J].物理之友，2016,(10).

[3] 黃開智.帶電體的電勢及場強(qiáng)求解方法[J].物理之友，2015,(11).