高中物理静电场常见问题突破

2023-01-07徐传洋

高中数理化 2022年22期

徐传洋

(山东省济宁市第一中学)

静电场相关问题情境复杂多变,很多问题不仅考查静电场规律,还考查受力分析和几何知识,需要学习者拥有扎实的基本功以及灵活的思维,能够通过审题迅速构建已知条件与要求解问题之间的关系,运用所学寻找到解题突破口.本文探讨静电场常见问题的突破方法,以供参考.

1 平衡问题突破

平衡问题是静电场问题中较为常见的一类问题.该类问题考查的知识点主要有带电体电性的判断、库仑定律、受力平衡等知识.突破该类问题的思路为:根据题干描述以及物体所处状态对物体进行受力分析,结合几何知识构建平衡方程.

例1 如图1所示,a、b、c为三个套在光滑绝缘圆环上的带电小球,圆环竖直放置.小球可自由滑动.其中小球c位于圆环最高点,ac连线、bc连线和竖直方向分别成60°和30°,三个小球处于静止状态,则( ).

A.a、b小球可能带异种电荷

B.a、c小球可能带同种电荷

由题意可知三个小球均处于静止状态,对a、b两个小球而言其受到的电场力必然是斜向上的,即a、b与c小球的电性是不同的,则a、b两个小球的电性相同,则选项A、B 错误.小球c处于平衡状态,受到a、b两个小球的引力,二者在水平方向的分力大小相等,方向相反,则Facsin60°＝Fbcsin30°.连接ab,由给出的角度以及圆的性质可知,ab必然过圆心.设圆环的半径为R,则

2 轨迹问题突破

众所周知,带电粒子的运动轨迹与其受力情况密切相关.静电场中粒子运动轨迹问题考查的知识点有:粒子受力情况的判断、粒子电势能的变化、运动情况的分析等.突破该类问题的思路为:根据题意明确粒子运动的起始点,结合其受力情况及运动方向判断电场力做正功还是做负功,得出其电势能的变化情况.

例2 如图2所示,虚线为匀强电场中的等势线,相邻虚线间的电势差相等.实线为一仅在电场力作用下的带电粒子的运动轨迹.A、B、D为轨迹和等势线的交点,C为轨迹和等势线的切点,则( ).

图2

A.沿轨迹从A→D电势先升高后降低

B.沿轨迹从A→D电势能先增大后减小

C.粒子A→C和C→D的运动时间比为8∶1

3 电势能问题突破

电势能是静电场部分的热门考点,突破该类问题需要根据题干描述以及给出的图形,结合电场力做功公式,并根据电场力做功和电势能之间的关系明确电势能变化情况.

例3 如图3 所示,匀强电场平行于圆O平面.其中AB为圆的直径,长度为10cm.C为圆周上一点,其中∠BAC＝63.5°.已知A、B两点的电势分别为1 V、4 V,C点电势较A点电势低,圆上的最低以及最高电势分别为0和5V,则( ).

图3

A.电场强度为50V·m－1,方向平行于BC

B.电场强度为50V·m－1,方向和AB连线夹角为63.5°

C.将电子按照C→O移动,电子电势能减少3eV

D.将电子按照A→C移动,电子电势能增加1eV

设电场方向和AB连线夹

角为α,则UAB＝ELABcosα,解得α＝53°.O点电势为50V·m－1×0.05 m＝2.5V,电子从C点移动到O点,电场力做正功,电势能减少2.5eV.过A点向CD作垂线,垂足为E,则

OE＝AOcos53°＝0.05×0.6m＝0.03m,

则CE＝0.02 m,容易得到UAC＝50 V·m－1×0.02m＝1V,则将电子按照A→C移动,电场力做负功,电势能增加1eV.选项D 正确.

4 带电粒子偏转问题突破

带电粒子在电场中的偏转是高中物理的难点.该类问题综合性较强,尤其与图像结合时,难度会进一步加大.该类问题考查的知识点较多,主要有运动学公式、类平抛运动规律等.突破该类问题的思路为:认真审题,结合题干描述确定带电粒子在不同阶段的受力情况,同时,运用类平抛运动知识,确定其在特定方向的运动状态,而后运用数学以及物理知识构建方程进行解答.