高中物理巧妙利用等势面的特性解决电学复杂问题学法指导
- 格式:doc
- 大小:151.50 KB
- 文档页数:6
1、等势面定义:电场中电势相同的各点构成的面叫作等势面。
2、等势面的特点:
(1)在等势面内任意两点间移动电荷,电场力不做功。
(2)在空间中两等势面不相交
因为在同一等势面上只有一个电势值,如果相交,在交点处就有两个不同的电势值,所以等势面不能相交,这跟电场线不能相交是一样的道理。
(3)电场线总是和等势面垂直,且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。
因此我们可以根据电场线来画出等势面,也可以根据等势面来画出电场线。
课堂练习(难点巩固)实线是带电粒子(不计重力)在该区域内的运动轨迹,下列说法正确的是( D )
A、粒子运动径迹一定是a到b到c
B、粒子一定带正电
C、粒子在三点的电势能大小关系为Epc>Epa>Epb
D、粒子在三点的动能大小关系为Ekb<Eka<Ekc
小结等势面的特点
(1)在等势面内任意两点间移动电荷,电场力不做功。
(2)在空间中两等势面不相交。
(3)电场线总是和等势面垂直,且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。
等势面一、素质教育目标㈠.知识教学点1.通过类比法教学,使学生理解电势差的概念2.会计算点电荷在电场力作用下,从电场中一点移动到另一点时电场力所做的功。
3.知道电场力对电荷做了多少功,电势能就减少多少。
㈡.能力训练点1.培养学生概括、归纳、类比的能力。
2.培养学生抽象思维能力。
㈢.德育渗透点通过类比教学,对抽象问题具体化,启发学生积极思维。
二、重点、难点、疑点及解决办法1.重点电势差概念,电势能的改变与电场力做功的关系,电功计算。
2.难点电势差的定义(比值)及“在电场中电场力对电荷做功引起电荷的电势能的减少”的认识。
3.疑点电势差的定义U=W/q电势能的改变量=电场力做多少功4.解决办法首先在学生已有基础上引导学生为什么要提出电势差概念,再采用电场与重力场的类比,用类比法研究电场,给出电势差定义,最后讲电势差的应用——电功的计算、电场中的功能关系。
让学生明白为什么要学,怎样学,学了有什么用,以此来突破教学的难点。
本课教学教师的主导作用尤为重要。
三、主要教学过程一般说来,电场中各点的电势不同,但电场中也有许多点的电势相等。
我们把电场中电势相等的点构成的面叫等势面。
1.等势面⑴.定义;电场中电势相等的点构成的面⑵.特点:在等势面上①.各点电势相等②.移动电荷,电场力不做功③.等势面一定跟电场线垂直④.电场线由高电势的等势面指向低电势的等势面⑤.等势面越密,电场强度越大⑥.等势面不相交,不相切⑶.处于静电平衡状态的导体表面是个等势面整个导体是个等势体⑷.等量同种电荷连线和中线上连线上:中点电势最小中线上:由中点到无穷远电势逐渐减小,无穷远电势为零。
⑸.等量异种电荷连线上和中线上连线上:由正电荷到负电荷电势逐渐减小。
中线上:各点电势相等且都等于零。
4.课堂练习5.布置作业阅读课文6.板书设计。
