电场中常见问题及解题方法初探

2016-08-24李林

物理之友 2016年7期

关键词：电场力重力势能油滴

李　林

(广东省深圳市宝安中学，广东　深圳　518101)

电场中常见问题及解题方法初探

李林

(广东省深圳市宝安中学，广东深圳518101)

本文对电场中的几类常见问题进行梳理，归纳其解答的一般方法，以期能提高电场习题教学的针对性和有效性.

电场；问题归类；解答方法

电场是整个电磁学的基础，对后续电磁学的学习将产生深远的影响.电场问题包含电场、场强、电势、电势能等不易感知的抽象概念，题目往往与静力学、动力学、功能关系相结合，这就导致了高难度、大跨度，习题涉及的现象复杂、对象多、使用的规律多，关系复杂且隐蔽，学生普遍感到这部分知识难学难懂.下面就这类电学问题的求解策略，作如下探讨.

1　带电粒子在电场中的运动轨迹

例1：一粒子从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1所示，图中左侧前三个等势面彼此平行等距，各个相邻的等势面间电势差相等，不计粒子的重力.下列说法正确的有().

图1

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

解析:本题考查了等势面、电场线、电场力、电场力做功、电势能等知识，可以先根据等势面确定电场线的分布情况，然后依据等势面疏密的意义、电场力做功特点等进行求解.

电场线(垂直于等势面)先向右后向上偏，而粒子向下偏了，电场力与电场强度方向相反，所以粒子带负电，A选项正确；因为等势面先平行并且密，后变疏，说明电场强度先不变、后变小，则电场力先不变、后变小，所以加速度先不变、后变小，B选项正确；由于起初电场力与初速度方向相反，所以速度先减小，C选项错误；因为电场力先做负功，所以电势能先增大，D选项错误.

2　静电力与平衡知识的综合运用

图2

例2：如图2所示，空间有一匀强电场，电场方向与纸面平行.一带电量为-q的粒子(重力不计)在恒力F的作用下沿虚线由M匀速运动到N.已知力F和MN间夹角为θ，MN间距离为d，则下列结论中正确的是().

C. 带电粒子由M运动到N的过程中，电势能增加了Fdcosθ

D. 若要使带电粒子由N向M做匀速直线运动，则F必须反向

3　电容器动态分析问题

图3

例3：如图3所示，平行板电容器与一个直流电源E(内阻不计)相连，下极板接地.一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态.现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离，则().

A.P点的电势降低

B. 带电油滴的电势能将减少

C. 带电油滴将沿竖直方向向上运动

D. 电容器的电容减小，极板带电量增大

4　用功能观点处理带电体在电场中的运动问题

例4：一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图4虚线所示,电场方向竖直向下.若不计空气阻力,则此带电油滴从a运动到b的过程中,能量变化情况为().

图4

A. 动能减小

B. 电势能增加

C. 动能和电势能之和减少

D. 重力势能和电势能之和增加

解析:带电油滴从a运动到b的过程中，所受重力竖直向下，电场力竖直向上，合力向上，电场力做正功，动能增加，电势能减少，故A、B选项错误；根据能量守恒可知，重力势能、电势能、动能三者之和保持不变，动能增加，因此重力势能和电势能之和减小，故C选项正确；同理，根据能量守恒，重力势能增加，动能和电势能之和减小，故D选项错误.