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2016年01月常见电场线问题以及应对方法
2016-01-18 19:22:04 来源:91考试网 作者:www.91exam.org 【
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无论是教师招聘的笔试还是教师资格的统考笔试,高中物理选修3-1中的第一章静电场,都是必考内容。现在,我们就来一起分析一下常见电场线问题以及应对方法。

首先,我们来回顾一下关于电场线的一些知识点:

①电场线是为了直观形象地描述电场分布,在电场中引入的一些假想的曲线;

②在没有电荷的空间,电场线具有不相交、不中断的特点;

③静电场的电场线还具有下列性质:(1)电场线不闭合,始于正电荷或无穷远处终止于无穷远或负电荷;(2)电场线垂直于导体表面;(3)电场线与等势面垂直。

④曲线上每一点的切线方向和该点电场强度的方向一致;

⑤曲线密集的地方场强强,稀疏的地方场强弱;

⑥沿着电场线的方向,电势降低;

⑦正电荷沿着电场线方向,电势能降低,逆着电场线方向,电势能升高;负电荷正好相反。

⑧一些常见的电场线如下图,其中甲图为正点电荷的电场线,乙图为负点电荷的电场线,丙图为等量异种电荷的电场线,丁图为等量同种正电荷的电场线,戊图为点电荷与金属平板间电场线,己图为平行板间电场线。

回顾了关于电场线的一些知识点以后,我们来看一看电场线问题的常考形式和应对方法。

(1)仅有电场线

这一 类题目主要考察对一些简单的物理知识的掌握情况,比如电场线的疏密与场强的关系、电场线的走势与电势和粒子电势能的关系等。解决这类问题一定要仔细读题,注意题目中分析的物理量、注意粒子的电性,以防马虎出错。以两道真题为例:

【2014年广州市教育局直属事业单位教师岗物理真题选择第11题】

如图所示为某静电场的电场线分布,P、Q为该电场中的两点,下列说法正确的是( )。

A.P点场强大于Q点场强

B.P点电势低于Q点电势

C.将电子从P点移动到Q点,电场力做正功

D.将电子从P点移动到Q点,其电势能减少

思路点拨:这一道题目的AB项,考察的是从电场线中找到场强与电势的变化,比较简单;CD选项只要考察带电粒子的电势能的变化,注意题中的带电粒子是电子,即带负电。“电场力做正功电势能减少,电场力做负功电势能增加”,所以判断好粒子的受电场力方向与运动方向之后,自然能判断出其电势能变化情况。

解析:电场线密的地方电场的强度大,所以P点场强一定大于Q点场强,故A正确;根据沿电场线方向电势降低可知:P点电势一定高于Q点电势,故B错误;P点电势一定高于Q点电势,即φp>φq.电势能Ep=qφ,由于是电子,所以q<0,所以电子在P点的电势能小于在Q点的电势能.故C错误;将电子从P点移动到Q点,其电势能增大,所以电场力做负功,故D错误。

【2015年黑龙江鸡西市事业单位教师岗物理笔试单选第15题】

如图所示为某一电场所形成的一簇电场线,图中E.F.G.H是以坐标原点O为圆心的圆周上的四个点,E.H点在y轴上,G点在x轴上,则下列说法正确的有( )。

A.E点电势比G点的电势低

B.OE间的电势差等于HO间的电势差

C.正电荷在O点时的电势能大于其在G点的电势能

D.将负电荷从H点移到F点的过程中,电场力对其做负功

思路点拨:此题的AB选项,仍是考察简单的静电场中的基本概念:电势与电势差。但是又比上一道题目稍难,因为被比较的两个位置并不在同一条电场线上,所以我们要利用等势线的特点把不在同一条电场线的点,挪到一条电场线上,这样就很容易解决了。CD选项同理。

解析:根据电场线与等势线垂直,画出E点等势线,再根据沿着电场线方向电势逐渐降低,知E点电势比F点的电势低,A正确;由于HO处的电场线密,场强大,所以OE间的电势差小于HO间的电势差,B错误;根据电场线与等势线垂直,画出O点等势线,可知O点的电势大于G点电势,所以C正确;将负电荷从H点移到F点的过程中,电场力对其做负功,D正确;故选ACD。

总之,对于此类问题,难度并不会很大,只要考生能熟练掌握相关知识点,认真读题,都不会失分。

(2)场源电荷与运动曲线结合

此类问题不会直接给出电场线的位置、形状,仅是给出场源电荷,比如等量同种电荷或等量异种点何等。所以考生需要根据题中的信息要求,准确地绘出电场线的大致曲线。而对于运动曲线,须知运动曲线凹进去的方向,是其受到的外力的方向,在仅有电场力的作用下,就是电场力的方向。结合粒子的电性,即可判断出电场线的方向;或者根据电场线的方向,判断出粒子的电性。接下来一起分析一下真题。

