許冬保

(江西省九江第一中學(xué) 332000)

2018年全國(guó)各地高考物理試題，直接考查(不含與磁場(chǎng)的綜合試題)電場(chǎng)部分的試題共有9道．其中，北京市理綜物理試題考了1個(gè)選擇和一個(gè)論述題；全國(guó)理綜卷Ⅰ考了2個(gè)選擇題，一份試卷的重復(fù)考查表明該部分內(nèi)容的重要性．下面歸類(lèi)分析，以期對(duì)考生復(fù)習(xí)迎考提供幫助．

一、庫(kù)侖定律的應(yīng)用

庫(kù)侖定律描述了真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用規(guī)律．庫(kù)侖定律的應(yīng)用，涉及到力學(xué)中的受力分析的方法、力的合成的平行四邊形定則的綜合應(yīng)用．試題情境較簡(jiǎn)單，但對(duì)中等基礎(chǔ)的考生有較好的區(qū)分．

例1 (全國(guó)理綜卷Ⅰ，第16題)如圖1，三個(gè)固定的帶電小球a、b和c，相互間的距離分別為ab=5cm，bc=3cm，ca=4cm．小球c所受庫(kù)侖力的合力的方向平行于a、b的連線．設(shè)小球a、b所帶電荷量的比值的絕對(duì)值為k，則( ).

答案:D

解析對(duì)小球c所受庫(kù)侖力進(jìn)行分析．畫(huà)出a對(duì)c的庫(kù)侖力和b對(duì)c的庫(kù)侖力的方向，若a對(duì)c的庫(kù)侖力為斥力，則a、c兩電荷同號(hào)，b對(duì)c的庫(kù)侖力為引力，b、c電荷為異號(hào)，所以a、b兩電荷異號(hào)，如圖2所示．同理，若a對(duì)c的庫(kù)侖力為引力，則a、c兩電荷異號(hào)，b對(duì)c的庫(kù)侖力為斥力，b、c電荷為同號(hào)，所以a、b兩電荷必為異號(hào)．

故正確選項(xiàng)是D．

點(diǎn)評(píng)本題考查庫(kù)侖定律、受力分析及力的合成的平行四邊形定則，試題難度小，注重對(duì)庫(kù)侖定律的直接考查，以突出考試內(nèi)容的基礎(chǔ)性，引導(dǎo)考生注意夯實(shí)基礎(chǔ)．

二、真空點(diǎn)電荷電場(chǎng)的描述

電場(chǎng)的研究是從力與能量的兩個(gè)視角展開(kāi)的，電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)力的性質(zhì)的物理量，電勢(shì)是描述電場(chǎng)能的性質(zhì)的物理量；相應(yīng)的電場(chǎng)線及等勢(shì)面是為了形象描繪靜電場(chǎng)引入的輔助手段．它們構(gòu)成了電場(chǎng)的核心內(nèi)容．

1．滲透物理科學(xué)方法的考查，凸顯關(guān)鍵能力

例2 (北京理綜試題，第24題第1小題)靜電場(chǎng)可以用電場(chǎng)線和等勢(shì)面形象描述．

(1)請(qǐng)根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的定義和庫(kù)侖定律推導(dǎo)出點(diǎn)電荷Q的場(chǎng)強(qiáng)表達(dá)式；

解析(1)在距Q為r的位置放一電荷量為q的檢驗(yàn)電荷．

2．突出場(chǎng)強(qiáng)及電勢(shì)2個(gè)基本概念的理解及應(yīng)用

例3 (海南物理試題，第9題)如圖4，a、b、c、d為一邊長(zhǎng)為l的正方形的頂點(diǎn)．電荷量均為q(q>0)的兩個(gè)點(diǎn)電荷分別固定在a、c兩點(diǎn)，靜電力常量為k．不計(jì)重力．下列說(shuō)法正確的是( ).

B．過(guò)b、d點(diǎn)的直線位于同一等勢(shì)面上

C．在兩點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中，ac中點(diǎn)的電勢(shì)最低

D．在b點(diǎn)從靜止釋放的電子，到達(dá)d點(diǎn)時(shí)速度為零

答案:AD

解析b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度由兩個(gè)分別固定在a、c兩點(diǎn)的點(diǎn)電荷共同產(chǎn)生的，由電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量性及場(chǎng)疊加原理知，選項(xiàng)A正確．如圖5所示，畫(huà)出兩個(gè)等量正點(diǎn)電荷電場(chǎng)線分布示意圖，由圖可知，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤．關(guān)于選項(xiàng)D，由于電子的電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相反，因而在b點(diǎn)從靜止釋放的電子沿中垂線向下作加速運(yùn)動(dòng)，由于對(duì)稱(chēng)性，電子到達(dá)d點(diǎn)時(shí)速度為零．

綜上，正確選項(xiàng)是AD.