课时2 等势面及其应用[学科素养与目标要求]物理观念:1.知道等势面,理解等势面的特点.2.知道典型电场的等势面特点.科学思维:1.能通过类比等高线理解等势面.2.会根据电场线和等势面的规律分析带电体的运动轨迹问题.等势面1.定义:电场中电势相同的各点构成的面.2.等势面的特点(1)在同一等势面上移动电荷时静电力不做功(选填“做功”或“不做功”).(2)等势面一定跟电场线垂直,即跟电场强度的方向垂直.(3)电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面.判断下列说法的正误.(1)电荷在等势面上移动时不受电场力作用,所以不做功.(×)(2)等势面上各点的场强相等.(×)(3)点电荷在真空中形成的电场的等势面是以点电荷为球心的一簇球面.(√)(4)匀强电场中的等势面是相互平行且垂直于电场线的一簇平面.(√)一、等势面(1)类比地图上的等高线,简述什么是等势面?(2)当电荷从同一等势面上的A点移到B点时,电荷的电势能是否变化?电场力做功情况如何?答案(1)电场中电势相等的各点构成的面(2)不发生变化电场力不做功1.等势面的特点及应用(1)在等势面上移动电荷时静电力不做功,电荷的电势能不变.(2)电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面,由此可以绘制电场线,从而可以确定电场的大体分布.(3)等差等势面密的地方,电场强度较强;等差等势面疏的地方,电场强度较弱,由等差等势面的疏密可以定性确定场强大小.(4)任意两个等势面都不相交.2.几种常见电场的等势面(如图1所示)图1(1)点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面.(2)等量异号点电荷的等势面:点电荷的连线上,从正电荷到负电荷电势越来越低,两点电荷连线的中垂线是一条等势线.(3)等量同号点电荷的等势面①等量正点电荷连线的中点电势最低,两点电荷连线的中垂线上该点的电势最高,从中点沿中垂线向两侧,电势越来越低.②等量负点电荷连线的中点电势最高,两点电荷连线的中垂线上该点的电势最低.从中点沿中垂线向两侧,电势越来越高.(4)匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面.例1(多选)如图2所示,实线表示一簇关于x轴对称的等势面,在x轴上有A、B两点,则()图2A.A点场强小于B点场强B.A点场强方向指向x轴负方向C.A点场强大于B点场强D.A点电势高于B点电势答案AD解析由于电场线与等势面总是垂直,则B点电场线比A点密,B点场强大于A点场强,故A正确,C错误.电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面,故B错误.由图中数据可知D正确.针对训练1带有等量异种电荷的一对平行金属板,如果两极板间距不是足够近或者两极板面积不是足够大,即使在两极板之间,它的电场线也不是彼此平行的直线,而是如图3所示的曲线(电场的方向未画出).在图中,若上极板带正电,虚线MN是穿过两板正中央的一条直线,则关于这个电场,以下说法正确的是()图3A.a点的场强小于b点的场强B.b点的电势低于c点的电势C.平行金属板之间的电场,可以看做匀强电场D.若将一正电荷从电场中的任一点由静止释放,它必将沿电场线运动到负极板答案 B解析由电场线疏密可知,a点场强大于b点场强,选项A错误;由于φb=φd,而φc>φd,所以φc>φb,选项B正确;由于电场线不是平行的等间距直线,所以平行金属板间的电场不能看做匀强电场,选项C错误;由于有的电场线不是直线,所以电荷不一定沿电场线运动,选项D错误.例2如图4所示,虚线AB和CD分别为椭圆的长轴和短轴,相交于O点,两个等量异种点电荷分别处于椭圆的两个焦点M、N上,下列说法中正确的是()图4A.A、B两处电势、场强均相同B.C、D两处电势、场强均相同C.在虚线AB上O点的场强最大D.