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电场常见错解分析
在本章知识应用的过程中,学生常犯的错误主要表现在:不善于运用电场线、等势面为工具,将抽象的电场形象化后再对电场的场强、电势进行具体分析;对静电平衡内容理解有偏差;在运用力学规律解决电场问题时操作不规范等。
例1 如图8-1所示,实线是一个电场中的电场线,虚线是一个负检验电荷在这个电场中的轨迹,若电荷是从a处运动到b处,以下判断正确的是: [ ]
A.电荷从a到b加速度减小
B.b处电势能大
C.b处电势高
D.电荷在b处速度小
【错解】
由图8-1可知,由a→b,速度变小,所以,加速度变小,选A。因为检验电荷带负电,所以电荷运动方向为电势升高方向,所以b处电势高于a点,选C。
【错解原因】
选A的同学属于加速度与速度的关系不清;选C的同学属于功能关系不清。
【分析解答】由图8-1可知b处的电场线比a处的电场线密,说明b处的场强大于a处的场强。根据牛顿第二定律,检验电荷在b处的加速度大于在a处的加速度,A选项错。
由图8-1可知,电荷做曲线运动,必受到不等于零的合外力,即Fe≠0,且Fe的方向应指向运动轨迹的凹向。因为检验电荷带负电,所以电场线指向是从疏到密。再利用“电场线方向为电势降低最快的方向”判断a,b处电势高低关系是Ua>Ub,C选项不正确。根据检验电荷的位移与所受电场力的夹角大于90°,可知电场力对检验电荷做负功。功是能量化的量度,可判断由a→b电势能增加,B选项正确;又因电场力做功与路径无关,系统的能量守恒,电势能增加则动能减小,即速度减小,D选项正确。
【评析】理解能力应包括对基本概念的透彻理解、对基本规律准确把握。本题就体现高考在这方面的意图。这道小题检查了电场线的概念、牛顿第二定律、做曲线运动物体速度与加速度的关系、电场线与等势面的关系、电场力功(重力功)与电势能(重力势能)变化的关系。能量守恒定律等基本概念和规律。要求考生理解概念规律的确切含义、适用条件,鉴别似是而非的说法。
例2 将一电量为q=2×106C的点电荷从电场外一点移至电场中某点,电场力做功4×10-5J,求A点的电势。
【错解】
【错解原因】
错误混淆了电势与电势差两个概念间的区别。在电场力的功的计算式W=qU中,U系指电场中两点间的电势差而不是某点电势。
【分析解答】解法一:设场外一点P电势为UP所以UP=0,从P→A,电场力的功W=qUPA,所以W=q(UP-UA),即4×10-5=2×10-6(0-UA) UA=-20V
解法二:设A与场外一点的电势差为U,由W=qU,
因为电场力对正电荷做正功,必由高电势移向低电势,所以UA= -20V
【评析】公式W=qU有两种用法:(1)当电荷由A→B时,写为W=qUAB=q(UA-UB),强调带符号用,此时W的正、负直接与电场力做正功、负功对应,如“解法一”;(2)W,q,U三者都取绝对值运算,如“解法二”,但所得W或U得正负号需另做判断。建议初学者采用这种方法。
例3 点电荷A和B,分别带正电和负电,电量分别为4Q和Q,在AB连线上,如图8-2,电场强度为零的地方在 [ ]
A.A和B之间 B.A右侧
C.B左侧 D.A的右侧及B的左侧
【错解】错解一:认为A,B间一点离A,B距离分别是2r和r,则A,B
错解二:认为在A的右侧和B的左侧,由电荷产生的电场方向总相反,因而都有可能抵消,选D。
【错解原因】错解一忽略了A,B间EA和EB方向都向左,不可能抵消。
错解二认为在A的右侧和B的左侧,由两电荷产生的电场方向总相反,因而都有可能抵消,却没注意到A的右侧EA总大于EB,根本无法抵消。
【分析解答】因为A带正电,B带负电,所以只有A右侧和B左侧电场强度方向相反,因为QA>QB,所以只有B左侧,才有可能EA与EB等量反向,因而才可能有EA和EB矢量和为零的情况。
【评析】解这类题需要的基本知识有三点:(1)点电荷场强计算公式
点电荷而来;(3)某点合场强为各场源在该点场强的矢量和。
例4 如图8-3所示,QA=3×10-8C,QB=-3×10-8C,A,B两球相距5cm,在水平方向外电场作用下,A,B保持静止,悬线竖直,求A,B连线中点场强。(两带电小球可看作质点)
【错解】以A为研究对象,B对A的库仑力和外电场对A的电场力相等,所
AB中点总场强E总=E+EA+EB=E外=1.8×105(N/C),方向向左。
【错解原因】在中学阶段一般不将QB的电性符号代入公式中计算。在求合场强时,应该对每一个场做方向分析,然后用矢量叠加来判定合场强方向,
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本帖最后由 doden 于 2007-7-16 18:50 编辑 ]