(湖南省長沙市長郡濱江中學班級:G1601 湖南長沙 410013)
大家都知道,物理這門學科內容十分抽象,難度也特別大,我們學生在學習的過程中常常感到十分困惑,而且僅僅掌握物理學的一些公式和概念,根本不能解決實際問題,所以必須將公式和概念與實際問題緊密聯(lián)系,平時要多做習題,掌握解題的方法和技巧,只有這樣,才能學好物理,提高成績。
面對電場問題時,我們先應該分析問題電場具體是由哪些場電荷組成的,并明確電場中的所有物理量的含義,看清矢量還是標量,之后正確使用疊加原理進行計算。下面對于物理量的主要內容進行簡單的描述,希望幫助大家認清其中的含義。第一點,電量的正負并不代表電量的大小和多少,只是表示電性的不同。第二點,由于電場強度以及電場力都是矢量,在代入庫侖公式以及場強定律時,不能加上電量的正負,這一運算過程只是求出結果的大小,方向要具體情況具體分析,而且值得注意的是,空間各點場強和電場力的具體方向不是正負符號能夠完全準確表示的。第三點,標量包含電能和勢能,它們的大小用正負號表示,計算過程中,直接帶正負號進行加減。第四點,電場力做功與電荷電勢能成反比,如果電場力做正功,那么電荷的電勢能就減小,如果電場力做負功,則電荷的電勢能增加,所以在具體運算中,要代入符號,通過判斷電場力做功的情況,求出做功的大小。
分析電場中電荷的運動情況是解決問題的必經(jīng)之路,通過理清電荷的運動軌跡和運動規(guī)律,能夠加深我們對電荷的理解,提升我們解題的綜合能力。首先我們應該明確解題的對象,也就是找準帶電體,其次分析這個帶電體的受力情況以及外力分布,并根據(jù)題目要求,再次分析每一個物理過程,討論每一種可能出現(xiàn)的情況,找出題目中隱含的信息,最后選擇符合要求的力學公式,帶入具體的物理量,得出結果。
電場問題中平行板電容器特別值得注意,因為在直流電路中,平行板電容器處于斷路狀態(tài),所以兩板之間的電壓等于和它并聯(lián)在一起的用電器的電壓。如果平行板電容器接通電源,通過改變兩板之間的距離以及正對面積,能夠改變平行板的帶電量,但電壓保持不變,如果平行板電容器斷開電源后,再次移動平行板,其帶電量不變,但是電壓會發(fā)生改變。正常情況下,平行板電容器內部的電場是勻強電場,電荷都是做勻速運動。還應該額外注意的是,電場的場強以及電勢可以借助電力線和等勢面進行描述,一般情況下,電荷周圍的電力線的數(shù)量與電荷的電量成正比,電力線的方向也是場強的方向[1]。
例1,如圖1所示,一個豎直放置的平行板,兩個極板之間有一個帶電的小球,這個小球由細線懸掛在O點,首先對電容器進行充電,讓兩個極板的電荷量分別達到+Q和-Q,這時細線偏離豎直方向的夾角為π/6,之后逐漸增加電量,使得夾角變?yōu)棣?3,求第二次充電后,電容器正極板電荷的增加量。
圖1
解析如下:第一次充電后,兩極板的電荷量分別是+Q和-Q,細線與豎直方向夾角為π/6,可以算出小球受到的電場力F1=mg tan(π/6),假設電容器的電容量為C,極板之間的距離為d,那么極板之間的電壓U1=Q/C,電場強度E1=U1/d,F(xiàn)1=q E1,繼續(xù)充電后,細線與豎直方向夾角變?yōu)棣?3時,小球的電場力F2=mg tan(π/3),假設這時電容器的電量為Q’,則極板之間的電壓U2=Q’/C,電場強度E2=U2/d,F(xiàn)2=q E2,解得Q’=3Q,所以正極板電荷的增加量為Q’-Q=2Q。
關于靜力學的解題步驟,同樣需要確定研究對象,可以根據(jù)研究對象的情況,將其分割,形成一個個獨立的部分,也可以適當擴大對象的范圍,或者是轉移研究對象。對于研究對象的受力情況,要根據(jù)正交分解法進行合成和分解,對于平衡的問題,根據(jù)條件∑F=0,∑M=0,列出方程組。
拿質點為例,如果一個質點受到外力的作用,并且保持勻速直線運動或者靜止狀態(tài),那么它本身的加速度就是零,它就處于平衡狀態(tài)。如果想要質點達到平衡,必要條件是∑F=0,正交分解后能夠得出∑Fx=0,∑Fy=0。對于具體的物體而言,達到平衡的條件是沒有水平加速度,也沒有豎直加速度,所以∑F=0,∑M=0。當物體受到三個力而達到平衡時,這三個力一定有一個共同點,并且這三個力的矢量能夠形成密閉的三角形,同時每兩個力的合力等于第三個力,并且方向相反[2]。
例2,求圖2中剛架的約束反力。
圖2
圖3
解析:把剛架當做研究對象,分析其受力情況,如圖3所示,可知:
解得FAx=q b,F(xiàn)Ay=P,MA=Pa+1/2qb2。
總而言之,目前我們大多數(shù)學生在學習電場以及靜力知識時,受到以往學習方式的影響,不能靈活地解決相應的問題,導致在接下來的學習中,跟不上教師的進度,久而久之,產生了厭學和畏學的心理,不利于物理成績的提高。有鑒于此,找準電場和靜力問題的解題思路和方法,對于我們學生更好地進行物理知識的學習是大有裨益的。