一 理想模型的思想理想化方法是物理研究中經(jīng)常用到的一種科學(xué)方法 物理現(xiàn)象所經(jīng)歷的過(guò)程大多是復(fù)雜的 要仔細(xì)描述它們也是很困難的 為此 在物理研究中常常把具體事物抽象化 用理想化的物理模型來(lái)代替實(shí)際研究的對(duì)象 并對(duì)有關(guān)的過(guò)程做出簡(jiǎn)化 以便從理論上去研究它 在建立理想模型的過(guò)程中 要抓住主要因素 忽略次要因素 突出主體 刪繁就簡(jiǎn) 本章中涉及的理想模型有 點(diǎn)電荷 電場(chǎng)線 等勢(shì)面 平行板電容器 勻強(qiáng)電場(chǎng)等 兩個(gè)半徑為0 3m的金屬球 球心相距1 0m放置 當(dāng)他們都帶1 5 10 5C的正電時(shí) 相互作用力大小為F1 當(dāng)它們分別帶 1 5 10 5C和 1 5 10 5C的電荷量時(shí) 相互作用力大小為F2 則 A F1 F2B F1 F2C F1 F2D 無(wú)法判斷 解析 此題常犯的錯(cuò)誤是直接用庫(kù)侖定律計(jì)算兩電荷間的作用力大小 誤選A 但考慮到兩個(gè)球的半徑為0 3m 球心相距1 0m 球的大小以及電荷分布對(duì)兩球的作用力的影響并不能忽略 也就是說(shuō) 兩電荷在這里并不能看成點(diǎn)電荷模型 實(shí)際上 由于同種電荷的排斥作用和異種電荷的吸引作用 都帶正電荷時(shí)電荷之間的平均距離相距較遠(yuǎn) 都帶異種電荷時(shí)電荷之間的平均距離相比較小 所以帶異種電荷時(shí)作用力較大 故正確答案為B 答案 B 二 控制變量法自然界發(fā)生的各種物理現(xiàn)象往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的 并且被研究對(duì)象往往不是孤立的 總是處于與其他事物和現(xiàn)象的相互聯(lián)系之中 因此影響研究對(duì)象的因素在許多情況下并不是單一的 而是多種因素相互交錯(cuò) 共同起作用的 要想精確地把握研究對(duì)象的各種特征 弄清事物變化的原因和規(guī)律 單靠自然條件下整體觀察研究對(duì)象是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的 還必須對(duì)研究對(duì)象施加人為的控制 造成特定的便于觀察的條件 這就是控制變量的方法 如在 探究影響庫(kù)侖力的因素 的實(shí)驗(yàn)中 我們就是先控制電荷量不變 研究庫(kù)侖力與點(diǎn)電荷距離的關(guān)系 然后再控制距離不變 研究庫(kù)侖力與電荷量的關(guān)系 在 探究影響平行板電容器電容的決定因素 的實(shí)驗(yàn)中 我們就是在電荷量 極板距離d 兩極板正對(duì)面積S三個(gè)變量中 任意控制兩個(gè)不變 再研究電容與第三個(gè)變量之間關(guān)系的 特別提醒 比值定義只是定義物理量的一種方法 所定義的物理量只與兩者比值有關(guān) 與單個(gè)物理量的大小無(wú)關(guān) 1 電場(chǎng)強(qiáng)度的三個(gè)公式 2 電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加 電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量 其方向規(guī)定為正電荷受到靜電力的方向 如果空間幾個(gè)電場(chǎng)疊加 則空間某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為各電場(chǎng)在該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和 應(yīng)據(jù)矢量合成法則 平行四邊形定則合成 當(dāng)各場(chǎng)強(qiáng)方向在同一直線上時(shí) 選定正方向后作代數(shù)運(yùn)算合成 3 電場(chǎng)的形象描繪 電場(chǎng)線 由電場(chǎng)線的 疏 和 密 可知道電場(chǎng)的 強(qiáng) 和 弱 由該點(diǎn)的切線方向可知道電場(chǎng)強(qiáng)度的方向 并進(jìn)一步推知電荷的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況 如右圖所示 兩等量異號(hào)的點(diǎn)電荷相距為2a M與兩點(diǎn)電荷共線 N位于兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上 兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)到M和N的距離都為L(zhǎng) 且L a 略去 a L n n 2 項(xiàng)的貢獻(xiàn) 則兩點(diǎn)電荷的合電場(chǎng)在M和N點(diǎn)的強(qiáng)度 A 大小之比為2 方向相反B 大小之比為1 方向相反C 大小均與a成正比 方向相反D 大小均與L的平方成反比 方向相互垂直 答案 AC 1 同號(hào)電荷相互排斥 異號(hào)電荷相互吸引 庫(kù)侖力實(shí)質(zhì)上就是電場(chǎng)力 與重力 彈力一樣 它也是一種基本力 注意力學(xué)規(guī)律的應(yīng)用及受力分析 2 明確帶電粒子在電場(chǎng)中的平衡問(wèn)題 實(shí)際上屬于力學(xué)平衡問(wèn)題 其中僅多了一個(gè)電場(chǎng)力而已 3 求解這類問(wèn)題時(shí) 需應(yīng)用有關(guān)力的平衡知識(shí) 在正確的受力分析的基礎(chǔ)上 運(yùn)用平行四邊形定則 三角形定則或建立平面直角坐標(biāo)系 應(yīng)用共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件 靈活方法 如合成分解法 矢量圖示法 相似三角形法 整體法等 去解決 注意 1 受力分析時(shí)只分析性質(zhì)力 不分析效果力 只分析外力 不分析內(nèi)力 2 平衡條件的靈活應(yīng)用 如右圖所示 兩根細(xì)線掛著兩個(gè)質(zhì)量相同的小球A B 上 下兩根細(xì)線的拉力分別為FA FB 現(xiàn)使兩球帶同種電荷 此時(shí)上 下細(xì)線受拉力分別為F A F B 則 A FA F A FB F BB FA F A FB F BC FA F A FB F BD FA F A FB F B 解析 選A B整體為研究對(duì)象 則FA 2mg 兩球帶電后F A FA 2mg 再選B為研究對(duì)象 帶電前FB mBg 帶電后F B mBg F斥 FB 故選項(xiàng)B正確 答案 B 1 電場(chǎng)強(qiáng)度 電勢(shì) 電勢(shì)差 電勢(shì)能的比較 2 電勢(shì)高低 電勢(shì)能大小的判斷思路 1 由電場(chǎng)力做功判斷 2 由電場(chǎng)線的方向判斷 3 利用結(jié)論判斷 由Ep q 知 正電荷在電勢(shì)高處電勢(shì)能較大 而負(fù)電荷在電勢(shì)低處電勢(shì)能較大 3 由粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡判斷各物理量的變化靜電力方向 指向軌跡彎曲的一側(cè) 沿電場(chǎng)線切線方向或垂直于等勢(shì)面 如下圖 一帶負(fù)電粒子以某速度進(jìn)入水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中 在電場(chǎng)力作用下形成圖中所示的運(yùn)動(dòng)軌跡 M和N是軌跡上的兩點(diǎn) 其中M點(diǎn)在軌跡的最右點(diǎn) 不計(jì)重力 下列表述正確的是 A 粒子在M點(diǎn)的速率最大B 粒子所受電場(chǎng)力沿電場(chǎng)方向C 粒子在電場(chǎng)中的加速度不變D 粒子在電場(chǎng)中的電勢(shì)能始終在增加 解析 粒子接近M點(diǎn)過(guò)程中電場(chǎng)力做負(fù)功 離開(kāi)M點(diǎn)的過(guò)程中電場(chǎng)力做正功 所以在M點(diǎn)粒子的速率應(yīng)該最小 A B錯(cuò)誤 粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 所受電場(chǎng)力不變 加速度不變C正確 因?yàn)閯?dòng)能先減小后增加 所以電勢(shì)能先增加后減小 D錯(cuò)誤 答案 C 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 是一個(gè)綜合電場(chǎng)力 電勢(shì)能的力學(xué)問(wèn)題 研究的方法與質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)相同 同樣遵循運(yùn)動(dòng)的合成與分解 力的獨(dú)立作用原理 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 動(dòng)能定理 功能關(guān)系等力學(xué)規(guī)律 研究時(shí) 主要可以按以下兩條線索展開(kāi) 1 