在本單元知識應(yīng)用的過程中,初學(xué)者常犯的錯誤主要表現(xiàn)在:不善于運用電場線、等勢面為工具,將抽象的電場形象化后再對電場的場強、電勢進行具體分析;對靜電平衡內(nèi)容理解有偏差;在運用力學(xué)規(guī)律解決電場問題時操作不規(guī)范等。 例1、在邊長為30cm的正三角形的兩個頂點A,B上各放一個帶電小球,其中Q1=4×10-6C,Q2=-4×10-6C,求它們在三角形另一頂點C處所產(chǎn)生的電場強度。 【錯解】C點的電場強度為Q1,Q2各自產(chǎn)生的場強之和,由點電荷的場強公式, ∴E=E1+E2=0 認為C點處的場強是Q1,Q2兩點電荷分別在C點的場強的代數(shù)和。 【正解】計算電場強度時,應(yīng)先計算它的數(shù)值,電量的正負號不要代入公式中,然后根據(jù)電場源的電性判斷場強的方向,用平行四邊形法求得合矢量,就可以得出答案。 由場強公式得: C點的場強為E1,E2的矢量和,由圖8-1可知,E,E1,E2組成一個等邊三角形,大小相同,∴E2= 4×105(N/C)方向與AB邊平行。 例2、如圖8-2,光滑平面上固定金屬小球A,用長L0的絕緣彈簧將A與另一個金屬小球B連接,讓它們帶上等量同種電荷,彈簧伸長量為x1,若兩球電量各漏掉一半,彈簧伸長量變?yōu)閤2,則有:( )
【錯解】 故選B 錯解只注意到電荷電量改變,忽略了兩者距離也隨之變化,導(dǎo)致錯誤。 【正解】由題意畫示意圖,B球先后平衡,于是有 【小結(jié)】r常指彈簧形變后的總長度(兩電荷間距離)。 例3、點電荷A和B,分別帶正電和負電,電量分別為4Q和Q,在AB連線上,如圖8-3,電場強度為零的地方在 [ ] A.A和B之間 B.A右側(cè) C.B左側(cè) D.A的右側(cè)及B的左側(cè) 【錯解】錯解一:認為A,B間一點離A,B距離分別是2r和r,則A,B 錯解二:認為在A的右側(cè)和B的左側(cè),由電荷產(chǎn)生的電場方向總相反,因而都有可能抵消,選D。 錯解一忽略了A,B間EA和EB方向都向左,不可能抵消。 錯解二認為在A的右側(cè)和B的左側(cè),由兩電荷產(chǎn)生的電場方向總相反,因而都有可能抵消,卻沒注意到A的右側(cè)EA總大于EB,根本無法抵消。 【正解】因為A帶正電,B帶負電,所以只有A右側(cè)和B左側(cè)電場強度方向相反,因為QA>QB,所以只有B左側(cè),才有可能EA與EB等量反向,因而才可能有EA和EB矢量和為零的情況。 【小結(jié)】解這類題需要的基本知識有三點:(1)點電荷場強計算公式點電荷而來;(3)某點合場強為各場源在該點場強的矢量和。 例4、如圖8-4所示,QA=3×10-8C,QB=-3×10-8C,A,B兩球相距5cm,在水平方向外電場作用下,A,B保持靜止,懸線豎直,求A,B連線中點場強。(兩帶電小球可看作質(zhì)點) 【錯解】以A為研究對象,B對A的庫侖力和外電場對A的電場力相等,所 AB中點總場強E總=E+EA+EB=E外=1.8×105(N/C),方向向左。 在中學(xué)階段一般不將QB的電性符號代入公式中計算。在求合場強時,應(yīng)該對每一個場做方向分析,然后用矢量疊加來判定合場強方向, 【正解】以A為研究對象,B對A的庫侖力和外電場對A的電場力平衡, E外方向與A受到的B的庫侖力方向相反,方向向左。在AB的連線中點處EA,EB的方向均向右,設(shè)向右為正方向。則有E總=EA+EB-E外。 【小結(jié)】本題檢查考生的空間想象能力。對于大多數(shù)同學(xué)來說,最可靠的辦法是:按照題意作出A,B的受力圖。從A,B的電性判斷點電荷A,B的場強方向,從A或B的受力判斷外加勻強電場的方向。在求合場強的方向時,在A,B的連線中點處畫出每一個場強的方向,最后再計算。這樣做恰恰是在按照物理規(guī)律解決問題。 例5、在電場中有一條電場線,其上兩點a和b,如圖8-5所示,比較a,b兩點電勢高低和電場強度的大小。如規(guī)定無窮遠處電勢為零,則a,b處電勢是大于零還是小于零,為什么? 【錯解】順電場線方向電勢降低,∴UA>UB,因為無窮遠處電勢為零,順電場線方向電勢降低,∴UA>UB>0。 由于把所給電場看成由正點電荷形成的電場,認為從正電荷出發(fā),順電場線電勢逐漸減小到零,從而得出UA,UB均大于零。 【正解】順電場線方向電勢降低,∴UA>UB,由于只有一條電力線,無法看出電場線疏密,也就無法判定場強大小。同樣無法判定當無窮遠處電勢為零時,a,b的電勢是大于零還是小于零。若是由正電荷形成的場,則EA>EB,UA>UB>0,若是由負電荷形成的場,則EA<EB,0>UA>UB。 【小結(jié)】只有一條電場線,可以判定各點電勢高低,但無法判定場強大小及電勢是否大于零。 例6、將一電量為q =2×106C的點電荷從電場外一點移至電場中某點,電場力做功4×10-5J,求A點的電勢。 【錯解】 錯誤混淆了電勢與電勢差兩個概念間的區(qū)別。在電場力的功的計算式W=qU中,U系指電場中兩點間的電勢差而不是某點電勢。 【正解】解法一:設(shè)場外一點P電勢為Up所以Up=0,從P→A,電場力的功W=qUPA,所以W=q(Up-UA), 即4×10-5=2×10-6(0-UA) UA=-20V 解法二:設(shè)A與場外一點的電勢差為U,由W=qU, 因為電場力對正電荷做正功,必由高電勢移向低電勢,所以UA=-20V 【小結(jié)】公式W=qU有兩種用法:(1)當電荷由A→B時,寫為W=qUAB=q(UA-UB),強調(diào)帶符號用,此時W的正、負直接與電場力做正功、負功對應(yīng),如“解法一”;(2)W,q,U三者都取絕對值運算,如“解法二”,但所得W或U得正負號需另做判斷。建議初學(xué)者采用這種方法。 |
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