細說靜電場中幾組概念的區別與聯系

■安徽省合肥一中 程夢輝(特級教師)

細說靜電場中幾組概念的區別與聯系

■安徽省合肥一中 程夢輝(特級教師)

同學們在學習靜電場這部分知識時,可以發現與其相關的概念眾多、概念之間很容易混淆。下面就來細說幾組概念的區別與聯系,以幫助同學們更好地復習這部分內容。

一、明確易混概念間的區別

1.場強大小與電勢高低的區別：場強大小與電勢高低無必然關系,沿著電場線方向電勢降低,但場強大小可能增大,也可能減小,還可能不變。

2.電勢高低與電勢能大小的區別：正電荷在電勢較高處的電勢能較大,而負電荷在電勢較高處的電勢能較小。

3.電場線與電荷運動軌跡的區別：電場線與電荷運動軌跡無關,在電荷只受靜電力作用的情況下,只有當電場線是直線時,電荷運動軌跡才可能與電場線重合。

二、明確相關概念之間的聯系

1.電場線與等勢面之間的聯系：電場線與等勢面處處垂直,并且從高的等勢面指向低的等勢面,即沿著電場線方向電勢降低最快,但電勢降低的方向不一定是場強方向。

2.電勢與電勢差的聯系：UAB=φA-φB,UAB=-UBA。

3.靜電力做功與電勢能變化的聯系：靜電力做功與路徑無關,靜電力做正功,電荷的電勢能減少,且WAB=EpA-EpB。

4.勻強電場中電勢差與電場強度的關系：UAB=E d,其中d是A、B兩點在沿電場線方向上的距離。

圖1

例1 如圖1所示,直線a、b和c、d是處于勻強電場中的兩組平行線,M、N、P、Q是它們的交點,四點處的電勢分別為φM、φN、φP、φQ。一電子在從M點分別運動到N點和P點的過程中,靜電力所做的負功相等,則( )。

A.直線a位于某一等勢面內,φM＞φQ

B.直線c位于某一等勢面內,φM＞φN

C.若電子由M點運動到Q點,則靜電力做正功

D.若電子由P點運動到Q點,則靜電力做負功

解析：電子在從M點分別運動到N點和P點的過程中,靜電力所做的負功相等,說明N點和P點的電勢相等且小于M點的電勢,即φN=φP＜φM。因為直線d位于某一等勢面內,所以直線c也必定位于某一等勢面內,則φM=φQ,電子從M點運動到Q點,靜電力做功為零,選項A、C錯誤。因為φN=φP＜φM=φQ,所以若電子由P點運動到Q點,電子的電勢能減小,靜電力做正功,選項D錯誤。答案為B。

三、明確物理規律的適應范圍

圖2

跟蹤訓練

圖3

1.兩個相同的負電荷和一個正電荷附近的電場線分布如圖3所示。c是兩負電荷連線的中點,d點在正電荷的正上方,c、d兩點到正電荷的距離相等,則( )。

A.a點的電場強度比b點的大

B.a點的電勢比b點的高

C.c點的電場強度比d點的大

D.c點的電勢比d點的低

2.如圖4所示,在空間直角坐標系O-xyz中,有一四面體C-AOB,C、A、O、B為四面體的四個頂點,且其坐標分別為O(0,0,0)、A(L,0,0)、B(0,L,0)、C(0,0,L),D(2L,0,0)是x軸上一點,在坐標原點O處固定著一個帶電荷量為+Q的點電荷。下列說法正確的是( )。

圖4

A.A、B、C三點的電場強度相同

B.電勢差UOA=UAD

C.將一電子由C點分別移動到A、B兩點,靜電力做功相同

D.電子在A點的電勢能大于在D點的電勢能

A.C2=3C1,U2=U1

B.C2=3C1,E2=4E1

C.U2=U1,E2=3E1

D.U2=2U1,E2=2E1

4.如圖5甲所示,一條電場線與Ox軸重合,取O點電勢為零,在O x方向上各點的電勢φ隨x變化的情況如圖5乙所示。若在O點由靜止釋放一電子,電子僅受靜電力的作用,則( )。

圖5

A.電子一直沿O x軸負方向運動

B.靜電力一直做正功

C.電子運動的加速度逐漸增大

D.電子的電勢能逐漸增大

參考答案：1.ACD 2.C 3.AC 4.B

(責任編輯 張 巧)