高中物理电场常见问题及解题方法.docx
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高中物理电场常见问题及解题方法
高中物理解题方法指导
物理题解常用的两种方法:
分析法的特点是从待求量出发,追寻待求量公式中每一个量的表达式,(当然结合题目所给的已知量追寻),直至求出未知量。
这样一种思维方式“目标明确”,是一种很好的方
法应当熟练掌握。
综合法,就是“集零为整”的思维方法,它是将各个局部(简单的部分)的关系明确以后,将各局部综合在一起,以得整体的解决。
综合法的特点是从已知量入手,将各已知量联系到的量(据题目所给条件寻找)综合在一起。
实际上“分析法”和“综合法”是密不可分的,分析的目的是综合,综合应以分析为基础,二者相辅相成。
正确解答物理题应遵循一定的步骤
第一步:
看懂题。
所谓看懂题是指该题中所叙述的现象是否明白不可能都不明白,不懂之处是哪哪个关键之处不懂这就要集中思考“难点”,注意挖掘“隐含条件。
”要养成这样一个习惯:
不懂题,就不要动手解题。
若习题涉及的现象复杂,对象很多,须用的规律较多,关系复杂且隐蔽,这时就应当将习题“化整为零”,将习题化成几个过程,就每一过程进行分析。
第二步:
在看懂题的基础上,就每一过程写出该过程应遵循的规律,而后对各个过程组成的方程组求解。
第三步:
对习题的答案进行讨论.讨论不仅可以检验答案是否合理,还能使读者获得进一步的认识,扩大知识面。
四、电场解题的基本方法
本章的主要问题是电场性质的描述和电场对电荷的作用,解题时必须搞清描述电场性质的几个物理量和研究电场的各个规律。
1、如何分析电场中的场强、电势、电场力和电势能
(1)先分析所研究的电场是由那些场电荷形成的电场。
(2)搞清电场中各物理量的符号的含义。
(3)正确运用叠加原理(是矢量和还是标量和)。
下面简述各量符号的含义:
①电量的正负只表示电性的不同,而不表示电量的大小。
②电场强度和电场力是矢量,应用库仑定律和场强公式时,不要代入电量的符号,通过运算求出大小,方向应另行判定。
(在空间各点场强和电场力的方向不能简单用‘+’、‘-’来表示。
)
③电势和电势能都是标量,正负表示大小.用
进行计算时,可以把它们的符号代入,如U为正,q为负,则
也为负.如U1>U2>0,q为负,则
。
④电场力做功的正负与电荷电势能的增减相对应,WAB为正(即电场力做正功)时,电荷的电势能减小,
;WAB为负时,电荷的电势能增加
。
所以,应用
时可以代人各量的符号,来判定电场力做功的正负。
当然也可以用
求功的大小,再由电场力与运动方向来判定功的正负。
但前者可直接求比较简便。
2、如何分析电场中电荷的平衡和运动
电荷在电场中的平衡与运动是综合电场;川力学的有关知识习·能解决的综合性问题,对加深有关概念、规律的理解,提高分析,综合问题的能力有很大的作用。
这类问题的分析方法与力学的分析方法相同,解题步骤如下:
(1)确定研究对象(某个带电体)。
(2)分析带电体所受的外力。
(3)根据题意分析物理过程,应注意讨论各种情况,分析题中的隐含条件,这是解题的关键。
(4)根据物理过程,已知和所求的物理量,选择恰当的力学规律求解。
(5)对所得结果进行讨论。
【例题4】如图7—3所示,如果
(氚核)和
(氦核)垂直电场强度方向进入同—偏转电场,求在下述情况时,它们的横向位移大小的比。
(1)以相同的初速度进入,
(2)以相同的初动能进入;(3)以相同的初动量进入;(4)先经过同一加速电场以后再进入。
分析和解带电粒子在电场中所受电场力远远大于所受的重力,所以重力可以忽略。
带电粒子在偏转电场受到电场力的作用,做类似于平抛的运动,在原速度方向作匀速运动,在横向作初速为零的匀加速运动。
利用牛顿第二定律和匀加速运动公式可得
(1)以相同的初速度v0进入电场,因E、l、v0都相同,所以
(2)以相同的初动能Ek0进入电场,因为E、l、mv2都相同,所以
(3)以相同的初动量p0进入电场,因为E、l、mv0都相同,由
(4)先经过同一加速电场加速后进入电场,在加速电场加速后,粒子的动能
(U1为加速电压)
由