【2015年湖南益阳阮江市教育、卫生系统招聘教师岗物理单选第8题】

如图所示,真空中有A、B两个等量异种点电荷,O、M、N是AB连线的垂线上的三个点,且AO>OB,A带负电荷,B带正电荷,一试探电荷仅受电场力作用,试探电荷从M运动到N的轨迹如图中实线所示。下列判断中正确的是( )。

A.此试探电荷可能带负电

B.此试探电荷一定带正电

C.两点电势ΦM小于ΦN

D.此试探电荷在M处的电势能小于在N处的电势能

思路点拨:首先需画出等量异种电荷的电场线,最好能够标出中垂线这一特殊直线,以便和此题中的MN做对比。绘出了电场线之后,结合运动曲线的特点,判断出其受电场力的方向,结合电场线的方向,判断出电性。而对于不在同一条电场线的MN两点,可以通过绘制等势线解决。

解析:首先,画出等量异种电荷形成的电场,知电场线大部分皆是由B指向A。试探电荷由M运动到N运动曲线如图,根据曲线运动的特点,知试探电荷收到指向曲线凹处的电场力,即大致方向由B指向A,所以知试探电荷必带正电,选项A错,B对。M、N两点的电势比较,根据电场线的疏密即可得出ΦM大于ΦN,选项C错。比较M、N两处的电势能,可以过M、N做两圈等势线,易得M、N位于不同的两条等势线上,且M所在的电势高于N所在的电势,正电荷由高电势运动到低电势,电场力做正功,电势能降低,所以D错。

对于这类题型,考生主要需要记住几种常见的电场线,并且要清楚曲线运动的特点,综合分析,是解决这类问题的关键。

(3)等势线与运动曲线结合

这类问题依然不会直接给出电场线,只会给出运动曲线和等势线。考生需要根据题中的信息,结合等势线的特点,描绘出大致的电场线。再结合上面讲过的方法来进行解题。依旧以两道真题为例。

【2014年广州市越秀区教师招聘物理多选第24题】

一粒子从A点射入电场,从B点射出,电场的等势面和粒子的运动轨迹如图所示,图中左侧前三个等势面彼此平行,不计粒子的重力。下面说法正确的有( )。

A.粒子带负电荷

B.粒子的加速度先不变,后变小

C.粒子的速度不断增大

D.粒子的电势能先减小,后增大

思路点拨:等势线与电场线垂直,所以根据等势线绘制出一条条平滑的曲线,再根据图中等势线的电势,判断出电场线的方向。接下来结合相关知识点即可进行解题了。

解析:本题考查带电粒子在电场中的运动。沿电场线方向电势逐渐降低,电场线垂直与等势面,如图所示,画出轨迹上某一点的电场的方向,结合粒子的偏转情况可判断粒子的受力方向与电场线方向相反,故粒子带负电,A项正确;左侧等势面平行等间距,对应电场为匀强电场,右侧等势面间距增大,对应电场强度减小,由左到右的过程电场力先不变后变小,即加速度先不变后变小,B项正确;此过程电场力做负功,粒子电势能不断增大,动能(速度)不断减小,所以选项C、D错误。

【2013年淄川教师招聘笔试物理单选第5题】

图中虚线为一组间距相同的同心圆,圆心处固定一带正电的点电荷,一带电粒子以一定初速度射入电场,实线为粒子仅在电场力作用下的运动轨迹a、b、c三点是实线与虚线的交点,则该粒子( )。

A.带负电

B.在c点受力最大

C.在b点的电势能小于在c点的电势能

D.由a点到b点的动能变化大于由b点到c点的动能变化

思路点拨:此题既可根据正点电荷的电场特点画出电场线,也可以根据等势线画出电场线。但是有一点需要注意,即虽然等势线是等间距的,但并不表示每相邻的两条等势线间的电势差是一定的。电场线越密集,电场强度越大,自然等间距的电势差越大。

解析:由运动曲线,可以看出,该粒子所受的电场力指向曲线凹处,即电场力的方向与电场线的方向相同,所以粒子带正电,选项A错。根绝库仑力公式,可知,越靠近电场中心的正电荷,受到的电场力越大,所以a处受力最大,c处受力最小,选项B错。从a点到b点再到c点,电势越来越低,电场力做正功,粒子的电势能减少,动能增加。由于虚线等间距,而靠近中心电荷处的电场强度大,所以根据U=Ed,知ab间的电势差更大一些,所以ab间电场力做功更多,动能变化更大,所以选项D正确。

此类题主要需要考生能将此部分知识点综合利用,绘出正确的电场线,当电场线能够正确的绘制出来以后,接下来只需要仔细认真,不被一些条件所误导。

最后,编者想说此类电场线的问题并不难,只要大家能够将之前所学综合应用,仔细认真审题,灵活发掘信息,都能够做到快速、准确解题 。

讲师李彦红解析

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