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高中物理電場力計算方法

教育 更新时间:2024-12-05 05:20:59

1. 公式法

(1)用場強的定義式

高中物理電場力計算方法(高中物理求解電場強度的方法)1

求電場強度

例1:質量為m,電量為q的質點,在靜電力作用下以恒定速率v沿圓弧從A點運動到B點其速度方向改變角度為θ(弧度),AB弧長為s,如圖1所示,則AB兩點間的電勢差

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________,AB弧中點的場強大小

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________(不計重力)。

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圖1

解析:對帶電粒子應用動能定理

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,所以

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因帶電粒子在靜電力作用下做勻速圓周運動,則有

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,故場強

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(2)用點電荷的場強公式

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求電場強度

例2:真空中有兩個等量異種點電荷,電量大小均為Q,相距r,求連線中點M處場強的大小和方向。

解析:設 Q的場強為

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,-Q的場強為

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,則

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,方向背離

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方向指向-Q,所以

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,方向由 Q指向-Q。

(3)用勻強電場場強公式

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求電場強度

例3:如圖2所示,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

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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

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,求該勻強電場的電場強度大小和方向。

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

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知B點的電勢比C點的電勢低173V。根據電場線和等勢面的關系知,場強方向垂直于AB連線斜向下。

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2. 虛補法

例4:如圖3所示,在無限大接地金屬闆上方距闆d處有一個 Q點電荷,求金屬闆表面P點的場強大小。(已知QP垂直于闆面)

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圖3

解析:這是一個電荷結構不對稱模型,因中學階段未介紹點電荷與面電荷場強的疊加,似乎無法解決。若在金屬闆下方距闆d處虛補一個點電荷-Q,則變成了等量異種電荷的對稱結構模型,且點電荷 Q、-Q在P點場強的疊加,與點電荷 Q和金屬闆表面感應負電荷在P點的場強疊加是等效的,很快可得P點的合場強

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說明:當題給模型不對稱時,我們可以虛補結構,變不對稱為對稱。

3. 微元法

例5:如圖4所示,均勻帶電圓環帶電量為Q,半徑為R,圓心為O,P為垂直于圓環平面的對稱軸上的一點,

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,試求P點的場強。

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圖4

解析:這是一個連續分布的非點電荷電場問題,同學們沒有學微積分知識,求解困難。若将圓環分成n小段,則每一小段可視為點電荷,其帶電量為

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n,這就把非理想化模型轉化為理想模型。帶電微元在P點的場強為

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根據對稱性,各帶電微元在P點的場強垂直于軸向的分量

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互相抵消,軸向分量

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之和即為帶電環在P點的場強,即

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所以

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,

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