从高考试题看“电场”复习应重视的几个问题

从高考试题看“电场”复习应重视的几个问题 电场是高中物理内容中十分重要的一章，每年高考或以选择题、填空题的形式，考查 学生对基本概念、基本规律的理解，或以计算题的形式，与力学知识紧密结合组成难度较 大、多方面考核学生能力的综合题。下面结合近几年高考试题谈谈电场复习应重视的几个 问题。 一、重视对基本概念、基本规律的理解 教育的目的是提高人的素质，科学知识是素质的重要组成部分，即便是能力立意十分 突出的试题，也绝不会脱离基本知识、概念。分析历届高考试题不难发现有不少考查学生 能力的试题，考查学生对电场强度、电场线、电势、电势差、电势能、等势面等概念的理 解程度。因此必须从最基本的知识抓起，只有学好了这些基础知识，真正理解了这些概念 的内涵和外延，才能够具有能力，有了能力才能笑傲高考。 例 1. 如图 1 所示，A、 B 两点各放有电量为+Q 和+2Q 的点电荷，A、B、C、D 四点 在同一直线上，且 AC=CD=DB。将一正电荷从 C 点沿直线移到 D 点，则：（ ） A. 电场力一直做正功 B. 电场力先做正功再做负功 C. 电场力一直做负功 D. 电场力先做负功再做正功 分析与解：由于 A、B 两点放的电荷均为正电荷，据场强的叠加原理可知，在 AB 连 线上必有一点合场强为零。设该点为 E，且距 A 点为 x，AB 两点间的距离为 L。据点电荷 的场强公式及叠加原理有： EkQxLx220() 解之得： 1 可见 E 点在 CD 之间靠近 C 点处，E 点左侧合场强方向水平向右，E 点右侧合场强方 向水平向左，所以将一正电荷从 C 点沿直线移到 D 点的过程中，电场力先做正功再做负功， 故答案 B 正确。 点评：本题考查了点电荷电场的特点、点电荷场强公式、叠加原理等基础知识。解此 题的关键是要明确 A、B 间有一点场强为零，在该点两侧场强方向相反。 2 二、重视学习物理知识、研究物理问题的科学方法 目前物理学的科学方法的教学，日益引起广泛的重视，它能培养学生的创新意识，提 高学生的科学素质。本章的物理学科学方法主要有：（1）理想化模型。库仑定律中点电荷 的概念，电场线、等势面。（2）用比值定义电场强度、电势的方法。这是定义物理量的一 个重要方法，要从物理意义上去理解 的意义，而不能仅从数学形式EFqWA、 上去机械地认识。（3）类比的方法。电场与重力场有许多相似之处，都是保守力场，有许 多概念都能对应起来，可以把电场与重力场进行比较，学习物理学家研究电场的科学方法。 带电粒子在匀强电场中的运动，有时完全与平抛运动规律相同，应该与平抛运动进行比较， 加深对这些运动规律的理解。 例 2. 有质量的物体周围存在着引力场。万有引力和库仑定律有类似的规律，因此我们 可以用定义静电场场强的方法来定义引力场的场强。由此可得，与质量为 M 的质点相距 r 处的引力场场强的表达式为 _（万有引力恒量用 G 表示）。EG 分析与解：因万有引力和库仑力有类似规律，我们可以用定义静电场场强的方法来定 义引力场的场强，由电场强度的定义式可知： ，电量 Q 与质量 M 相当，库仑Ekr2 力常量与万有引力常量 G 相当，则引力场强表达式可写成 。rG2 点评：本题考查考生“合理类比”思维意识。除此之外，高中物理知识还有一些能够 合理类比，如：电场力做功与电势能的变化关系可以类比重力做功与重力势能的变化关系； 氢原子核外电子绕核运动可类比卫星绕地球做圆周运动等，这对帮助学生理解和掌握相关 知识有很大作用。 三、重视理论联系实际 根据教学大纲的要求，对带电粒子进入电场时只要求速度平行和垂直于场强的情况， 新课程增加了对静电屏蔽现象、示波器、示波管及其应用的了解。带电粒子在匀强电场中 运动常与实际应用相联系，选材于日常生活、生产和科学技术。另外，平行板电容器在高 考中出现的频率也较高，近年来，它在传感技术上的应用，应受到重视。 例 3. 