高考电场叠加问题与对称、等效思想的结合

发表时间:2021/6/18   来源:《中国教师》2021年第18卷2月6期   作者:查志成
[导读] 本文通过三个高考试题, 针对高考中电场叠加这一考点,说明了分析解题的方法,

        查志成
        云南省红河州泸西县泸源普通高级中学

        摘要:本文通过三个高考试题, 针对高考中电场叠加这一考点,说明了分析解题的方法,除了掌握基本知识外,还需要掌握基本方法,将电场叠加问题与对称、等效的思想结合在一此,从而提高学生分析、解决问题的能力。

关键词:电场叠加        对称  等效
 
        高考考察学生的基本知识基本思想方法,在高考中电场强度是描述电场是电场中最基本、最重要的概念之一,电场强度的学习对整个电场部分起了辅垫作用,而在高考中也是考试的热点,电场概念说明在空间中有几个带电体同时存在,那么这时在空间的某一点就会有几个带电体发出的电场,电场叠加指多个带电体发出的电场的合电场,而电场强度又是描述电场的,所以也指各个带电体单独存在时该点产生的电场强度的矢量和。电场强度为矢量,叠加遵循矢量合成法即平行四边形法则。求解电场强度的基本方法有:(1)定义法:E=F/q,适用于任何情况;(2)点电荷场强公式法:E=KQ/r2,只适用于真空中的点电荷(3)匀强电场强度法:E=U/d,只适用匀强电场。但学生为什么除了掌握这些电场强度计算,及电场叠加外,还是做不出来,说明还须掌握特殊的思想方法,如对称思想、等效思想。下面通过例题来分析高考电场叠加问题与对称、等效思想结合。
        例题:如图,在点电荷-q的电场中,放着一块带有一定电量、荷均匀分布的绝形薄,N为对称轴,O为几何中心.点电荷-与a、O、b之间的离分为d、2d、3d.已知点a的强度为零则带电薄板在图b点处产生电场度的大小和方向分为( )

        解析:首先a点的电场是薄板和-q两个发出的电场叠加而后才为零,由于-q在a点,符合点电荷场强公式E=Kq/r2,方向水平向左,则薄板只能产生等大反方向电场强度才使合场强为零,薄板只能带负电,在b点处由于只问薄板的电场强度,根据等效思想,可把带电薄板定性为点电何,则在周围等距离处电场强度大小一样。或者根据对称思想大小相等,方向由薄板电性为负来确定。b点场强大小为E=Kq/r2,方向水平向右。
        点评:此题在方法上用到了对称和等效的思想,此题还可把带电薄板用带电圆盘代替,知识和方法一样。
        同类题型如下:
(1)(2013新课标理综)如图,一半径为R的圆盘上均匀分布着电荷量为Q的电荷,在垂直于圆盘且过圆心c的轴线上有a、 b、d三个点,a和b、b和c、 c和d间的距离均为R,在a点处有一电荷量为q (q>O)的固定点电荷.已知b点处的场强为零,则d点处场强的大小为(k为静电力常量)

        解析:b点处的场强为零,说明固定点电荷和圆盘的场强叠加相互抵消,大小都为,圆盘在b点和d点产生的场
         解析:本题可将挖去部分填补好,则Q 点场强为两部分合场强,而挖去部分满足题目公式,则挖去后Q点场强为剩余部分单独的场强,为分场强,必等于总场强减去挖去的部分,当R为无穷大时,此时平板和圆形无法区别,及无限大的平板可等效为无限大的圆板。本题用等效的思想可快速得出正确答案A
        总之,在高中物理教学中不是只满足于教知识,学生要学会做题,还要讲授一些常用的方法,这才培养学生的迁移能力,这才是新课改的要求,才是素质教育的目的。
        
        参考文献:
        5年高考3年模拟A版,曲一线,首都师范大学出版社,2014.1
        普通高中课程标准实验教科书物理,张大昌,人民教育出版社,2010.4
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