電場中的「三線」問題是指電場線、等勢線、粒子運動軌跡三者相關聯的綜合問題。這些看不見的線,給同學們帶來了許多煩惱,要解決此類問題必須具有較強的抽象思維能力。
高考命題預測:
電場線、等勢線等知識,是靜電場的重要內容,也是基礎知識,在高考中是考查熱點,即能單獨考查,又能和力學結合考查。
知識點梳理:
一、電場線
1、物理意義:為了形象地描述電場而引入的假想且有方向的曲線,曲線上每一點的切線方向表示該點的場強方向。
2、特點:
(1)電場線從正電荷或無窮遠處出發,終止於無窮遠處或負電荷,是不閉合的曲線。
(2)電場線不相交。
(3)電場線的疏密分布反應電場的強弱。
(4)電場線不是客觀存在的曲線,可以通過實驗模擬電場線的形狀。
(5)電場線不是電荷在電場中的運動軌跡。
(6)幾個典型電場的電場線分布圖:
二、等勢面、等勢線
1、電場中電勢相等的點所構成的面叫等勢面,所構成的線叫等勢線。
2、處於靜電平衡狀態的導體,內部場強處處為零,整個導體是一個等勢體,導體的表面是一個等勢面。
3、典型電場的等勢面分布圖:
4、等勢面的特點:
(1)等勢面一定與電場線垂直,即跟場強方向垂直。
(2)電場線總是由高電勢指向低電勢。兩個等勢面、等勢線不相交。
(3)兩個等勢面間的電勢差是相等,等勢面的疏密分布反應電場的強弱。
(4)在同一個等勢面上移動電荷時,電場力不做功。
解題策略:
1、明確三線各自的性質和隱含信息;
2、根據已知條件找到問題的入手點;
3、要善於聯繫典型電場的電場線和等勢面的分布規律。
典型例題:
例1:
例2:(2010課標卷17)靜電除塵器是目前普遍採用的一種高效除塵器。某除塵器模型的收塵板,圖中直線ab為該收塵板的橫截面。工作時收塵板帶正電,其左側的電場線分布如圖所示。
粉塵帶負電,在電場力作用下收塵板運動,最後落在收塵板上。若用粗黑曲線表示原來靜止於P點的帶電粉塵顆粒的運動軌跡,下列4幅圖中可能正確的是(忽略重力和空氣阻力)( )
答案:A
總結解題方法:
1、電場力的方向指向軌跡曲線的內側,切運動軌跡必在v與F之間。依據軌跡的彎曲方向,判斷電場力方向。
2、根據電場線的方向以及疏密分布,判斷電場強度及電性情況,定性判斷電場力的大小和方向。
3、根據電場力方向與速度方向的關係判斷電場力做功及電勢能的變化,還可以通過能量的轉化和守恆確定電勢能及動能的變化。