《電場》學習問與答
2008-12-31 00:00:00任會常
物理教學探討 2008年20期
1．為什么摩擦能使物體帶電？
答．由物質的結構知道，組成物質的原子是由原子核和核外電子所組成。核外電子繞核運動的同時，又有脫離原子核的吸引成為自由電子的傾向。在兩種不同的物質相互摩擦中，使某個物體的核外電子得到能量而離開原子。這些電子有一部分轉移到另一個物體上去，從而使兩個物體都帶電。
2．為什么摩擦使物體帶電時，相互摩擦的必須是兩種不同的物質？
答．因為不同的物質中，核外電子脫離原子核所需要的能量不同。在摩擦的過程中，雖然兩物體得到的能量一樣，但這些能量能使一種物體上的電子脫離原子核，而另一種則不能。故欲通過摩擦使物體帶電，相互摩擦的必須是兩種不同的物質。
3．為什么在靜電感應現象中，物體能夠帶電？
答．原來帶電的物體，它的周圍存在電場，將不帶電的物體移近它的時候，物體中的電子便受到電場力的作用。若是金屬導體，這些電子便定向移動，聚集到一處帶負電，而在導體的遠離的一處則帶正電；若是電介質，則核外電子便向同一個方向偏移，則物體這一端顯負電性，遠離的一端顯正電性。
4．元電荷和點電荷有區別嗎？
答．有！所謂元電荷，是指一個電子所帶電荷量的絕對值，是物體所帶電荷量的最小值。而點電荷，是一種物理模型，它的體積可大可小，所帶電荷量可多可少。而體積很小、電荷量很少的帶電體也不一定是點電荷。
5．根據E=F/q，有人說場強與電場力成正比，與電荷量成反比。這種說法對嗎？
答．不對！場強是由形成電場的電荷與空間位置確定的，與放入電荷與否、放入電荷量的多少、放入電荷量的正負都沒有關系。如同勻速運動的速度是由運動本身確定的，電阻是由導體本身確定的一樣。只是在確定場強的大小時，得由電場力和電荷量去計算。
6．場強和電場線有怎樣的關系？
答．兩者的相同點是都能表示電場的強弱和方向。兩者的不同點是場強對應電場中的一點的；電場線是對應電場中的一個空間的。兩者的聯系是，場強大處電場線密集，場強小處電場線稀疏。
7．電場的疊加原理和力的獨立作用原理相同嗎？
答．不相同！電場疊加原理，說的是空間中有合電場時，怎樣由各個電場的場強求合場強的問題，即合場強為分場強的矢量和。力的獨立作用原理，說的是一個力對物體產生的加速度與作用在同一物體上的其它力之間的關系問題，即一個力產生的加速度與其它力沒有關系。為什么會認為兩者相近呢？因為都存在一個量和多個量的問題，都存在分矢量與合矢量的合成問題。
8．電勢能與重力勢能有哪些區別和聯系？
答．兩者的區別是性質不同的兩種勢能。兩者的聯系是兩個場都具有力和能的性質。從力的方面說，物體在重力場中受到重力作用；電荷在電場中受到電場力的作用；從能的方面說，重力場中有重力勢gh；電場中有電勢φ。物體在重力場中具有重力勢能mgh；電荷在電場中具有電勢能qφ。物體在重力場中移動時重力所做的功，只與初、末位置有關，與路徑無關；電荷在電場中移動時電場所做的功，也是只與初、末位置有關，與路徑無關。
9．由電場線和等勢面的分布可以知道電場的哪些信息？
答．由電場線的分布，可以知道電場中場強的強弱、方向等情況，電場線密集處場強大，稀疏處場強小，電場線的切線方向是場強的方向。由等勢面的分布，可以知道電場中電勢變化快慢的情況，等勢面密集處在場強方向上電勢變化快，稀疏處在場強方向上電勢變化慢。兩者結合起來，容易判斷電勢高低的情況，即沿電場線的方向，電勢越來越低。
