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时间:2019-05-26
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1、第07单元:电场 [内容和方法] 本单元内容包括电荷、电场、电场力、电场强度、电场线、电势、电势差、电场力功、电容器、电容的定义和平行板电容器电容的决定条件等基本概念,以及库仑定律、静电感应、电场强度与电势差的关系、带电粒子在电场中的运动规律等。 本单元涉及到的基本方法有,运用电场线、等势面几何方法形象化地描述电场的分布;将运动学动力学的规律应用到电场中,分析解决带电粒子在电场中的运动问题、解决导体静电平衡的问题。本单元对能力的具体要求是概念准确,不乱套公式懂得规律的成立条件适用的范围。从规律出发进行逻辑推理,把相关知识融会贯通灵活处理物理问题。 [例题分
2、析] 在本单元知识应用的过程中,初学者常犯的错误主要表现在:不善于运用电场线、等势面为工具,将抽象的电场形象化后再对电场的场强、电势进行具体分析;对静电平衡内容理解有偏差;在运用力学规律解决电场问题时操作不规范等。 例1在边长为30cm的正三角形的两个顶点A,B上各放一个带电小球,其中Q1=4×10-6C,Q2=-4×10-6C,求它们在三角形另一顶点C处所产生的电场强度。 【错解分析】错解: C点的电场强度为Q1,Q2各自产生的场强之和,由点电荷的场强公式, ∴E=E1+E2=0 认为C点处的场强是Q1,Q2两点电荷分别在C点的场强的代数和。
3、【正确解答】 计算电场强度时,应先计算它的数值,电量的正负号不要代入公式中,然后根据电场源的电性判断场强的方向,用平行四边形法求得合矢量,就可以得出答案。 由场强公式得: C点的场强为E1,E2的矢量和,由图8-1可知,E,E1,E2组成一个等边三角形,大小相同,∴E2=4×105(N/C)方向与AB边平行。 例2如图8-2,光滑平面上固定金属小球A,用长L0的绝缘弹簧将A与另一个金属小球B连接,让它们带上等量同种电荷,弹簧伸长量为x1,若两球电量各漏掉一半,弹簧伸长量变为x2,则有:() 【错解分析】错解:故选B 错解只注意到电荷电量改变,忽略
4、了两者距离也随之变化,导致错误。 【正确解答】 由题意画示意图,B球先后平衡,于是有 【小结】 r常指弹簧形变后的总长度(两电荷间距离)。 例3点电荷A和B,分别带正电和负电,电量分别为4Q和Q,在AB连线上,如图8-3,电场强度为零的地方在[ ] A.A和B之间 B.A右侧 C.B左侧 D.A的右侧及B的左侧 【错解分析】错解: 错解一:认为A,B间一点离A,B距离分别是2r和r,则A,B 错解二:认为在A的右侧和B的左侧,由电荷产生的电场方向总相反,因而都有可能抵消,选D。 错解一忽略了A,B间EA和EB方向都向左,不可能抵消。
5、 错解二认为在A的右侧和B的左侧,由两电荷产生的电场方向总相反,因而都有可能抵消,却没注意到A的右侧EA总大于EB,根本无法抵消。 【正确解答】 因为A带正电,B带负电,所以只有A右侧和B左侧电场强度方向相反,因为QA>QB,所以只有B左侧,才有可能EA与EB等量反向,因而才可能有EA和EB矢量和为零的情况。 【小结】 解这类题需要的基本知识有三点:(1)点电荷场强计算公式点电荷而来;(3)某点合场强为各场源在该点场强的矢量和。 例4如图8-4所示,QA=3×10-8C,QB=-3×10-8C,A,B两球相距5cm,在水平方向外电场作用下,A,B保持静
6、止,悬线竖直,求A,B连线中点场强。(两带电小球可看作质点) 【错解分析】错解: 以A为研究对象,B对A的库仑力和外电场对A的电场力相等,所 AB中点总场强E总=E+EA+EB=E外=1.8×105(N/C),方向向左。 在中学阶段一般不将QB的电性符号代入公式中计算。在求合场强时,应该对每一个场做方向分析,然后用矢量叠加来判定合场强方向, 【正确解答】 以A为研究对象,B对A的库仑力和外电场对A的电场力平衡, E外方向与A受到的B的库仑力方向相反,方向向左。在AB的连线中点处EA,EB的方向均向右,设向右为正方向。则有E总=EA+EB-E外
7、。 【小结】 本题检查考生的空间想象能力。对于大多数同学来说,最可靠的办法是:按照题意作出A,B的受力图。从A,B的电性判断点电荷A,B的场强方向,从A或B的受力判断外加匀强电场的方向。在求合场强的方向时,在A,B的连线中点处画出每一个场强的方向,最后再计算。这样做恰恰是在按照物理规律解决问题。 例5在电场中有一条电场线,其上两点a和b,如图8-5所示,比较a,b两点电势高低和电场强度的大小。如规定无穷远处电势为零,则a,b处电势是大于零还是小于零,为什么? 【错解分析】错解: 顺电场线方向电势降低,∴UA>UB,因为无穷远处电势为零,顺电场线方向电
8、势降低,∴
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