解决静电场问题的思维方法

《解决静电场问题的思维方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、解决静电场问题的思维方法　　静电场一章知识点多，学生要掌握理解的概念和规律多；涉及到高一必修1和必修2的知识多；运用解决问题的思想方法多.因此，学生在学习过程中存在一定的困难，特别是一些习题的解答需要一些特定的思维方法，才能完满地解决.教师有必要帮助学生归纳整理这些方法，既能培养学生正确地理解物理概念、物理规律的确切含义，也能培养学生构建正确的解决物理问题的思维方法和树立正确的物理思想.　　1微元法　　微元法的核心思想就是把研究对象或研究过程进行无限细分，或从研究对象上选取某一“微元”，加以分析研究，这样在一定的

2、条件下，变速看成匀速、变力看成恒力、曲线看成直线、物体看成质点、带电体看成点电荷，使复杂问题变成简单问题，再用熟悉的知识和方法就能顺利得到解决.　　例1如图1所示，一个均匀的带电圆环，带电量为+Q，半径为R，放在绝缘水平桌面上.圆心为O点，在O点做一竖直线，在此线上取一点A，使A到O点的距离为R，在A点放一检验电荷+q，则+q在A点所受的电场力为多少？6　　方法与技巧本题学生易受教材中把均匀带电球体成点电荷的影响，也把电荷等效在环的中心，用库仑定律求解，这就犯了生搬硬套的错误.本题在中学里的解法是用微元法：即将环

3、分成很多小段，使每小段可以看成点电荷，这些点电荷与+q的作用力的合力就是+q在A点所受的电场力.　　2等效替代法　　等效替代法是根据学习中熟知的基本物理模型或物理过程的特点和实质，对问题进行等效性替代，从而使问题得到快速解决.一般是，在效果相同的前提下，从A事实出发，用另外的B事实来代替，必要时再由B而C……直至实现所给问题的条件，从而建立与之相对应的联系，得以用有关的知识、规律解之.常用的有模型代替实物，有合力（合运动）代替分力（分运动），等效电阻，等效电源等.　　例2如图2所示，一带-Q电荷量的点电荷A，与一

4、块很大的接地金属板MN组成一系统，点电荷A与MN板垂直距离为d，试求垂线d中点C处的电场强度大小.　　方法与技巧本题用“等效法”来处理.MN金属板接地电势为零，右侧表面处场强处处与表面垂直，右侧表面电场线的特点与等量异种点电荷中垂面相同，可以等量异种点电荷来等效代替，如图3所示，这样就很容易求出C点的电场强度.C点的电场强度等于点电荷A和B在C点产生的电场强度的矢量和.　　3对称法6　　由于物质世界存在某些对称性，使得物理学理论也具有相应的对称性，从而使对称现象普遍存在于各种物理现象和物理规律中.应用这种对称性不

5、仅能帮助我们认识和探索物质世界的某些基本规律，而且也能帮助我们去求解某些具体的物理问题，这种思维方法在物理学中称为对称法.一般情况下，对称表现为研究对象在结构上的对称性、物理过程在时间上和空间上的对称性、物理量在分布上的对称性及作用效果的对称性等.用对称性解题的关键是抓住物理问题在某一方面的对称性，这些对称性往往就是通往答案的捷径.利用对称法分析解决物理问题，可以避免复杂的数学演算和推导，直接抓住问题的实质，出奇制胜，快速简便地求解问题.　　例3如图4所示，一半径为R的绝缘球壳上均匀地分布电量为+Q的的电荷，另一

6、电量为+q的点电荷放在球心O处，由于对称性，点电荷受力为零，现在球壳上挖去半径为r（rR）的一个小圆孔，则此时置于球心的点电荷所受力的大小为多少？（已知静电力量为k），方向如何？　　方法与技巧由对称性可知，由于球壳上带电均匀，原来每条直径两端相等的一小块圆面上的电荷对球心+q的力互相平衡.现在球壳上A处挖去半径为r的小圆孔后，其他直径两端电荷对球心+q的力仍互相平衡，剩下的就是与A相对称的B处、半径也等于r的一小块圆面上电荷对它的力F，B处这一小块圆面上的电荷量为qB=πr214πR2Q=r214R2Q.由于半径

7、rR，可以把它看成点电荷.根据库仑定律，它对中心+q的作用力大小为F=qBq1R2=kqQr214R4，其方向由球心指向小孔中心.　　有些学生对该题无从下手，一是没有掌握对称思想方法，不能理解电荷在球心处受力为零这一题意，从而无从下手；二是由于数学知识不熟练，无法判决球壳表面上电荷分布的面密度，求不到被挖去的小圆孔（用为点电荷）所带的电量.　　4类比法　　类比法是根椐两个（或两类）对象在某些属性上相似，6而推出它们在另一个属性上也可能相似的一种推理形式，由此，建立新概念，说明新现象，解决实际问题.通过对两个不同对

8、象进行比较找出它们的相似点，然后以此为依据，把其中某一对象的有关知识或结论应用到另一对象上去，进而运用熟悉物理现象的物理规律来求解不熟悉的物理现象.　　例如我们在讨论静电场时可以启发学生与已知的重力场相类比――电场强度可以和重力场的强度相类比，电场力搬移电荷做功与重力搬移重物做功相类比，电势能与重力势能相类比，带电粒子在静电场中的运动与质点在重力场中的运动相类比等等.在教