10．有記憶電場力做功和電勢能變化的好方法嗎？
答．有！這就是“電場力做正功，電荷的電勢能減少；電場力做負功，電荷的電勢能增加”，這個重要結論，不論形成電場的電荷是正是負，不論被移動的電荷是正是負，不論電荷是否還受其他力作用，也不論電荷是從高電勢向低電勢移動還是相反，都是正確的。應用這個結論時，要認清移動的是何種性質的電荷，場強的方向向哪?由此確定電場力的方向，再分析運動過程，確定電場力做什么功。這樣才能正確運用該結論。
11．勻強電場中的公式E=UAB/d中的d就是兩點間的距離，對嗎？
答．不對！不是兩點間的距離，而是兩點沿場強方向上的距離。當兩點在同一條直的電場線上時，兩點間的距離就等于沿場強方向上的距離；否則，兩點間的距離就大于沿場強方向上的距離。圖1表示了這個關系。
12．怎樣理解電容的大小？
答．電容器能容納電荷，不同的電容器容納電荷的本領不同，這種本領就是我們所說的電容。電容器的電容大，就是電容器兩極板之間電壓升高時，電容器所增加的電荷量多。如電容器的電容是1F，就表示此電容器兩極板之間電壓升高1V時，電容器上所增加的電荷量為1C。
13．《電容器 電容》課后的“思考與討論”怎樣解答？
答．在審題中要注意電容器與電路是斷開還是接通。因為這是兩種不同的情況。斷開時，則極板上的電量保持不變；接通時，則兩極板間的電壓保持不變。
先看接通時的情況。由于電壓不變，當增大板間距離時，致使電容變小，結合C=Q/U看出，電量要變少。而由勻強電場的公式U=Ed知道，這時場強要變小。即U不變，Q變小，E變小。注意，電量減少的過程中，電路中有電流，減少的電量回到電源中去。
再看斷開時的情況。由于電量不變。當增大板間距離時，致使電容變小，由C=Q/U看出，這時電壓是變大的。至于場強的情況，由E=U/d、U=Q/C和C=εS/4πkd三式得E=4πkQ/εS，所以，這時場強與板間距離的變化沒有關系。即U變大、Q不變，E不變。
14．帶電粒子在勻強電場的運動中有怎樣的特點？
答．從不同角度看有不同的特點。從受力看，所受電場力不變；從加速度看，電場力產生的加速度不變。所以，若帶電粒子（不考慮重力）只受電場力作用，它做勻變速運動。若是帶電小球（考慮重力的作用），則合力為重力與電場力之矢量和，小球仍做勻變速運動。
15．在帶電粒子的加速中，速度v=2qU/m還有其它求法嗎？
答．有！可以由動力學和運動學的相關公式求解。由于帶電粒子所受的電場力為F=qE，故其加速度為a=qE /m，它由靜止開始加速，通過板間距離為L的時間，可由L=at2/2，得t=2L/a=2Lm/qE，將時間代入速度公式得v=at= qE2Lm/qE/m=2qU/m。
16．在帶電粒子的偏轉中，粒子運動有什么特點？
答．帶電粒子在電場中的偏轉，由于所受電場力為恒力，所以做勻變速運動；由于初速度的方向與電場力的方向垂直，所以做類平拋運動。
在初速度方向上，做勻速直線運動，v∥=v0，x=v0t
在與初速度垂直的方向上，做初速度為零的勻加速速運動，v┷= qE t/m= qU t/md，y= qU t2/2md。
在極板間運動時，t時刻的速度
v=v20+(qUt/md)2
速度偏轉的角度φ滿足
tanφ= qU t/m v0d。
時間t內的位移大小為
s=(v0t)2+(qUt2/2md)2
位移偏轉的角度θ滿足
tanθ= qU t/2m v0d。
只要知道極板長度，就會求出課本中矩形陰影內的那些值。