带正电的试探电荷在O处的电势能小于在B处的电势能答案 B解析等量异种点电荷电场线及等势面分布如图所示,由图可知,A、B两处电场强度相同,C、D两处电场强度相同,选无穷远处为电势零点,可知两点电荷连线的中垂线右侧电势为负,两点电荷连线的中垂线左侧电势为正,两点电荷连线的中垂线上电势相同,故A错误,B正确.由电场线疏密判断电场强度大小,可知虚线AB上O点电场强度不是最大,故C错误.φO=0,而φB<0,故O处电势高于B处电势,则正电荷在O处的电势能大于在B处的电势能,故D错误.针对训练2(2018·烟台市期末)a、b;c、d;e、f;g、h为图5所示电场中的四组点,其中a、b两点距正点电荷的距离相等;c、d两点在两点电荷连线的中垂线上,并关于两点电荷的连线对称;e、f两点在两点电荷的连线上,并关于连线中点对称;g、h两点在两点电荷连线的中垂线上,并关于两点电荷的连线对称.这四组点中,电场强度和电势均相同的是()图5A.a、bB.c、dC.e、fD.g、h答案 B二、电场线、等势面和运动轨迹例3(多选)(2018·山师附中期末)某静电场中的电场线如图6所示,带电粒子在电场中仅受电场力作用,沿图中虚线由M运动到N,以下说法正确的是()图6A.粒子是正电荷B.粒子在M点的加速度小于在N点的加速度C.粒子在M点的电势能小于在N点的电势能D.粒子在M点的动能小于在N点的动能答案ABD解析带电粒子在电场中运动时,受到的电场力的方向指向运动轨迹的凹侧,由此可知,带电粒子受到的电场力的方向为沿着电场线向上,所以此粒子为正电荷,故A正确;由电场线的分布可知,电场线在N点较密,所以粒子在N点时受到的电场力大,在N点的加速度大,故B正确;从M点到N点的过程中,电场力对粒子做正功,所以粒子的电势能要减小,动能增加,即粒子在M点的电势能大于在N点的电势能,在M点的动能小于在N点的动能,故C错误,D正确.1.速度方向沿运动轨迹的切线方向,所受电场力的方向沿电场线的切线方向或反方向,所受合外力的方向指向曲线凹侧.2.电势能大小的判断方法(1)电场力做功:电场力做正功,电势能减小;电场力做负功,电势能增加.(2)利用公式法:由E p=qφ知正电荷在电势高处电势能大,负电荷在电势低处电势能大.针对训练3(多选)(2018·菏泽市期末)如图7所示,虚线A、B、C表示某电场中的三个等势面,相邻等势面间的电势差相等,一电子从右侧垂直等势面A向左进入电场,运动轨迹与等势面分别交于a、b、c三点,则可以判断()图7A.三个等势面的电势大小为φA>φB>φCB.三个等势面的电势大小为φC>φB>φAC.电子由a到c电势能不断减小D.电子由a到c动能不断减小答案AD解析由等势面画出电场线如图所示,电子在c点受力和运动方向如图,并由此进一步得出电场线垂直等势面指向左,φA>φB>φC,A正确,B错误;从a至c电场力做负功,电势能不断增加,动能不断减小,C 错误,D正确.1.(等势面)(2018·济南市期末)某电场中的等势面如图8所示,下列关于该电场的描述正确的是()图8A.负电荷在A点的电势能比在B点的电势能大B.负电荷在A点的电势能比在C点的电势能大C.电荷沿等势面AB移动的过程中,电场力始终不做功D.正电荷由A移动到C,电场力做负功答案 C解析负电荷在电势越高的位置电势能越小,B错误;沿等势面移动电荷,电场力不做功,负电荷在A、B 两点处的电势能相同,A错误,C正确;正电荷由A移动到C,电场力做正功,D错误.2.(等势面)(2018·重庆市高二期末)如图9所示,实线和虚线分别表示等量异种电荷的电场线和等势线,则下列有关a、b、c、d四点的说法中正确的是()图9A.a、b两点场强相同B.a、b两点电势相同C.c、d两点场强相同D.c、d两点电势相同答案 D解析a、b两点是对称的,它们的场强大小相等,但是方向不同,故A错误;沿电场线的方向电势降低,所以a点电势比b点电势高,故B错误;c、d两点在两点电荷连线的中垂线上,中垂线上的电势都为零,所以c、d两点的电势相同,根据电场线的疏密判断场强的大小,d点场强大于c点场强,故C错误,D正确.3.