點(diǎn)評(píng)兩個(gè)等量正的點(diǎn)電荷電場(chǎng)線的圖示中，中間有兩根特殊的電場(chǎng)線，在兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零，電場(chǎng)線繞過(guò)該點(diǎn)，從正的點(diǎn)電荷出發(fā)的電場(chǎng)線，在兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)以90°的拐角到達(dá)無(wú)窮遠(yuǎn)處．

3．綜合力學(xué)知識(shí)多方面考查對(duì)電場(chǎng)的認(rèn)知

例4 (天津理綜卷，第3題)如圖6所示，實(shí)線表示某電場(chǎng)的電場(chǎng)線(方向未標(biāo)出)，虛線是一帶負(fù)電的粒子只在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡，設(shè)M點(diǎn)和N點(diǎn)的電勢(shì)分別為φM、φN，粒子在M和N時(shí)加速度大小分別為aM、aN，速度大小分別為vM、vN，電勢(shì)能分別為EPM、EPN．下列判斷正確的是 ( ).

A．vM

C．φM<φN，EPM

答案:D

解析由運(yùn)動(dòng)軌跡確定帶負(fù)電粒子所受電場(chǎng)力方向指向右側(cè)，從而得知場(chǎng)強(qiáng)方向指向左側(cè)，沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐減，則φM>φN．若粒子從M運(yùn)動(dòng)至N，電場(chǎng)力做負(fù)功，動(dòng)能減少，電勢(shì)能增加，EPM

綜上，正確選項(xiàng)是D．

點(diǎn)評(píng)試題通過(guò)電場(chǎng)線、軌跡線設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題，涉及電場(chǎng)及力學(xué)中的知識(shí)．突出基礎(chǔ)性和綜合性的考查，以達(dá)到考查理解能力及推理能力之目的．

三、平行板電容器中物理量的分析

電容器是電學(xué)中三大電學(xué)元件(電容、電阻及電感)之一，頻現(xiàn)于物理試題中．命題形式主要有探究影響平行板電容器電容的因素及電容器相關(guān)聯(lián)的物理量的分析．在復(fù)雜問(wèn)題中還滲透在含容電路及帶電粒子在平行板間運(yùn)動(dòng)等問(wèn)題中．

1．再現(xiàn)教材上的演示實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)教學(xué)方向

例5 (北京理綜試題，第19題)研究與平行板電容器電容有關(guān)因素的實(shí)驗(yàn)裝置如圖7所示．下列說(shuō)法正確的是( ).

A．實(shí)驗(yàn)前，只用帶電玻璃棒與電容器a板接觸，能使電容器帶電

B．實(shí)驗(yàn)中，只將電容器b板向上平移，靜電計(jì)指針的張角變小

C．實(shí)驗(yàn)中，只在極板間插入有機(jī)玻璃板，靜電計(jì)指針的張角變大

D．實(shí)驗(yàn)中，只增加極板帶電量，靜電計(jì)指針的張角變大，表明電容增大

答案:A

點(diǎn)評(píng)了解靜電計(jì)的工作原理，結(jié)合電容器的兩個(gè)表達(dá)式進(jìn)行分析，容易得到正確答案．該實(shí)驗(yàn)裝置要關(guān)注的是，靜電計(jì)本身就是一個(gè)電容器，只是所帶電荷量較小而已，在討論中，電荷量的總量不變，但平行板電容器所帶電荷量略有減?。囶}對(duì)于今后在復(fù)習(xí)中重視教材的作用，有良好的導(dǎo)向作用．

2．建構(gòu)新的物理情境，考查探究能力

例6 (江蘇物理試題，第5題)如圖8所示，水平金屬板A、B分別與電源兩極相連，帶電油滴處于靜止?fàn)顟B(tài)．現(xiàn)將B板右端向下移動(dòng)一小段距離，兩金屬板表面仍均為等勢(shì)面，則該油滴( ).

A．仍然保持靜止 B．豎直向下運(yùn)動(dòng)

C．向左下方運(yùn)動(dòng) D．向右下方運(yùn)動(dòng)

答案:D

點(diǎn)評(píng)電容器極板的平移是常見(jiàn)的問(wèn)題，對(duì)于極板的偏轉(zhuǎn)，突破常規(guī)考查方式，要求考生必須依據(jù)所學(xué)知識(shí)靈活處理新的問(wèn)題．試題有利于考查考生的創(chuàng)新能力與探究能力．

四、 帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，場(chǎng)強(qiáng)保持不變．帶電粒子受到恒定的電場(chǎng)力作用，帶電粒子作勻變速運(yùn)動(dòng)，以此結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律、功能關(guān)系及動(dòng)量定理分析有關(guān)問(wèn)題．試題綜合性強(qiáng)，難度較大，區(qū)分度高．

1．個(gè)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析，突出探究性

例7 (全國(guó)理綜卷Ⅰ，第21題)圖10中虛線a、b、c、d、f代表勻強(qiáng)電場(chǎng)內(nèi)間距相等的一組等勢(shì)面，已知平面b上的電勢(shì)為2V．一電子經(jīng)過(guò)a時(shí)的動(dòng)能為10eV，從a到d的過(guò)程中克服電場(chǎng)力所做的功為6eV．下列說(shuō)法正確的是 ( ).

