與電場(chǎng)相關(guān)的物理方法解析

1、電場(chǎng)物理方法講座電場(chǎng)是高中電學(xué)的重要基本內(nèi)容，也是高考的熱點(diǎn)，綜合性強(qiáng)，初次接觸的同學(xué)修訂稿 難以把握本章題目的解題方法。本文通過(guò)實(shí)例，介紹有關(guān)電場(chǎng)問(wèn)題的處理方法。 一、整體、隔離法整體、隔離法先以物體系統(tǒng)為研究對(duì)象，從整體或全過(guò)程去把握物理現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律，再種綜合思維，也是多種思維的高度每球所受的庫(kù)侖力相同.而若同時(shí)釋放三個(gè)以單個(gè)物體為研究對(duì)象，各個(gè)擊破的方法。整綜合，層次深、理論性強(qiáng)、運(yùn)用價(jià)值高。例1如圖所示，三個(gè)帶電小球質(zhì)量相等，均靜止在光滑的水平面上，若 只釋放A球，它有加速度aA=1m/s：方向向 右；若只釋放B球，它有加速度 aB=3m/s2,方 向向左；若只釋放 C球，求C的加

2、速度ac.解析只釋放一個(gè)球與同時(shí)釋放三個(gè)球時(shí)，球，則三球組成的系統(tǒng)所受合外力為0,由此根據(jù)系統(tǒng)牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解 .把A、日C三個(gè)小球看成一個(gè)整體， 根據(jù)系統(tǒng)牛頓運(yùn)動(dòng)定律知，系統(tǒng)沿水平方向所受合 外力等于系統(tǒng)內(nèi)各物體沿水平方向產(chǎn)生加速度所需力的代數(shù)和，由此可得：ma+ma+ma=0規(guī)定向右為正方向，可解得C球的加速度：ac= (a A+aB)= (1 3)=2m/s方向水平向右：點(diǎn)撥：在物理學(xué)習(xí)中善于運(yùn)用整體、隔離研究分析、處理和解決問(wèn)題，一方面表現(xiàn)為知識(shí)的綜合貫通，另一方面表現(xiàn)為思維的有機(jī)組合。靈活運(yùn)用整體思維可以產(chǎn)生不同凡響的效果， 顯現(xiàn)“變”的魅力，把物理問(wèn)題變繁為簡(jiǎn)、變難為易拓展練習(xí)、(

3、試用整體法與隔離法解下題)如圖所示，a、b兩帶電小球的質(zhì)量均為m所帶電量分別為q和-q ,兩球間用絕緣細(xì)線連接，a球又用絕緣細(xì)線懸掛在天花板上，在兩球所 在空間有方向向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為E,平衡時(shí)細(xì)線都被拉緊1、平衡時(shí)的可能位置是圖中哪一個(gè)？2、兩根絕緣線張力大?。?2A T1 2mg , T2 M mg qE Bc:22C Ti 2mg , T2 V mg qE DTi 2mg22T2 , mg qE；22、TI 2mg , T2 4 mg qE答案：1、A 2、D二、等效法等效思維的實(shí)質(zhì)是在效果相同的情況下，將較為復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題變換為簡(jiǎn)單的熟悉問(wèn)題，以便突出主要因素，抓住它的本質(zhì)，找

4、出其中規(guī)律 例2、如圖所示，一個(gè)" V'型玻璃管倒置于豎直平面內(nèi)，并處于 E=103v/m、方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一個(gè)帶負(fù)電的小球， 重為G=103n,電量q=2X10-6C,從A點(diǎn)由靜止開始運(yùn)動(dòng)，球與管壁的摩擦因數(shù)m=0.5.已知管長(zhǎng)AB=BC=2m傾角=37° ,且管頂B處有一很短的光滑圓弧.求：(1)小球第一次運(yùn)動(dòng)到 B時(shí)的速度多大？(2)小球運(yùn)動(dòng)后，第一次速度為0的位置在何處？(3)從開始運(yùn)動(dòng)到最后靜止，小球通過(guò)的總路程是多少(sin37 ° =0.6 , cos37 ° =0.8)【解析】小球受到豎直向上的電場(chǎng)力為F=qE=2X 1

