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动中有静静中寓动

2016-05-26刘焕奇

中学物理·高中 2016年2期
关键词:场强电场力电势

刘焕奇

任何事物都是运动的,运动与静止虽然是对立的,但它们也可以互相转化,动和静是事物状态表现的两个侧面,它们相比较而存在,依情况而转化,动中有静,静中寓动,动静结合.在2015江苏高考多项选择题中,这种思想方法表现极为突出.

1 动中有静,从一般到特殊聚焦物体的每一状态

所谓动中有静通俗地说就是把研究对象经历的过程分为无限多个无限小的部分,取出有代表性的极小的一部分进行分析处理,得出有代表性的结论,再从局部到全体综合起来加以考虑的科学思维方法.

例1 (2015年江苏7题)一带正电的小球向右水平抛入范围足够大的匀强电场,电场方向水平向左.不计空气阻力,则小球

A.做直线运动 B.做曲线运动

C.速率先减小再增大 D.速率先增大后减小

解析一 由题意知,小球受重力、电场力作用,合外力的方向与初速度的方向不在同一条直线上如图1所示,故小球做曲线运动,所以A错误;B正确;我们知道带电小球在复合场中经历的过程分为无限多个无限小的部分.为了找出小球运动速度变化的规律,我们首先“化动为静”,选取小球的初始时刻为研究对象,则重力的瞬时功率为零,电场力的瞬时功率为负,所以小球的动能一定要减少;由于水平方向小球做匀减速运动,设想过一段时间水平速度一定减为零,我们就研究这一时刻的小球,则此时刻电场力的瞬时功率为零,重力的瞬时功率必为正,综合以上两点可得小球一定是速度先减少再增大.所以选项为B、C.

例2 (2015年江苏8题)两个相同的负电荷和一个正电荷附近的电场线分布如图2所示,c是两负电荷连线的中点,d点在正电荷的正上方,c,d到正电荷的距离相等,则

A.a点的电场强度比b点的大

B.a点的电势比b点的高

C.c点的电场强度比d点的大

D.c点的电势比d点的低

2 静中生动,从整体上把握分析物体的连续变化过程

静者动之,静止的事物使人们往往只看到片面,不能够全面观察事物的特征.我们不妨让它动起来,在运动中观察全面、寻找规律、把握特性.即我们可用动的观点来处理静的数量和形态,将状态常数看成是变数的取值,将静止状态看成是运动过程的瞬间,表现为静中生动.

例1解析二 对于小球受重力、电场力作用后,受力如图3所示,合外力的方向与初速度的方向成一钝角,故小球做曲线运动.我们可以将重力场和电场合成为一个恒力,构建新的保守场,设场强为g′,对于小球运动的全过程我们可以理解成:带电小球相当于新的保守场做类斜上抛运动,所以小球运动速度为先变小再变大.这样我们站在更高的高度全面把握小球运动的全过程.故选项为B、C.

例2解析二 对于C、D选项,比较c、d两点的场强和电势时,我们刚才在“解析一”中“弃动选静”,根据真空中点电荷产生电场的场强和电势的计算式求解.其实,在我们解决问题时也可以避实就虚,动静结合,使静者动之,从而顺利解决问题.我们知道在点电荷产生的电势计算式在高考大纲中是不做要求的,绝大多数学生对它是没有掌握,或者根本没有见过,那么他们将怎样判定c、d两点电势的高低呢?我们就可以设计一个动态过程,“化静为动”让质点分别从c点和d点移动到正电荷处,对于c点到正电荷之间的长度我们将它们等分为很多无限小等分,d点到正电荷之间的长度我们将它们等分为相同的无限小等分,每一小等分的场强看为匀强的,但是c边这一侧场强大于对应的另一侧d边的场强,当质点c逆势而上时,每上升一小等分电势升高量ΔU′=E′d均大于另一侧相同小等分的电势升高量 ,这样我们将每一等分的电势差累加起来,不难发现c点到正电荷间电势差大于d点到正电荷间的电势差,即c点电势低于d点电势.

同理,大家仔细研究2015江苏高考第9题,也可以发现,将圆环下降和上升的全过程分解为每一静止状态进行受力分析,再将状态A到状态B连为双向互逆过程进行研究各列动能定理,做到“化动为静,动静结合”,就可以顺利地“流淌”出答案来.总之,动中觅静 静中生动,虚者实之,实者虚之;在我们解决物理问题时如若做到避实就虚,动静结合,使静者动之,动者静之;就可以感受到一种清新自然的和谐美,静中寓动的韵律美,感受到每道题的勃勃生机,这正是高考命题人的生活感悟和艺术追求.

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