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高中物理:求解電場(chǎng)強度的幾種方法

一、公式法


1、用場(chǎng)強的定義式

求電場(chǎng)強度


1、質(zhì)量為m,電量為q的質(zhì)點(diǎn),在靜電力作用下以恒定速率v沿圓弧從A點(diǎn)運動(dòng)到B點(diǎn)其速度方向改變角度為θ(弧度),AB弧長(cháng)為s,如圖1所示,則AB兩點(diǎn)間的電勢差

________,AB弧中點(diǎn)的場(chǎng)強大小
________(不計重力)。

1

解析:對帶電粒子應用動(dòng)能定理

,所以

因帶電粒子在靜電力作用下做勻速圓周運動(dòng),則有

,故場(chǎng)強


2、用點(diǎn)電荷的場(chǎng)強公式

求電場(chǎng)強度


2、真空中有兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷,電量大小均為Q,相距r,求連線(xiàn)中點(diǎn)M處場(chǎng)強的大小和方向。

解析:設+Q的場(chǎng)強為

,-Q的場(chǎng)強為
,則
,方向背離
;
方向指向-Q,所以
,方向由+Q指向-Q。


3、用勻強電場(chǎng)場(chǎng)強公式

求電場(chǎng)強度


3、如圖2所示,A、B、C三點(diǎn)都在勻強電場(chǎng)中,已知AC⊥BC,∠ABC=60°,BC=20cm,把一個(gè)電量

的正電荷從A移到B,電場(chǎng)力做功為零,從B移到C,電場(chǎng)力做功
,求該勻強電場(chǎng)的電場(chǎng)強度大小和方向。

解析:由于把電荷q從A移到B電場(chǎng)力做功為零,因此,A、B為等勢面上的兩點(diǎn),B、C兩點(diǎn)間電勢差為

,

知B點(diǎn)的電勢比C點(diǎn)的電勢低173V。根據電場(chǎng)線(xiàn)和等勢面的關(guān)系知,場(chǎng)強方向垂直于A(yíng)B連線(xiàn)斜向下。

二、虛補法


4、如圖3所示,在無(wú)限大接地金屬板上方距板d處有一個(gè)+Q點(diǎn)電荷,求金屬板表面P點(diǎn)的場(chǎng)強大小。(已知QP垂直于板面)

3

分析:當題給模型不對稱(chēng)時(shí),我們可以虛補結構,變不對稱(chēng)為對稱(chēng)。

解析:這是一個(gè)電荷結構不對稱(chēng)模型,因中學(xué)階段未介紹點(diǎn)電荷與面電荷場(chǎng)強的疊加,似乎無(wú)法解決。若在金屬板下方距板d處虛補一個(gè)點(diǎn)電荷-Q,則變成了等量異種電荷的對稱(chēng)結構模型,且點(diǎn)電荷+Q、-Q在P點(diǎn)場(chǎng)強的疊加,與點(diǎn)電荷+Q和金屬板表面感應負電荷在P點(diǎn)的場(chǎng)強疊加是等效的,很快可得P點(diǎn)的合場(chǎng)強

。


三、微元法


5、如圖4所示,均勻帶電圓環(huán)帶電量為Q,半徑為R,圓心為O,P為垂直于圓環(huán)平面的對稱(chēng)軸上的一點(diǎn),

,試求P點(diǎn)的場(chǎng)強。

4

解析:這是一個(gè)連續分布的非點(diǎn)電荷電場(chǎng)問(wèn)題,同學(xué)們沒(méi)有學(xué)微積分知識,求解困難。若將圓環(huán)分成n小段,則每一小段可視為點(diǎn)電荷,其帶電量為

n,這就把非理想化模型轉化為理想模型。帶電微元在P點(diǎn)的場(chǎng)強為

根據對稱(chēng)性,各帶電微元在P點(diǎn)的場(chǎng)強垂直于軸向的分量

互相抵消,軸向分量
之和即為帶電環(huán)在P點(diǎn)的場(chǎng)強,即

所以

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