5、0-3 N =2G,重力和電場(chǎng)合力大小等于重力G方向豎直向上，這里可以把電場(chǎng)力與重力的合力等效為個(gè)豎直上的“重力”，將整個(gè)裝置在豎直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180了就變成了常見(jiàn)的物理模型一一小球在V型斜面上的運(yùn)動(dòng).如圖6-7所示，(1)小球開始沿這個(gè)" V'型玻璃筒運(yùn)動(dòng)的加速度為ai=g(sin a-mcosa)=10 x (sin37 ° - mcos37° )=2 m/s2所以小球第一次到達(dá) B點(diǎn)時(shí)的速度為：(2)在BC面上，小于開始從 B點(diǎn)做勻減速運(yùn)動(dòng)，加速度的大小為：a2=g(sin a+mcosa)=10 x (sin37 ° + mcos37

6、76; )=10m/s 2所以，速度為0時(shí)到B的距離為s=v212a 2=0.4m(3)接著小球又反向向 B加速運(yùn)動(dòng)，到B后又減速向A運(yùn)動(dòng)，這樣不斷地往復(fù)，最后停在B點(diǎn).如果將全過(guò)程等效為一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)，則有：mglsin a=mmgcosaL 所以 L=ltan a/m=3m即小球通過(guò)的全路程為3m點(diǎn)撥：電場(chǎng)中等效問(wèn)題通常是把電場(chǎng)力與重力的合力等效為一個(gè)類似于“重力場(chǎng)”中的“重 力”，應(yīng)用等效法時(shí)往往是用較簡(jiǎn)單的因素代替較復(fù)雜的因素，以使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化而便于求解.拓展練習(xí)： 光滑絕緣的圓形軌道豎直放置，半徑為R,在其最低點(diǎn)A處放一質(zhì)量為m的帶電小球，整個(gè)空間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)， 使小球受到電場(chǎng)力的大小

7、為 mg ,方向水平向右,3現(xiàn)給小球一個(gè)水平向右的初速度v0 ,使小球沿軌道向上運(yùn)動(dòng)，若小球剛好能做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，求V0.4答案：v .2(,3 1)gR三、微元法微元法是分析、解決物理問(wèn)題中的常用方法，也是從部分到整體的思維方法。用該方 法可以使一些復(fù)雜的物理過(guò)程用我們熟悉的物理規(guī)律迅速地加以解決，使所求的問(wèn)題簡(jiǎn)單 化。例3:電量Q均勻分布在半徑為 R的圓環(huán)上如圖所示，求在圓環(huán)軸線上距圓心。點(diǎn)為x處的P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度.解析：帶電圓環(huán)產(chǎn)生的電場(chǎng)不能看做點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng),故采用微元法，用點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)結(jié)合對(duì)稱性求解選電荷元 q R它在P點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)的x分量為:qE x k - cosrk _R_Qx_2-R(RLx2)72x2根據(jù)對(duì)稱性EExkQx22 32 .(R x )kQx22 32 (R x )kQx22 3.(R x )由此可見(jiàn)，此帶電圓環(huán)在軸線P點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小相當(dāng)于帶電圓環(huán)帶電量集中在圓環(huán)的某一點(diǎn)時(shí)在軸線 P點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小，方向是沿軸線的方向.點(diǎn)撥：在使用微元法處理問(wèn)題時(shí)，需將其分解為眾多微小的“元過(guò)程” ，而且每個(gè)“元過(guò)程” 所遵循的規(guī)律是相同的，這樣，我們只需分析這些“元過(guò)程”，然后再將“元過(guò)程”進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)方法或物理思想處理，進(jìn)而使問(wèn)