高中物理求電場強度的基本方法解析!

2021-01-15 高考物理
電場強度是描述電場力的性質的物理量,高中階段的學習對整個電場部分起了輔墊作用,求解電場強度是解決這類問題的基礎,以下就電場強度求解的基本思想作簡單總結。


例1、如圖1所示,一個質量為30g帶電量的半徑極小的小球用絲線懸掛在某勻強電場中,電場線與水平面平行。當小球靜止時,測得懸線與豎直夾角為30°,由此可知勻強電場方向為_________,電場強度大小為_________N/C。(g取10m/s2)

圖1


解析:分析小球受力,重力mg豎直向下,絲線拉力T沿絲線方向向上,因為小球處於平衡狀態,還應受水平向左的電場力F。小球帶負電,所受電場力方向與場強方向相反,所以場強方向水平向右。

小球在三個力作用之下處於平衡狀態。三個力的合力必為零。

所以F=mgtan30°,又F=Eq

Eq=mgtan30°

代入數據得:


二、用求解點電荷的電場強度


例2、如圖2所示,帶電量為+q的點電荷與均勻帶電薄板相距為2d,點電荷到帶電薄板的垂線通過板的幾何中心。若圖中a點處的電場強度為零,根據對稱性,帶電薄板在圖中b點處產生的電場強度大小為_________,方向_________。(靜電力恆量為k)

圖2


解析:圖中a點處的電場強度為零,說明帶電薄板在a點產生的場強Ea1與點電荷+q在a點產生的場強Ea2大小相等而方向相反(如圖3所示),即,由於水平向左,則水平向右。根據對稱性,帶電薄板在b點產生的強度與其在a點產生的場強大小相等而方向相反。所以,其方向水平向左。

圖3


三、用求解勻強電場的電場強度


例3、如圖4中A、B、C三點都在勻強電場中,已知AC⊥BC,∠ABC=60°,BC=20cm。把一個電量的正電荷從A移到B,電場力做功為零;從B移到C,電場力做功為,則該勻強電場的場強大小和方向是:

A. 865V/m,垂直AC向左;

B. 865V/m,垂直AC向右;

C. 1000V/m,垂直AB斜向上;

D. 1000V/m,垂直AB斜向下。


解析:把電荷從A移到B,電場力不做功,說明A、B兩點必位於同一個等勢面上。題中指明勻強電場,等勢面應為平面。且場強方向應垂直等勢面,可見,A、B不正確,可先排除。

根據電荷從B移到C的電場力做功情況,得B、C兩點電勢差

即B點電勢比C點低173V,因此,場強方向必垂直於AB斜向下,其大小為

由圖可知

由以上三式整理得:

代入數據得E=1000V/m。則正確答案為D。


四、用帶電粒子受力平衡及力的獨立性原則求解電場強度


例4、質量為m,電量為+q的小球在O點以初速度v0與水平方向成θ角射出,如圖5所示,如果在某方向加上一定大小的勻強電場後,能保證小球仍沿v0方向做直線運動,試求所加勻強電場的最小值,加了這個電場後,經多少時間速度變為零?


解析:小球在未知電場時受重力mg作用,根據力的獨立性原則,電場力的作用只要能平衡垂直於速度方向重力的分力,就能使帶電粒子沿v0方向做勻減速直線運動,此時電場力為最小值,如圖所示。


因為

所以

小球的加速度為

那麼


五、用處於靜電平衡中的導體性質求解電場強度


例5、如圖7所示,金屬球殼A的半徑為R,球外點電荷的電量為Q,到球心的距離為r,則金屬球殼感應電荷產生的電場在球心處的場強等於(    )


A. 

B. 

C. 0

D. 


解析:金屬球殼A放在電荷周圍,將發生靜電感應現象,當導體處於靜電平衡時,其內部場強處處為零,所以,對金屬球殼內任意一點感應電荷在此處產生的場強與點電荷Q在此處的場強大小相等,方向相反。而點電荷Q在球心的場強為,則感應電荷在球心處的場強為。則正確答案為D。

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