电场力作用下物理问题的有效突破

【内容摘要】带电物体在电场力作用下的运动情境多种多样。高中物理授课中应为学生认真讲解电场力基础知识，使学生更好地把握电场力的性质、对带电物体做功的规律等，尤其注重优选精讲典型，为学生展示不同题型的有效突破思路。【关键词】电场力物理问题突破电场力是一种特殊的力，其方向的判断以及大小的计算遵循特定的规律。为帮助学生突破不同情境下的物理问题，应注重为学生展示相关题型的解题思路，帮助学生理清电场力与已学知识之间的区别与联系，使其掌握相关的破题技巧。一、电场力下物体平衡问题的突破如图1所示，A、B为两个可看为质点的带异种电荷的小球。静止时绝缘细线与竖直方向的夹角分别为α、β，满足α<β，且两小球处在同一水平线上，则（）A.B球受到的库仑力较大，电荷量较大B.B球的质量较大C.B球受到的拉力较大D.两球接触后再分开，再次处于静止状态，悬线偏角仍满足α′<β′两个点电荷之间的电场力可运用库仑定律计算。其方向沿点电荷之间的连线，遵循同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引原则。在掌握这一规律后，便可运用已学的受力分析知识，突破相关习题。针对该题A项，两个小球受到的库仑力是等大反向的，无从得知哪个电荷量较大，错误。B项，分别对A、B两个小球进行受力分析，易得mAg=F库tanα、mBg=F库tanβ，由α<β，则mA>mB，错误。C项，由平衡条件可得FA拉=F库sinα、FB拉=F库sinβ，则FB拉较小，错误。D项，设两小球再次平衡时产生的库仑力为F′库，则受力分析可得tanα′=F′库mAg、tanβ′=F′库mBg，而mA>mB，则α′<β′，正确。点评：分析电场力下物体平衡问题，可根据电场力的计算公式将其看成一个恒力，而后运用力的合成法则，结合相关的几何知识加以突破。二、电场力下参数定性判断的突破静电场在x轴上的场强E随x的变化关系如图2所示，设x轴正方向为场强正方向，带正电的点电荷沿x轴运动，则点电荷（）A.在x2与x4受到相等的电场力B.从x2运动到x4电势能保持不变C.从x1运动至x4的过程中电场力先减小后增大D.从x1运动至x4的过程中电场力先增大后减小电场力下对电场力、电势能、电场强度等进行定性分析时，应掌握电场力做功与电势能变化之间的关系。同时，电场强度的判断则主要依据电场线的疏密。突破该题需要深刻的理解题意，搞清楚电场强度E正负表示的含义，即，其只表示方向是否和约定的方向是否一致。A项，在x2与x4场强E的大小相等，方向均沿x轴负方向，因此，点电荷受到的电场力相等，正确。B项，点电荷从x2运动到x4的过程中电场力始终做负功，电势能增加，错误。D项，点电荷从x1运动至x4的过程中可知E先变大后变小，因此，点电荷受到的电场力先增大后减小，正确。综上可知AD两项正确。点评：突破该题的关键在于准确、深入的识图，能够从图中充分挖掘隐含条件，认真分析引起图线变化的内在因素，确定相关因素的作用规律。三、电场力下参数定量计算的突破如图3所示，一忽略重力的带电粒子，以v0的初速度进入匀强磁场，运动轨迹经过b点，且Oa=Ob。若撤掉磁场，添加一个和y轴平行的匀强电场，仍v0的初速度进入电场，粒子轨迹仍可经过b点，则电场强度E和磁感应强度B的比值为（）A.v0B.1C.2v0D.v02匀强电场下电场力的计算可运用公式F=qE，其方向和正电荷在电场中受到的电场力方向一致。突破粒子在电场中的运动应注重联系所学的平抛运动相关规律，构建对应的方程。根据已知条件可设Oa=Ob=d，则由粒子在磁场中的运动规律可知，qv0B=mv02r，由几何知识可得r=d，易得B=mv0qd。将磁场更换为电场后，粒子在水平方向以v0做匀速直线运动。沿电场方向受到的电场力为F=qE，在竖直方向上有qE=ma，要想其仍经过b点，则在水平方向上應满足v0t=d，在竖直方向上应满足d=12at2，联立得到E/B=2v0，选择C。点评：突破该题的关键在于对物体在不同力作用下的运动情况进行准确的判断，并认真回顾相关的模型，结合“粒子轨迹仍可经过b点”进行解答。四、电场力作用下能量问题的突破如图4所示，在一匀强电场中固定一斜面，电场方向与斜面平行且向下，一带正电的物体以初动能200J从斜面底端向上运动。第一次经斜面A点时动能减少了160J，机械能减少了100J，电势能增加了80J，则（）A.返回斜面底端时的动能为150JB.返回斜面底端时的动能为160JC.从底端到第一次经过A点，摩擦力对物体做的功为-20JD.返回斜面底端时，克服摩擦力做的功为40J该习题考查了电场力做功、机械能、电势能等知识，具有一定的综合性。解答该题需要搞清楚电场力做功与电势能之间的关系，明确能量的转化去路，并注重运用能量守恒定律进行分析。根据已知条件电势能增加了80J，表明电场力做功-80J;机械能减少了100J，其一部分转化成了电势能，一部分转化了热能，即，摩擦力做的功为-20J。到达A点时动能减少了160J，该部分能量还有一部分转化成重力做的功，即，重力做功的功为-60J。根据“功”的相关知识，物体上升的过程中摩擦力、重力、电场力做功之比为1：3：4。则物体达到最高点时摩擦力总的功应为-1/8Ek=1/8×200J=-25J。则物体从最高点返回到最低点时摩擦力做的总功为-50J，其在最低点具备的动能还有200J-50J=150J。综上分析正确答案为AC。点评：突破该题的关键在于深入理解机械能、重力势能、重力做功、摩擦力做功、电力做功之间的关系。同时，结合对题意的深入把握，确定重力做功、摩擦力做功、电力做功的比例关系。结语高中物理教学中，为使学生能够巧妙的突破电场力