(等势面及其应用)(2018·哈尔滨三中高二期中)空间中P、Q两点处各固定一个点电荷,其中P点处为正电荷,P、Q两点附近电场的等势面分布如图10所示,a、b、c、d为电场中的4个点.则()图10A.P、Q两点处的电荷等量同号B.a点和b点的电场强度相同C.c点的电势低于d点的电势D.负电荷从a到c,电势能减少答案 D解析根据题图可知,该电场是等量异号点电荷的电场,故A错误.根据电场的对称性,a、b两点的电场强度大小相等,而方向不同,故B错误.c点所在等势面距离P点(正电荷)比d点所在等势面距离P点近,c 点的电势较高,故C错误.负电荷从a到c,电场力做正功,所以电势能减少,故D正确.4.(电场线与运动轨迹)(2018·济南市期末)如图11所示,带箭头的线表示某一电场的电场线.仅在电场力作用下,一带负电的粒子(不计重力)经A点飞向B点,径迹如图中虚线所示,A、B两点相比,下列说法正确的是()图11A.粒子在A点的加速度大B.B点电势较高C.粒子在B点动能大D.粒子在B点的电势能较高答案 D5.(电场线与运动轨迹)(多选)(2018·天津理综)如图12所示,在点电荷Q产生的电场中,实线MN是一条方向未标出的电场线,虚线AB是一个电子只在静电力作用下的运动轨迹.设电子在A、B两点的加速度大小分别为a A、a B,电势能分别为E p A、E p B.下列说法正确的是()图12A.电子一定从A向B运动B.若a A>a B,则Q靠近M端且为正电荷C.无论Q为正电荷还是负电荷一定有E p A<E p BD.B点电势可能高于A点电势答案BC解析电子在电场中做曲线运动,虚线AB是电子只在电场力作用下的运动轨迹,电场力沿电场线指向曲线的凹侧,电场的方向与电子所受电场力的方向相反,如图所示.由所给条件无法判断电子的运动方向,故A错误;若a A>a B,说明电子在A点受到的电场力较大,A点的电场强度较大,根据点电荷的电场分布可知,靠近M端为场源电荷的位置,应为正电荷,故B正确;无论Q为正电荷还是负电荷,一定有电势φA>φB,电子电势能E p=-eφ,电势能是标量,所以一定有E p A<E p B,故C正确,D错误.。
高中物理等势点法简化电路等势点法是物理学中用于简化电路分析的一种常用方法,它基于电势的概念,通过将电路中的各个点分为等势电位,简化电路的计算过程。
本文将介绍等势点法的基本原理和应用,并通过几个例子展示其在简化电路分析中的重要性和实用性。
一、等势点法的基本原理设想一个电路由多个元件(如电阻、电容等)连接而成,每个元件的两端存在一定的电势差。
而等势点法的核心思想是,将电路中的各个点划分为不同的电势区域,在同一电势区域内的点具有相同的电势。
这样一来,原本复杂的电路可以被简化为几个电势区域,从而大大降低了计算电路参数的难度。
为了理解等势点法更加直观,下面以一个简单的电路示例进行说明。
考虑一个由电压源和两个电阻组成的串联电路,我们需要计算通过电路的电流。
首先,我们假设电源的一个端点为零电位点,即该点的电势为零。
然后,我们寻找电路中的其他等势点。
根据电阻的特性,电阻两端的电势差与电流成正比,因此,我们可以在两个电阻的中间分别选取一个等势点,并分别标记电势为V1和V2。
接下来,我们通过连接这些等势点的虚拟导线,我们得到了一个等势图,图中每一条虚拟导线表示一个等势面。