力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系 牛頓第二定律根據(jù)帶電粒子受到的電場(chǎng)力 用牛頓第二定律找出加速度 結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式確定帶電粒子的速度 位移等 這條線索通常適用于恒力作用下做勻變速運(yùn)動(dòng)的情況 2 功和能的關(guān)系 動(dòng)能定理及能量守恒定律帶電的物體在電場(chǎng)中具有一定的電勢(shì)能 同時(shí)還可能具有動(dòng)能和重力勢(shì)能等機(jī)械能 用能量觀點(diǎn)處理問(wèn)題是一種簡(jiǎn)捷的方法 處理有關(guān)能量的問(wèn)題要注意以下幾點(diǎn) 1 只要外力做功不為零 物體的動(dòng)能就要改變 動(dòng)能定理 2 重力只要做功 物體的重力勢(shì)能就要改變 且重力做的功等于重力勢(shì)能的減少量 WG Ep1 Ep2 如果只有重力做功 物體動(dòng)能和重力勢(shì)能之和不變 機(jī)械能守恒 3 靜電力只要做功 物體的電勢(shì)能就要改變 且靜電力的功等于電勢(shì)能的減少量 W電 Ep1 Ep2 如果只有靜電力做功 物體的動(dòng)能和電勢(shì)能之間相互轉(zhuǎn)化 總量不變 類似機(jī)械能守恒 4 如果除了重力和靜電力之外 無(wú)其他力做功 則物體的動(dòng)能 重力勢(shì)能和電勢(shì)能三者之和不變 如下圖所示為示波器的部分構(gòu)造 真空室中電極K連續(xù)不斷地發(fā)射電子 初速度不計(jì) 經(jīng)過(guò)電壓為U0的加速電場(chǎng)后 由小孔c沿水平金屬板A B間的中心軸線射入兩板間 板長(zhǎng)為l 兩板相距為d 電子穿過(guò)兩板后 打在熒光屏上 屏到兩板邊緣的距離為L(zhǎng) A B間不加電壓時(shí) 電子打在熒光屏的中點(diǎn)O 屏上a b兩點(diǎn)到O點(diǎn)的距離均為 若在A B兩板間加上變化的電壓 在每個(gè)電子通過(guò)極板的極短時(shí)間內(nèi) 電場(chǎng)可視為恒定的 現(xiàn)要求t 0時(shí) 進(jìn)入兩板間的電子打在屏上的a點(diǎn) 然后在時(shí)間T內(nèi)亮點(diǎn)勻速上移到b點(diǎn) 在屏上形成一條豎直亮線 亮點(diǎn)到b點(diǎn)后又立即跳回到a點(diǎn) 以后不斷重復(fù)這一過(guò)程 設(shè)電子的電荷量為e 質(zhì)量為m 1 求出A B間所加電壓的最大值 2 寫出加在A B兩板間電壓U與時(shí)間t 0 t T 的關(guān)系式 一 分析電容器的動(dòng)態(tài)分析及電勢(shì)能的變化亂套公式如下圖所示 A B兩塊平行帶電金屬板 A板帶負(fù)電 B板帶正電 并與大地相連接 P為兩板間一點(diǎn) 若將一塊玻璃板插入A B兩板間 則P點(diǎn)電勢(shì)將怎樣變化 錯(cuò)因分析 B板接地后 電勢(shì) B 0 當(dāng)U減小時(shí)應(yīng)接近零 二 電偏轉(zhuǎn)公式應(yīng)用時(shí)生搬硬套 A 使粒子的電荷量減半B 使兩極板間的電壓減半C 使兩極板間的間距加倍D 使兩極板的間距增為原來(lái)的4倍 錯(cuò)因分析 對(duì)公式中的各符號(hào)分析不規(guī)范 有的變化沒(méi)有考慮 三 審不出題中隱含的條件及討論點(diǎn)如圖所示 一光滑絕緣斜槽放在方向豎直向下 電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中 從斜槽頂端A沿斜槽向下釋放一初速度為v0的帶負(fù)電的小球 小球質(zhì)量為m 帶電荷量為q 斜槽底端B與A點(diǎn)的豎直距離為h 則關(guān)于小球的情況 下列說(shuō)法中正確的是 錯(cuò)解 向下運(yùn)動(dòng)重力做功大于電場(chǎng)力做負(fù)功 A錯(cuò) B對(duì) C錯(cuò) D對(duì) 選B D 錯(cuò)因分析 對(duì)題目選項(xiàng)中 沿斜槽 沒(méi)考慮 正確解析 B C不仔細(xì)看題目選項(xiàng) 只憑感覺(jué)的話AB中會(huì)錯(cuò)選A項(xiàng) 但要注意到 沿斜槽運(yùn)動(dòng) 的話 很容易得出若qE mg 小球會(huì)直接就由斜槽上 飄 起了 不再 沿斜槽 故B對(duì) 若mg qE會(huì)勻速直線運(yùn)動(dòng) 若mg qE則加速下滑 故C對(duì) 練規(guī)范 練技能 練速度 單元綜合評(píng)估