因E、l、U1是相同的,y的大小与粒子质量、电量无关,所以:
注意在求横向位移y的比值时,应先求出y的表达式,由题设条件,找出y与粒子的质量m、电量q的比例关系,再列出比式求解,这是求比值的一般方法。
3、如何分析有关平行板电容器的问题
在分析这类问题时应当注意
(1)平行板电容器在直流电路中是断路,它两板间的电压与它相并联的用电器(或支路)的电压相同。
(2)如将电容器与电源相接、开关闭合时,改变两板距离或两板正对面积时,两板电正不变,极板的带电量发生变化。
如开关断开后,再改变两极距离或两板正对面积时,两极带电量不变,电压将相应改变。
(3)平行板电容器内是匀强电场,可由
求两板间的电场强度,从而进—步讨论,两极板问电荷的叫平衡和运。
4、利用电力线和等势面的特性分析场强和电势
电力线和等势面可以形象的描述场强和电势。
电荷周围所画的电力线数正比于电荷所带电量。
电力线的疏密,方向表示电场强度的大小和方向,顺电力线电势降低,等势面垂直电力线等……可以帮助我们去分析场强和电势
【例题】有一球形不带电的空腔导体将一个负电荷—Q放入空腔中,如图所示。
问:
(1)由于静电感应,空腔导体内、外壁各带什么电空腔内、导体内、导体外的电场强度,电势的大小有何特点,电场强度的方向如何
(2)如将空腔导体内壁接地;空腔导体内外壁各带什么电空腔内、导体内、导体外的场强,电势有何变比
(3)去掉接地线,再将场电荷-Q拿走远离空腔导体后,空腔导体内、外壁各带什么电空腔内、导体内、导体外部的场强、电势又有什么变化
分析和解本题利用电力线进行分析比较清楚
(1)把负电荷放人空腔中,负电荷周围将产生电场,(画出电力线其方向是指向负电荷)自由电子由低电势到高电势(电子逆电力线运动)发生静电感应,使导体内壁带有电量为Q的正电荷,导体外壁带有电量为Q的负电荷,如图所示。
空腔导体里外电力线数一样多(因电力线数正比于电量)空胶外电力线指向金属导体(电力线止于负电荷)。
越靠近空腔导体场强越大。
导体中无电力线小,电场强度为零,空腔内越靠近负电荷Q电力线越密,电场强度也越大。
顺电力线电势降低,如规定无穷远电势为零,越靠近空腔导体电势越低,导体内部电势相等,空腔内越靠近负电荷Q电势越低。
各处的电势均小于零。
(2)如把空腔导体内壁接地,电子由低电势到高电势,导体上的自由电子将通过接地线进入大地,静电平衡后导体内壁仍带正电,导体外壁不带电。
由于电力线数正比于场电荷,场电荷-Q未变所以空腔内的电力线分布未变,空腔内的电场强度也不变。
导体内部场强仍为零。
由于导体外壁不带电,导体外部无电力线,导体外部场强也变为零。
(要使导体外部空间不受空腔内场电荷的影响,必须把空腔导体接地。
)
在静电平衡后,导体与地电势相等都等于零,导体内部空腔中电势仍为负,越靠近场电荷电势越低,各处电势都比导体按地以前高。
(3)如去掉接地线,再把场电荷拿走远离空腔导体时,由于静电感应,导体外表面自由电子向内表面运动.到静电平衡时,导体内表面不带电,外表面带正电,带电量为Q。
这时导体内部和空腔内无电力线,场强都变为零,导体外表面场强垂直导体表面指向导体外,离导体越远,电力线越疏,场强越小。
顺电力线电势减小,无穷远电势为零,越靠近导体电势越高。
导体上和空腔内电势相等,各点电势均大于零。
当导体接地时,导体外表面不带电,也可用电力线进行分析。
如果外表面带负电,就有电力线由无穷远指向导体,导体的电势将小于零,与导体电势为零相矛盾。
如果导体外表面最后带正电,则有电力线由导体外表面指向无穷远,则导体电势将大于零,也与地等电势相矛盾.所以,本题中将导体接地时,导体外表面不再带电。
3、利用等效和类比的方法进行分析
当我们研究某一新问题时,如果它和某一学过的问题类似,就可以利用等效和类比的方法进行分析。
【例题】摆球的质量为m,带电量为Q,用摆长为Z的悬线悬挂在场强为E的水平匀强电场中。
求:
(1)它在微小摆动时的周期;
(2)将悬线偏离竖直位置多大角度时,小球由静止释放,摆到悬线为竖直位置时速度刚好是零。
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