在该等势图中,我们可以清晰地看到电源两端的0V等势面和电阻两端的V1、V2等势面。
我们可以用箭头表示电流的流动方向,箭头的方向始终指向电势较高的一侧。
在本例中,电流从电源的正极流向负极,通过两个电阻。
通过等势点法,我们可以更有效地理解电路的电势分布情况,避免了大量复杂的计算。
二、等势点法在实际电路中的应用等势点法在实际电路分析中有着广泛的应用,下面将通过几个具体例子来展示它的实用性。
例一:并联电阻考虑一个并联电阻的电路,我们需要计算总电阻。
通过等势点法,我们只需将各个电阻连接的两个等势点划分为不同的等势区域,然后直接计算并联电阻即可,无需对每个电阻的分支电流进行复杂的计算。
例二:三角电路的简化考虑一个由三个电阻组成的三角电路,我们需要计算其中一条边上的电流。
高中物理等势点法简化电路在解决复杂电路问题时,等势点法是一种常用的简化电路的方法。
利用等势点法,我们可以将一个复杂的电路简化为一个等效电路,从而更加方便地进行分析和计算。
在采用等势点法简化电路时,我们首先需要找到电路中的所有等势点,即电势相同的点。
等势点一般位于电路中的分支交汇处以及导线连接点。
通过找到这些等势点,我们可以将电路分解为若干个小段,每个小段的等效电阻相同,电流也相同。
接下来,我们需要在电路中选择一个参考点,一般选择电源的负极或地线作为参考点。
以参考点为基准,我们可以得到所有等势点的电势差,即各个小段的电压。
根据欧姆定律,我们可以通过电势差和等效电阻求解出各个小段的电流。
在求解完各个小段的电流后,我们可以再次应用等势点法,将电路中的等效电路进一步简化。
通过将电路分解为更小的段落,我们可以使用串联电阻和并联电阻的计算公式,得到整个电路的等效电阻和电流。
除了简化电路的结构,等势点法还可以帮助我们分析电路的特性。
通过等势点法,我们可以直观地理解电路中不同元件之间的关系,例如电流的分配和电压的分压。
这为我们进一步分析电路性能提供了基础。
在实际应用中,等势点法可以用于解决各种电路问题,例如计算电路中的电流、电压以及功率消耗等。
通过简化电路结构,我们可以更加方便地进行计算,从而更好地理解和应用物理学原理。
综上所述,高中物理中的等势点法可以帮助我们简化复杂电路,提高问题解决的效率。
通过找到等势点并计算等效电路,我们可以准确地求解电路中的电流和电压,并进一步分析电路的特性。
通过学习和应用等势点法,我们可以更好地掌握物理学知识,提高解决实际问题的能力。
关于高中物理中等势面的理解
在高中物理静电场各章节中,关于等势面的理解,是本章的难点,很多同学理解不到位。
在此,我将等势面总结如下:
首先,电势高低指的是电场本身的性质,与处在其中的电荷无关。
就和我们平时所说的地势一样,电场电势描述的是电势的一种趋势,即,沿着电场线方向,电势逐渐降低。
也可以类比在地势理解,即,沿着重力的方向,地势逐渐降低。
其次,要注意电荷周围的电场是三维的,向空间发散或者聚拢。
不能理解为一个二维的平面,与之对应的等势面也是三维立体的,大家要充分发挥想象力。
理解到位。
再次,要满足考试要求,大家必须熟悉电场线和等势面的分布特点。
下图帮助大家理解和记忆。
图一、等量异种电荷的电场线以及等势面
图2、四种基本电场线和等势面。
高二物理等势面通用版【本讲主要内容】等势面概念、几种常见等势面、性质、物理意义【知识掌握】【知识点精析】力的角度用电场强度电场线描述电场⎧⎨⎩⎫⎬⎪⎭⎪能的角度用电势电势差等势面描述电场⎧⎨⎪⎩⎪⎫⎬⎪⎭⎪等势面(线)1. 在重力场中,高度相同的点构成的面(线),叫等高面(线)。
类似概念:在电场中,电势相同的点构成的面(线),叫等势面(线)。