为研究静电除尘，有人设计了一个盒状容器，容器侧面是绝缘的透明有机玻璃， 它的上下底面是面积 的金属板，间距 ，当连接到 U=2500V 的高压Am042. Lm05. 电源正负两极时，能在两金属板间产生一个匀强电场，如图 2 所示现把一定质量均匀分布 的烟尘颗粒密闭在容器内，每立方米有烟尘颗粒 个，假设这些颗粒都处于静止状态，13 每个颗粒带电量为 ，质量为 ，不考虑烟尘颗粒之间的qC117. kg15. 相互作用和空气阻力，并忽略烟尘颗粒所受重力求合上电键后： （1）经过多长时间烟尘颗粒可以全部吸附？ （2）除尘过程中电场对烟尘颗粒共做了多少功？ （3）经过多长时间容器中烟尘颗粒的总动能达到最大？ 3 分析与解：（1）当靠近上表面的烟尘颗粒被吸附到下板时，烟尘就被全部吸附，烟尘 颗粒受到的电场力 ，所以 。FULqatqUtmL， 122tqLs20. （2）由于板间烟尘颗粒均匀分布，可以认为烟尘的质心位于板间中点位置因此，除尘 过程中电场力对烟尘所做的总功为： WNALqUJN12510413.(/)个 （3）解法一：设烟尘颗粒下落距离为 x，则板内烟尘总动能： EmvxqLAk 2()() 由相关数学知识可知，当 时， 达最大， ，故2Ekxat12xamqUL2 。014.s 解法二：假定所有烟尘集中于板中央，当烟尘运动到下板时，系统总动能最大，则 ，所以： 。Lat212tmqULs1014. 点评：本题考查了带电粒子在电场中加速、电场力做功等知识点对学生应用基础知识 解决实际问题的能力要求较高，解决此题的关键是把实际问题转化为物理模型，从而进行 解题。此题的难点在第（2）问，学生的思维障碍是不会把均匀分布的所有烟尘颗粒抽象为 位于两板中间的一个质点。 四、重视电场与其他章节知识的学科内综合 本章易出综合性强、难度大的题目，因为它能与力学、磁场等知识紧密联系起来。如 带电粒子在电场、磁场中的运动，粒子速度选择器也是高考物理中的实际应用。解决这类 较复杂的粒子运动问题，要明确粒子运动全过程的受力情况，粒子可能受重力、摩擦力、 弹力、电场力、磁场力；要明确全过程中的运动规律，然后用牛顿运动定律与相关的电磁 学知识列方程求解。 例 4. 有三根长度皆为 的不可伸长的绝缘轻线，其中两根的一端固定在天花lm10. 板上的 O 点，另一端分别拴有质量皆为 的带电小球 A 和 B，它们的电kg012. 4 量分别为 和 ， 。A 、B 之间用第三根线连接起来。空间中存在大qC107. 小为 的匀强电场，场强方向沿水平向右，平衡时 A、B 球的位置如图EN106./ 3 所示，现将 O、B 之间的线烧断，由于有空气阻力，A、B 球最后会达到新的平衡位置。 求最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比改变了多少？（不计两带电小球间相互 作用的静电力） 分析与解：如图 4 中虚线表示 A、B 球原来的平衡位置，实线表示烧断后重新达到平 衡的位置，其中 分别表示细线 OA、AB 与竖直方向的夹角。、 A 球受力如图 5 所示，重力 mg，竖直向下；电场力 qE，水平向左；细线 OA 对 A 的 拉力 ，方向如图；细线 AB 对 A 的拉力 ，方向如图。由平衡条件有：FT1 FT2 FqEmgFTT1221sinsi()coco B 球受力如图 6 所示，重力 mg，竖直向下；电场力 qE，水平向右；细线 AB 对 B 的 拉力 ，方向如图。由平衡条件有：T2 5 FqEmgT234sin()co 联立(1)(2)(3)(4)并代入数据，得 045， 由此可知，A、B 球重新达到平衡的位置如图 7 所示。 与原来位置相比，A 球的重力势能减小了： EmglA(sin)160 B 球的重力势能减小了： EglB(sinco)16045 A 球的电势能增加了： Aqlco B 球的电势能减小了： Bl(sini)4530 两球势能总和减小了： EEAB 代入数据可解得： WJ68102. 点评：解此题时若能运用整体法，则能迅速判断出 A、B