电场性质相关问题典型错解剖析
葛亚苹
一、场强、电势、电场线、等势面之间的关系
例1 如图1所示,在y轴上关于o点对称的a、b两点有等量同种点电荷+q,在x轴上c点有点电荷-q,且co=od,∠ado=600.下列判断正确的是( ? ?)
a.o点电场强度为零
b.d点电场强度为零
c.若将点电荷+q从o移向c,电势能增大
d.若将点电荷-q从o移向c,电势能增大
错解 导致错解的主要原因是思维定式,误认为()点的场强是对称的a、b两带有等量同种点电荷+q所形成的,而忽略了c点的负电荷,认为o点电场强度为零,点电荷+q从o移向c,电场力做负功,电势能增大.即选ac.
正解 o点的场强应为a、b、c三个点电荷的场强叠加,a、b点的两个等量同种点电荷合场强为0,c处点电荷在o点场强方向向左,故a错.由平行四边形定则,a、b两点电荷在d点的场强与他们在d点的合场强相等,由于ad= cd= bd,在d点ea=ec =eb=eab,c点的点电荷-q在d点的场强方向向左,与eab方向相反,所以d点的合场强为零.三个点电荷在co线段上的场强方向向左,若将点电荷+q从o移向c,电场力做正功,电势能减少,若将点电荷-q从0移向c,电场力做负功,电势能增大.故选项bd正确.
【小结】1.求解合场强的方法是平行四边形定则,三个点电荷形成的电场的合成可以先两个合成后再与第三个合成;2.判断电势能变化的方法是根据电场力做功,电场力做正功,电势能减少,电场力做负功,电势能增大.
二、带电粒子运动中的相关问题
例2 如图2所示,图中实线表示一匀强电场的电场线,一带负电的粒子射入电场,虚线是它的运动轨迹,a、b是轨迹上的两点,若粒子所受重力不计,那么正确的判断是( ? ?)
a.电场线方向向下
b.粒子一定从a点运动到b点
c.a点的电势比b点的高
d.粒子在a点的电势能大于在b点的电势能
错解 错解1:根据粒子运动的轨迹,联想到重力场中的平抛运动,认为粒子一定是从a点运动到b点,错选b.
错解2:混淆电势与电势能的概念,认为从a点运动到b点,是类平抛运动,b点动能大,所以a点的电势比b点的高,错选c.
正解 无论粒子从a点或者从b点射入电场中,由于运动轨迹向下弯曲,说明粒子所受电场力的方向向下,粒子带负电,可判断电场线的方向向上,a错误;粒子既可以从a点运动到b点,也可以从b点运动到a点,b错误;由于顺着电场线电势降低,故c错误;由于是负电荷,电势越大处电势能越小,故d正確.
【小结】1.由物体做曲线运动的条件:合力在轨迹曲线的内侧,确定电场力的方向;2.由电场力和电荷的正负判断电场线的方向;3.沿电场线方向电势逐渐减低;4.根据电场力做功判断电势能和动能的变化.
三、平行板电容器中相关问题
簟例3 如图3所示,平行板电容器与恒定电源相连,负极板接地,在两板间有一正电荷(电荷量很少且不变)固定在p点,以u表示电容两极板间的电压,e表示两极板间的场强,φp表示p点的电势,ep表示正电荷在p点的电势能,若保持负极板不动,而将正极板向上移至某位置,则( ? ?)
a.u不变,ep变小
b.u不变,ep不变
c.e变小,φpp变大
d.e变大,φpp不变
错解 认为p点位置不变,则φp、 ep均不变,错选b.
正解 电容器与电源保持相连,电源电压u不变,保持负极板不动,向上移动正极板,d变大,由e=u/d分析可知,两极板间场强e变小,p点与下极板间的距离不变,由u= ed知,jp点与下极板间的电势差变小,因p点的电势高于零,所以p点的电势降低,根据正电荷在电势高处电势能大,得知正电荷的电势能ep变小.故a正确.bcd错误.
电场性质相关问题典型错解剖析
本文2022-11-07 20:10:29发表“文化教育”栏目。
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