虚线为以正点电荷为球心的球面,实线为电场线,若将1C正电荷由某一球面上各点移到无穷远电场力做功都相同。
因为这功就表示了各点电势。
(电势就是表示将1C正电荷移到参考点电场力做的功,)所以这一球面上各点电势相同,因此这些球面为等势面。
将点电荷垂直纸面向读者移动等势线①提高(沿纸面看)②、③也提高。
①最高、②次之、③更次之,可看到上图那样相当一些等高线,这形象地将等势线转化成了等高线。
同理负点电荷等势面也是一族同心球面,只不过各面电势为负,请参看教材。
2. 性质:①等势面上任何两点间电势差为0。
②沿同一等势面移动电荷电场力不做功。
(据W=qU,U=0,∴W=0)③电场线跟等势面垂直析:若不垂直有沿等势面分量沿等势面移动电荷电场力做功E E 1⎧⎨⎪⎩⎪④等势面不相交析:若相交,交线就是等势线,所以两等势面重合。
⑤电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面 析:因为沿电场线电势降低⑥处于静电平衡导体是等势体,导体表面是等势面。
析:因为静电平衡,无电荷移动,若不是等势体,电荷将受电场力移动。
3. 物理意义:①形象表示各点电势高低 ②表示电场强度大小。
析:如图具有相同电势差两等势面距离小,等势面密,电场强度大。
【解题方法指导】例1. 如图所示,A 是带负电的金属球,B 是不带电的绝缘导体,此时B 的电势为ϕ1;当手摸绝缘导体的左端,B 的电势变为ϕ2;放开手后再移走A ,B 的电势变为ϕ3。
则下列判断正确的是( )A. ϕϕϕ123==B. ϕϕϕ123>>C. ϕϕϕ123<<D. ϕϕϕ132<<解:摸前:B 在A 的负电荷产生的电场中处于静电平衡,右端为负电荷,左端为正电荷,B 为一等势体ϕ10<。
浅谈高中物理电磁学学习、解题方法与技巧电磁学的研究方式:“场”(电场、磁场和电磁场.)和“路”(直流电路、交流电路);电磁学问题的解决途径:“力”和“能”.电磁场的重要特性是对其中的电荷、运动电荷、电流有力的作用,即带电粒子在电场中受到电场力,运动电荷在磁场中受到洛仑兹力,通电导线在磁场中受到安培力,这些力和重力、弹力、摩擦力一样,都是根据性质命名的力。
分析带电物体在场中运动情况时,力的作用效果仍遵从牛顿运动定律、动量定理和动能定理,研究方法还是力学方法。
下面我具体的谈电磁学学习方法以及解题方法与技巧。
一、电磁学学习方法1.用比值定义物理量若比值为恒量,则反映了物质的某种性质。
如:物质的密度ρ、导体的电阻R、电场强度E、电势U、电容C等。
2. 类比如:将电场与重力场、电场强度E与重力场强度(即重力加速度g)、电势能与重力势能、等势面与等高线相类比。
其优点是利用已学过的知识去认识有类似特点或规律的未知抽象知识。
3.运用形象思维如:用电场线和等势面描述电场的性质,帮助理解电场强度和电势等抽象概念,用小磁针和磁感线描述磁场的性质.用安培定则、左手定则描述相关物理量间的关系,提供判定某物理三的方向等。
以达到由形象思维上升到抽象思维的境界。
4.运用等效思想如;借助等效电阻、等效电路简化电路,便于解题。
5.极端分析法如:研究闭合电路两端点的电压即路端电压、用电键的闭合和断开、变阻器滑片移至两极端、使电路断路和短路等都是运用了极端分析的思想方法。
6.寻求守恒规律如:能量守恒定律。
在纯电阻电路中,电功等于电热。
法拉第电磁感应定律和楞次定律反映了在电磁感应现象中的能量转化与守恒规律。
7.运用图象法研究如:在I-U坐标息中画出金属导体的伏安特性曲线来研究导体的电阻。
在U-I坐标系中画出图线来研究路端电压随电流的变化规律,并借助它测算电源电动势E和内阻r。
