创建物理图景 求解静电能问题
——一道竞赛题的几种解法
2012-08-16陈向群
物理通报 2012年2期
关键词:物理
陈向群
(马鞍山市第二中学 安徽 马鞍山 243000)
物理教学的目的不仅是让学生学习必要的物理基础知识,更重要的是让学生学会思维,掌握处理实际问题的方法,培养学生分析、解决实际问题的能力.物理图景是以“图景”为依托,以物理概念和规律为依据,与物理过程相关联的、清晰正确的动态情境.通过物理图景,可以使物理过程变得更为形象、清晰,对于启发学生思维,正确理解物理概念,分析物理问题起到良好的辅助作用.本文通过对一道竞赛题的分析,阐述创建物理图景对培养和提高学生形象思维能力和分析、解决问题能力的重要性.
【例题】在一个开有小孔,原来不带电的导体球壳中心O点,有一个点电荷+Q.球壳内、外表面是同心球面,半径分别为a和b,如图1.欲将电荷Q通过小孔缓慢地从O点移到无穷远处,需做多少功?

图1
解法一:当点电荷在球心处时,球内、外表面分别感应产生等量异号电荷,感应电荷在球心处产生的电势

我们设想这样的图景,从O点通过小孔移到球壳外的电荷是一小份一小份地进行,每移动一小份电荷时,可以近似地认为空间的电场以及O点的电势保持不变;每移去一小份电荷,空间各点的电势以及O点的电势下降一个台阶.再把每小份电荷移动所做的功加起来,就是所求的总功.
设每次移动的电荷量为q(小量),且满足Q=nq,即n次移完(n很大).逐次移q,克服电场力做的功分别为[1]

则电荷Q克服电场力做的总功为

当q→0,即n→"时,克服电……
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