高中物理電場與靜力問題解題分析

陳健

【摘要】文章針對高中物理的概述，從電場問題和靜力問題的解題思路及方法、具體示例等方面進行分析，結(jié)果證實：在高中物理教學中，夯實基礎知識，掌握解題技巧，可提高學生的解題能力，提升物理學習素養(yǎng).

【關(guān)鍵詞】高中物理;電場與靜力問題

在高中物理教學中，電場、靜力是非常重要的部分，解決電場、靜力學難題是考生拿分的必要技能.由于高中物理知識抽象，難度大，學生僅掌握概念、公式是無法獲得高分的.因此，教師應加強學生的習題訓練，幫助掌握解題技巧.現(xiàn)結(jié)合個人經(jīng)驗，就電場和靜力問題進行簡要論述.

1 高中物理的概述

高中物理是自然科學中的基礎科目.在大多數(shù)省份，物理是會考和高考科目，在高中學習中占據(jù)重要地位.

分析物理課程的特點，主要表現(xiàn)為：

①理解加深.高中物理教學中，需要深度理解物理知識，定量計算相關(guān)知識，如核能、動能概念等.

②知識廣，范圍大.教學實踐中，應擴大物理知識范圍，學習初中未學的內(nèi)容，如動量定理、萬有引力定律等.

③知識應用能力高.高中生不只要學習物理知識，還要提高物理知識的應用能力，特別是解題能力，同時還要學習常用的研究方法[1].

2 高中物理電場問題的解題思路和方法

2.1 電場問題解題思路和方法

2.1.1 找到問題的核心知識點

在高中物理電場內(nèi)容考查中，主要考查靜電場方面的知識.從考查內(nèi)容分析，和出題要求相符的知識點比較少，涉及電容和電容器、電勢和電勢能的聯(lián)系等，差異性大.舉例電勢能和電容，實際考查中，雖然對電容器的電場做功進行考查，但是題目多和電容器有關(guān).

從當前來看，極少考查電容器方面，出題時大多借助電容器產(chǎn)生電場（勻強），在其中另外施加勻強電場（垂直方向），最后的考查問題是電荷穿過金屬板時需要施加的電場強度.這類問題中，電場做功是核心知識點，電容器只起輔助作用.

2.1.2 公式方程的變形

當前，很多高中生在學習電場知識時只背誦公式，但知識考查需要對公式進行變形，并和其他知識相結(jié)合.

例如 電勢能.基本公式W=Fcosθ|AB|，式中F表示電荷受力，|AB|cosθ表示電荷在力方向上的移動情況.

實際考查中，該公式具有局限性，一般來講電荷移動路徑不規(guī)則，應采用積分學知識計算電荷的移動距離，需要學生進行反復練習，才能具備方程變形能力.

2.1.3 和物理模型聯(lián)系

由于人們無法直接預測靜電場，為了能掌握和運用靜電場方面的知識，應建立靜電場模型，涉及電場線、勻強電場等勢線.其中，勻強電場是一個重難點，因為在考查電場知識時，為體現(xiàn)出知識的全面性，需要在靜電場知識中引入其他知識.

例如 動力學.若解題期間發(fā)現(xiàn)題目涉及金屬板等關(guān)鍵詞，應立即找尋知識點，建立金屬板模型，按要求在金屬板上放置電荷，模擬電荷運動狀態(tài)，得出解題思路[2].

2.1.4 分析電場中的運動情況

在電場問題解決過程中，應重點分析電荷的運動情況，理清電荷的運動規(guī)律與軌跡，加深學生對電荷知識的理解，提高解題能力.

首先，明確解題對象，即找尋帶電體;其次，對帶電體的外力、受力情況進行分析，結(jié)合題目的相關(guān)要求，著重分析物理過程，討論可能會出現(xiàn)的情況，并找出題目中的潛藏信息;最后，選擇符合要求的公式，引入物理量，得出最終結(jié)果.

2.1.5 找尋限制條件

在電場知識考查期間，和其他知識的聯(lián)系越發(fā)緊密，最常見的是電場和動力學知識的結(jié)合，需要找尋知識點的限制性條件解題.

例如 水平方向放置兩塊金屬板，分別連接電源的正負極.同時，水平方向均勻的施加電場，一個帶電粒子在上金屬板左端，求水平電場場強是多少時，才能從下金屬板右端射出帶電粒子.

問題解答期間，先結(jié)合電容器原理求解豎直方向的場強，得出帶電粒子（豎直方向）的受力值，繼續(xù)求解帶電粒子的加速度、運動時間，該時間就是題目的限制性條件.

在該題目中，金屬板長度是已知條件，因此可解出帶電粒的加速度、受力情況和場強.

此類題目解題期間，應找尋知識點的連接點，將其作為限制性條件，指導學生解題.

2.2 具體示例

將電荷量為+Q的小球放在金屬球（不帶電）附近，電場線分布見圖1.金球表面電勢相等，a、b是電場中的兩個點，求電場強度、電勢之間的關(guān)系.結(jié)合題目，給出以下選項：

（A）a點電場強度大于b點.

（B）a點電勢低于b點.

（C）檢驗電荷-q在a點的電勢大于b點.

（D）檢驗電荷-q從a點移至b點時，電場力做負功.

分析方法 讓學生分析圖形，將抽象內(nèi)容化為具體內(nèi)容，借助圖象圖形分析問題，能幫助學生理解題目和解題，加快做題速度.若有的題目沒有圖象，需要學生自行畫圖.

