细说静电场中几组概念的区别与联系

■安徽省合肥一中 程梦辉(特级教师)

细说静电场中几组概念的区别与联系

■安徽省合肥一中 程梦辉(特级教师)

同学们在学习静电场这部分知识时,可以发现与其相关的概念众多、概念之间很容易混淆。下面就来细说几组概念的区别与联系,以帮助同学们更好地复习这部分内容。

一、明确易混概念间的区别

1.场强大小与电势高低的区别：场强大小与电势高低无必然关系,沿着电场线方向电势降低,但场强大小可能增大,也可能减小,还可能不变。

2.电势高低与电势能大小的区别：正电荷在电势较高处的电势能较大,而负电荷在电势较高处的电势能较小。

3.电场线与电荷运动轨迹的区别：电场线与电荷运动轨迹无关,在电荷只受静电力作用的情况下,只有当电场线是直线时,电荷运动轨迹才可能与电场线重合。

二、明确相关概念之间的联系

1.电场线与等势面之间的联系：电场线与等势面处处垂直,并且从高的等势面指向低的等势面,即沿着电场线方向电势降低最快,但电势降低的方向不一定是场强方向。

2.电势与电势差的联系：UAB=φA-φB,UAB=-UBA。

3.静电力做功与电势能变化的联系：静电力做功与路径无关,静电力做正功,电荷的电势能减少,且WAB=EpA-EpB。

4.匀强电场中电势差与电场强度的关系：UAB=E d,其中d是A、B两点在沿电场线方向上的距离。

图1

例1 如图1所示,直线a、b和c、d是处于匀强电场中的两组平行线,M、N、P、Q是它们的交点,四点处的电势分别为φM、φN、φP、φQ。一电子在从M点分别运动到N点和P点的过程中,静电力所做的负功相等,则( )。

A.直线a位于某一等势面内,φM＞φQ

B.直线c位于某一等势面内,φM＞φN

C.若电子由M点运动到Q点,则静电力做正功

D.若电子由P点运动到Q点,则静电力做负功

解析：电子在从M点分别运动到N点和P点的过程中,静电力所做的负功相等,说明N点和P点的电势相等且小于M点的电势,即φN=φP＜φM。因为直线d位于某一等势面内,所以直线c也必定位于某一等势面内,则φM=φQ,电子从M点运动到Q点,静电力做功为零,选项A、C错误。因为φN=φP＜φM=φQ,所以若电子由P点运动到Q点,电子的电势能减小,静电力做正功,选项D错误。答案为B。

三、明确物理规律的适应范围

图2

跟踪训练

图3

1.两个相同的负电荷和一个正电荷附近的电场线分布如图3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两点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.如图4所示,在空间直角坐标系O-xyz中,有一四面体C-AOB,C、A、O、B为四面体的四个顶点,且其坐标分别为O(0,0,0)、A(L,0,0)、B(0,L,0)、C(0,0,L),D(2L,0,0)是x轴上一点,在坐标原点O处固定着一个带电荷量为+Q的点电荷。下列说法正确的是( )。

图4

A.A、B、C三点的电场强度相同

B.电势差UOA=UAD

C.将一电子由C点分别移动到A、B两点,静电力做功相同

D.电子在A点的电势能大于在D点的电势能

A.C2=3C1,U2=U1

B.C2=3C1,E2=4E1

C.U2=U1,E2=3E1

D.U2=2U1,E2=2E1

4.如图5甲所示,一条电场线与Ox轴重合,取O点电势为零,在O x方向上各点的电势φ随x变化的情况如图5乙所示。若在O点由静止释放一电子,电子仅受静电力的作用,则( )。

图5

A.电子一直沿O x轴负方向运动

B.静电力一直做正功

C.电子运动的加速度逐渐增大

D.电子的电势能逐渐增大

参考答案：1.ACD 2.C 3.AC 4.B

(责任编辑 张 巧)