A．平面c上的電勢(shì)為零

B．該電子可能到達(dá)不了平面f

C．該電子經(jīng)過(guò)平面d時(shí)，其電勢(shì)能為4eV

D．該電子經(jīng)過(guò)平面b時(shí)的速率是經(jīng)過(guò)d時(shí)的2倍

答案:AB

解析根據(jù)題述，勻強(qiáng)電場(chǎng)中等勢(shì)面間距相等，相鄰等勢(shì)面之間的電勢(shì)差相等．設(shè)相鄰等勢(shì)面之間的電勢(shì)差為U，根據(jù)電子從a到d的過(guò)程中克服電場(chǎng)力所做功為Wab=6eV，電場(chǎng)方向水平向右．由Wab=3eV，聯(lián)立解得：U=2V．已知b的電勢(shì)為2V，則平面c上的電勢(shì)為零，選項(xiàng)A正確；由于af之間的電勢(shì)差為4U=8V，一電子經(jīng)過(guò)a時(shí)的動(dòng)能為10eV，由于題述沒(méi)有指出電子速度方向，若該電子速度方向指向左或指向上或下，則該電子就到達(dá)不了平面f，選項(xiàng)B正確；由于題述沒(méi)有指出電子速度方向，選項(xiàng)CD錯(cuò)誤，即正確選項(xiàng)是AB．

點(diǎn)評(píng)本題考查等勢(shì)面及其相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)．試題以等勢(shì)面切入，考查電場(chǎng)力做功及其相關(guān)知識(shí)點(diǎn)．試題有利于考查考生的推理能力、分析與綜合的能力以及科學(xué)探究能力．

2．個(gè)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析，突出基礎(chǔ)性

例8 (全國(guó)理綜卷Ⅲ，第21題)如圖11，一平行板電容器連接在直流電源上，電容器的極板水平，兩微粒a、b所帶電荷量大小相等、符號(hào)相反，使它們分別靜止于電容器的上、下極板附近，與極板距離相等．現(xiàn)同時(shí)釋放a、b，它們由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，在隨后的某時(shí)刻t，a、b經(jīng)過(guò)電容器兩極板間下半?yún)^(qū)域的同一水平面，a、b間的相互作用和重力可忽略．下列說(shuō)法正確的是( ).

A．a(chǎn)的質(zhì)量比b的大

B．在t時(shí)刻，a的動(dòng)能比b的大

C．在t時(shí)刻，a和b的電勢(shì)能相等

D．在t時(shí)刻，a和b的動(dòng)量大小相等

答案:BD

解析根據(jù)題述可知，微粒a向下加速運(yùn)動(dòng)，微粒b向上加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)a、b經(jīng)過(guò)電容器兩極板間下半?yún)^(qū)域的同一水平面，可知aa>ab．對(duì)微粒a，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律，qE=maaa，對(duì)微粒b，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律，qE=mbab，聯(lián)立解得qE/ma>qE/mb，由此可知a的質(zhì)量比b小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在a、b兩微粒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，a微粒所受合外力較大，a微粒的位移較大，由動(dòng)能定理，在t時(shí)刻，a的動(dòng)能比b大，選項(xiàng)B正確；由于在t時(shí)刻兩微粒經(jīng)過(guò)同一水平面，電勢(shì)相等，電荷量大小相等，符號(hào)相反，所以在t時(shí)刻，a和b的電勢(shì)能不等，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由于a、b兩微粒受到的電場(chǎng)力(合外力)大小相等，由動(dòng)量定理知，在t時(shí)刻，a、b微粒的動(dòng)量大小相等，故正確選項(xiàng)是BD．

點(diǎn)評(píng)本題考查電容器、帶電微粒在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、電勢(shì)能、動(dòng)量定理及其相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，凸顯基礎(chǔ)性．試題通過(guò)力電綜合，多視角考查分析電場(chǎng)問(wèn)題的能力與素養(yǎng)．

3．帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中受約束的運(yùn)動(dòng)分析，突出綜合性

例9 (全國(guó)理綜卷Ⅱ，第21題)如圖12，同一平面內(nèi)的a、b、c、d四點(diǎn)處于勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)方向與此平面平行，M為a、c連線的中點(diǎn)，N為b、d連線的中點(diǎn)．一電荷量為q(q>0)的粒子從a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)，其電勢(shì)能減小W1：若該粒子從c點(diǎn)移動(dòng)到d點(diǎn)，其電勢(shì)能減小W2，下列說(shuō)法正確的是 ( ).

A．此勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)方向一定與a、b兩點(diǎn)連線平行

D．若W1=W2，則a、M兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差一定等于b、N兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差

答案:BD

綜上，正確選項(xiàng)是BD．