試題分析 電場線的疏密情況和場強大小相關(guān).分析圖1發(fā)現(xiàn)，a點電場強度大于b點，因此A選項正確;a點電場線從Q點出發(fā)運動到金屬球，a點電勢比金屬球的電勢高.b點電場線從金屬球出發(fā)，金屬球的電勢比b點高，即a點電勢高于b點，因此B選項錯誤;電勢越高，負電荷電勢能就越小，即a點電勢能小于b點，因此C選項錯誤.

上述得知，-q在a點的電勢能小于b點，將其從a點轉(zhuǎn)移到b點，電勢能會增大，此時電場力做負功，因此D選項正確.綜合前面3個選項，本題選擇AD選項.

2.3 電場問題的注意事項

在電場問題中，電容器應引起學生的重視.在直流電路中，電容器始終處于斷路狀態(tài)，兩板的電壓等同于和其并聯(lián)的電器電壓[3-4].若電容器和電源相連，通過對兩板間距和面積的改變，對平行板電容器的帶電量進行改變，但電壓始終不變.若電容器和電源斷開，移動平行板，帶電量維持原樣，但電壓會變化.

一般情況下，電容器的電場屬于勻強電場，電荷在只電場做勻速運動.

3 高中物理靜力問題的解題思路及方法

3.1 靜力問題解題思路和方法

3.1.1 建立力學模型

在高中物理中，靜力方面的知識點是摩擦力和彈力，重難點是力的分解與合成.

解題過程中，應結(jié)合題目內(nèi)容和要求建立力學模型，主要包括：

①滑塊與水平面，適用于水平面的分析，模型建立過程中，應觀察題目是否有光滑水平面關(guān)鍵詞，若沒有應在模型建立時充分考慮摩擦力.

②斜面和滑塊，這類問題比較復雜，對于大多數(shù)學生而言，力的分解難度大，而且多數(shù)題目涉及摩擦力，因此在對重力進行分解時，應沿著斜面方向分解.在力學模型中，其是一種比較重要的分解模型[5].

3.1.2 保證力的完整性

靜力問題分析和解決過程中，應保證受力完整，研究物體受力.具體解題中，先找尋關(guān)鍵詞，例如勻速、光滑平面等，基于關(guān)鍵詞建立模型，判斷靜力是否處于平衡狀態(tài).

隨后，對模型進行研究，分析是否有摩擦力及摩擦力的方向和大小，進而保證物體受力的完整性[6].有些情況下，靜力問題存在“陷阱”，主要體現(xiàn)在相關(guān)參數(shù)、力的方向.

3.1.3 物體達到平衡條件

例如 以質(zhì)點為例，若某個質(zhì)點受外力影響，保持靜止或勻速運動，那么該質(zhì)點的加速度為0，處于平衡狀態(tài).要想使質(zhì)點達到平衡，必要條件為∑F=0，正交分解后得出∑Fx=0，∑Fy=0.

對于具體物體來講，平衡條件下無水平和豎直加速度，因此∑Fx=0，∑Fy=0.

若物體同時受3個力，并且處于平衡狀態(tài)，那么這些力一定有共同點，能形成封閉的三角形.同時，其中2個力的合力等同于另外的力，并且方向相反[7].

3.2 具體示例

3.2.1 案例1

如圖2 所示，為鋼架的約束反力.以鋼架為研究對象，對受力情況進行分析.

已知∑Fx=0：FAX-qb=0，

∑Fy=0：FAX-P=0，

∑MA（F）=0：MA-Pa-1/2qb2=0，

解得FAX=qb，F(xiàn)AY=P，MA=Pa+1/2qb2.

3.2.2 案例2

已知一物靜塊止放在粗糙的斜面上，用水平向右的推力推動物塊，物塊仍靜止.從以下選項中求正解：

（A）斜面對物塊的支持力變小.

（B）斜面對物塊的支持力變大.

（C）斜面對物塊的摩擦力變小.

（D）斜面對物塊的摩擦力變大.

分析物體的受力圖，由于尚不知道摩擦力的方向.從正交分解法分析，在垂直斜面方向，斜面多出F分量，因此斜面會增加對物塊的支持力，但無法確定F在斜面的分量和重力G在斜面上的大小關(guān)系.因此，無法確定斜面對物體的靜摩擦力和方向，所以B選項正確.

4 結(jié)語

綜上所述，高中階段，很多學生對物理的印象是知識點多、復雜，電場、靜力是物理的重點和難點，習題綜合性強，涉及物理知識多，難度大，并且易和其他概念相混淆.

實際教學中，教師應結(jié)合教學大綱和要求，向?qū)W生講解基礎理論知識，總結(jié)解題思路和方法，讓學生在熟練掌握相關(guān)內(nèi)容的同時，加深對電場、靜力學的認知，提高解題能力和速度.

本文通過相關(guān)分析和探討，闡述了電場和靜力問題的解題方法，希望能為各位同仁提供可靠參考.

參考文獻：

[1]梁銀賢.分析高中物理電場及靜力問題解題的思路與方法[J].高考，2020（12）：162.

[2]周建華.掌握應用要點提升解題效率——高中物理電場解題的基本分析方法[J].數(shù)理化解題研究，2020（33）：70-71.

[3]周紅娜.高中物理電場知識解題規(guī)律總結(jié)[J].科學咨詢，2020（27）：171.

[4]陳家秋.高中物理電場強度教學的信息化模式構(gòu)建[J].數(shù)理化學習（教育理論），2019（8）：17-18.

[5]司鵬舉.全反力（摩擦角）在靜力學中的應用[J].數(shù)理化解題研究，2020（7）：60-61.

[6]唐昌琳.辨析概念規(guī)律學會受力分析掌握解題思路——高中物理靜力學教學探析[J].中學教學參考，2019（26）：32-35.

[7]王旭.分析高中物理電場及靜力問題解題的思路與方法[J].中學生數(shù)理化（教與學），2019（4）：93.