用正弦函数图象描述正孩交流电、振荡电流。
8.实验检测如:用验电器检测物体上是否带电、带何种电、带多少电,用静电计检测导体间的见势差。
等势面教案一、教学内容本节课的教学内容选自高中物理教材《必修三》第五章“静电场”的第三节“等势面”。
等势面的概念是静电场中的一个重要概念,它是指在静电场中电势相等的各个点构成的面。
本节课的主要内容包括等势面的定义、性质和等势面的绘制方法。
二、教学目标1. 让学生理解等势面的概念,掌握等势面的性质。
2. 培养学生运用等势面解决实际问题的能力。
3. 引导学生通过观察、分析、归纳等方法,发现物理规律。
三、教学难点与重点重点:等势面的概念及其性质。
难点:等势面的绘制方法以及如何在实际问题中应用等势面。
四、教具与学具准备教具:黑板、粉笔、等势面模型。
学具:教材、笔记本、铅笔、橡皮。
五、教学过程1. 实践情景引入:教师展示一个等势面模型,引导学生观察等势面的特点,引发学生对等势面的好奇心。
2. 等势面的概念:教师通过讲解,引导学生理解等势面的定义,即在静电场中电势相等的各个点构成的面。
3. 等势面的性质:教师通过示例,讲解等势面的性质,包括:等势面与电场线垂直,等势面上的点电势相等,等势面是闭合的等。
4. 等势面的绘制方法:5. 随堂练习:教师给出几个实际问题,让学生运用等势面解决。
例如,一个正点电荷周围的等势面分布如何?6. 例题讲解:教师选取一道典型例题,讲解如何运用等势面解决实际问题。
例如,一个正点电荷和一个负点电荷之间的等势面分布情况。
7. 板书设计:教师在黑板上板书等势面的概念、性质和绘制方法,方便学生复习。
8. 作业设计:教师布置作业,让学生绘制给定电场中的等势面,并解答相关问题。
例如,绘制一个正点电荷和一个负点电荷周围的等势面,并回答相关问题。
六、课后反思及拓展延伸教师在课后反思本节课的教学效果,针对学生的掌握情况,调整教学策略。
同时,教师可以引导学生拓展延伸,研究等势面在实际工程中的应用,提高学生的实践能力。
综上,本节课通过引入实践情景,讲解等势面的概念、性质和绘制方法,随堂练习和例题讲解,板书设计,作业布置等内容,旨在让学生掌握等势面的知识,提高学生的实际问题解决能力。
巧妙利用等势面的特性解决电学复杂问题
浙江王强
我们把电场中电势相同的各点构成的面叫等势面。
等势面是静电学中一个重要的概念,也是高考的热点,如何抓住等势面的特性,灵活应用解题,是高考复习中的一个重点课题。
1.利用等势面与电场线垂直的特性巧画场强方向
例1如图1所示,匀强电场中A、B,C三点构成一个直角三角形。
把电量q=-2×10-10C 的点电荷由A点移动到B点,电场力做功4.8×10-8J;在由B点移到C点克服电场力做功4.8×10-8J,若取B点电势为零,求A、C两点的电势及场强方向。
析与解把电荷从A点移到B点,
,。
把电荷从B点移到C点为
,,。
因为,所以A、C在同一等势面上,根据场强方向垂直等势面且由电势高处指向电势低处,可以得到电场线的方向垂直于AC,如图2所示。
引申如图3所示,水平放置的金属板正上方有一固定的正点电荷Q,一表面绝缘的带电的小球(可视为质点且不影响Q的电场),从左端以初速度v0滑上金属板,沿光滑的上表面向右运动到右端,在该运动过程中
A.小球做匀速直线运动
B.小球做先减速,后加速运动
C.小球的电势能保持不变
D.电场力对小球所做的功为零
命题意图考查对静电平衡导体特点的理解与应用能力。
解析水平放置的金属板处于点电荷Q的电场中而达到静电平衡状态,是一个等势体,其表面处电场线处处与表面垂直,故带电小球(表面绝缘,电量不变)在导体表面滑动时,电场力不做功,故小球做匀速直线运动,所以A,C,D选项正确。
2.利用等势体内场强为零的特性巧找感应电场线
例2在点电荷Q的电场中,金属盘处于静电平衡状态,盘面跟点电荷Q在同一平面内,如图4所示,请在盘内准确画出由盘上感应电荷所形成的附加电场的三条电场线。
(用实线表示电场线,要求严格作图)。
解析本题并不了解金属盘上感应电荷的具体分布情况,更难以直接画出这些感应电荷在盘内产生的附加电场的电场线,但根据静电平衡的导体内部场强处处为零这一特点,便知感应电荷在盘中产生的附加电场的电场线,一定与点电荷在该处产生的电场的电场线疏密相同,方向相反。
据此,画感应电荷产生的附加电场的电场线,就转化为画点电荷Q 在该处的电场线的反向电场线,如图5实线。
引申如图6中,一小球带电,将它放在距离一块原来不带电的接地的大金属板处,试求小球所受的作用力(已知)
解析带电小球在金属板上将感应出负电荷,注意到金属板是等势面,所以电场线必垂直于金属板,这与一个-q的电荷在板背面r处与+q共同产生的电场完全一样。
如图6所示,因而+q所受的力即为两个点电荷的相互作用力。
所以
3.利用等势面沿电场方向电势降低的特性巧标电流方向
例3如图7所示,AB为等量异种电荷的小球,将两个不带电的导体C、D棒放在两球之间,当用导线将C棒端点x和D棒端点y连接起来的瞬间,导线中的电流方向是:
A.x→y
B.y→x
C.没有电流通过
D.不能确定
解析当C、D处于静电平衡状态时,C、D分别为等势体,我们可以大致画出这些导体间的电场线的分布情况,可知导体C的电势高于导体D的电势,若用导线把x,y连接瞬间,导线中的电流方向是x→y。
故选A。
引申如图8所示,绝缘导体A带正电,导体B不带电,由于静电感应,使导体B的M端带上负电,而N端则带等量的正电荷。
(1)用导线连接M、N,导线中有无电流流过?
(2)若将M、N分别用导线与大地相连,导线中有无电流流过?方向如何?
命题意图考查对静电平衡特点及电流产生条件的理解能力。
解析A为带正电的场源电荷,由正电荷所形成的电场的电势分布可知:
,其中,B是电场中处于静电平衡的导体。
当用导线在不同位置间连接时,电流定会由高电势流向低电势,而在电势相等的两点间连接时,则导线中无电流通过。
所以:
(1)因为,故导线中无电流。
(2)因为,所以无论用导线将M还是N与大地相连,电流均由导体B流向大地。
4.利用等势体内没有净电荷的特性巧找电荷移动方向
例4以无限远处的电势为零,两个孤立的金属球,小球带电的电势为+1V,空心大球的带电的电势为+100V。
然后将小金属球移至大金属球内,当它与大金属球内表面接触时,接触处有电流通过吗?方向如何?
解析一般同学认为,由于大球的电势高于小球的电势,故小球和大球内表面接触时,大球上正电荷由电势高处的大球流向电势低处的小球。
但将小球移至大球内部后,当它与大金属球内表面接触时,则两球构成一个导体,待静电平衡后成为一个等势体,电荷分布在大金属球的外表面,则小球上的正电荷移到大球上,则接触处有电流通过,方向是小球指向大球。
引申如图9所示,两个相同的空心金属球M和N,M带-Q电荷,N不带电,旁边各放一个不带电的金属球P和R(M、N相距很远,互不影响),当将带正电口的小球分别放入M和N的空腔时
A.P、R上均出现感应电荷
B.P、R上均没有感应电荷
C.P上有感应电荷,而R上没有感立电荷
D.P上没有感应电荷,而R上有感应电荷
答选D。
引申如图10所示,金属球壳A外有一带正电的点电荷B,当闭合开关S使球壳的内表面接地时
A.导线中有方向向下的电流
B.导线中没有电流
C.球壳的电势开始变小D.球壳上净电荷将变成负的答选A、C、D。